可穿戴下肢外骨骼康復機器人機械設計與研究.pdf

1、伴隨著科技的不斷發(fā)展以及醫(yī)療技術的顯著提高,下肢癱瘓患者對于康復治療設備性能需求也越來越高。本文基于這種需求研究設計了一種下肢外骨骼康復機器人。在設計過程中,充分考慮到康復機器人系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性以及患者穿戴外骨骼時的舒適性和平順性。使患者能夠在穿戴下肢外骨骼康復機器人的狀態(tài)下順利完成康復治療過程中的訓練動作。
　　本文首先對康復機器人現(xiàn)階段國內外的發(fā)展狀況進行了深入的調研,說明了國內外各機構研發(fā)的康復機器人的特點,并分析總結它們的

2、優(yōu)缺點,闡明了本文的研究重點。之后結合人體解剖學與人體步態(tài)與運動學特征參數(shù)進行了下肢外骨骼康復機器人總體方案設計。分別從機械結構系統(tǒng)、感知系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及供電系統(tǒng)4個方面進行了初步的介紹,闡明了總體的設計思路。
　　接下來應用D-H法對下肢外骨骼康復機器人進行了運動學建模,結合現(xiàn)有條件對人體自由度進行簡化,建立了下肢外骨骼康復機器人單腿模型,描述了關節(jié)變量與下肢外骨骼康復機器人末端位置之間的關系。在動力學分析中,分別采用拉格朗日

3、-歐拉法以及牛頓法對下肢外骨骼康復機器人進行了動力學分析,在拉格朗日動力學分析的基礎上設計了PD控制器,并驗證了PD控制器在應用于下肢外骨骼康復機器人控制系統(tǒng)中的可行性。
　　康復機器人在運動過程中需要與人體正常運動保持高度的一致性。為此進行了人體運動實驗,在實驗中采集人體各關節(jié)運動參數(shù),結合下肢外骨骼康復機器人動力學模型進行綜合分析,獲得驅動各關節(jié)運動所需要的最大驅動力力矩以及最大功率。通過介紹不同驅動方式的優(yōu)缺點最終確定電機以