人体下肢康复训练机构的综合与分析研究

作     者：申登高 

作者单位：中北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：梅瑛;徐佩华

授予年度：2016年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

主      题：康复机器人 并联机构 运动学 运动仿真 

摘      要：下肢康复医学机构的研究是最近几年比较受关注的领域,其涵盖了医学,人体仿生学,人工智能学,信息分析数学,工程计算学等多门学科。对于康复机械的设计,不单单是从设计角度考虑问题,还要结合患者的自身状况进行设计,对于设计者有很高的要求,尤其在机械机构设计方面显得尤为重要,并且需要制定详细的康复方案。对于患者的康复治疗可以起到导向作用,也可以很好的帮助医生做一些协助工作。因此对于康复器械的研究具有重要的实际意义。本文设计了一个可以帮助人体下肢实现自行康复的机构。首先,研究了国内外对于医疗康复机构的研究现状,技术问题,未来的趋势,结合本设计对于设计的意义及面对的技术难点需要借鉴的优势等进行系统性的研究,对于人体下肢的基本结构尺寸,以及人体跨步走的姿势以及角度变化进行分析。并在此基础上分析人体下肢康复训练机器人机构建立的条件,做出人体下肢康复机构的方案。并且对于下肢康复各个关节的运动机理进行分析,对于机构的自由度进行配比,以及机械构型的理论分析,然后通过Pro/E建立机构三维模型,并对机构的驱动方式,所用的材料,电机类型的选择进行说明。其次,对于下肢康复机械机构进行运动学分析,先将整个机构进行简化分开对于各个关节的机械机构的自由度进行计算,再对各个关节的位置正逆解、速度和加速度进行分析。最后,对于机构的仿真分析,先用MATLAB的编程计算可以得出驱动杆长的位移曲线,速度曲线,以及加速度曲线。并对于Pro/E所建立的模型导入到ADAMS中并且进行运动学分析仿真。把通过MATLAB编程计算所得到的杆长的位移曲线,加速度曲线,速度曲线与通过ADAMS仿真产生的曲线进行比较,两组曲线完全一致,证明了理论推导的正确性。并且机构运动所产生的位移曲线、速度、加速度曲线图可以看出,都是一些过渡平滑的曲线,没有较大的波动,因此机构在康复训练的时候不会产生较大的冲击,经过理论分析对于下一步下肢康复机构的实际设计工作有着重要的实际意义。