踝部关节运动建模及踝关节康复机构设计

论文摘要

开始于20世纪80年代的康复机器人研究，现在已经成为了国际机器人领域的一个研究热点。目前,康复机器人的研究主要集中在康复机械手、医院机器人系统、智能轮椅、假肢和康复治疗机器人等几个方面，踝关节康复机构的研究相对比较新颖。踝关节既是重要的负重关节，又是人体重要的运动关节。踝关节损伤在运动和日常生活中是比较常见的，如果得不到良好的康复治疗，会造成踝关节功能障碍等后遗症。本文以设计新型踝关节康复机构为研究目的。根据踝关节受损病人的康复需要，针对目前研究中的踝关节康复机构以及市场上已有的踝关节康复训练器械存在的不足，开发设计了三种新型的踝关节康复机构,可根据不同情况和需求对受损踝关节进行康复训练。本文主要进行了以下研究工作：首先，综合介绍了国内外踝关节康复机构的发展和研究概况，分析目前已有的踝关节康复机构的优点和不足。其次，对踝部关节的解剖结构、运动形式、损伤机理和康复治疗进行了探讨和研究。建立了正常情况下人体踝部关节的运动模型，为踝关节康复机构的设计提供基础。再次，根据建立的踝部关节运动模型、踝关节康复运动的特点和踝关节康复的不同需要，研究设计了三种新型的踝关节康复机构，并在SolidWorks软件中建立了踝关节康复机构的三维实体模型。最后建立了踝关节康复机构的运动学模型，对其进行了运动学分析，在Matlab软件中绘制出工作空间。将三维实体模型导入到仿真软件ADAMS中，进行运动仿真。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的背景和意义
• 1.2 踝关节康复机器人的发展和研究概况
• 1.2.1 目前市场上已有的踝关节康复装置
• 1.2.2 国外踝关节康复机器人的发展现状
• 1.2.3 国内踝关节康复机器人的发展现状
• 1.2.4 现有踝关节康复装置的主要特点和不足
• 1.3 课题的主要研究内容及意义
• 第二章 踝部关节运动学建模及康复治疗
• 2.1 引言
• 2.2 踝部关节结构
• 2.3 踝部关节运动学建模
• 2.3.1 踝部关节运动方式
• 2.3.2 踝部关节运动模型
• 2.4 踝关节损伤及康复治疗
• 2.4.1 踝关节损伤
• 2.4.2 踝关节损伤的康复治疗
• 2.5 本章小结
• 第三章 踝关节康复机构构型
• 3.1 概述
• 3.2 三自由度踝关节康复机构构型
• 3.2.1 基本机构
• 3.2.2 可调机构
• 3.2.3 可调式三自由度踝关节康复机构
• 3.3 两自由度踝关节康复机构构型
• 3.4 单自由度踝关节康复机构构型
• 3.5 踝关节康复机构实体模型
• 3.6 本章小结
• 第四章 踝关节康复机构的运动学分析
• 4.1 引言
• 4.2 运动学分析的数学基础
• 4.3 三自由度踝关节康复机构运动学分析
• 4.3.1 自由度计算
• 4.3.2 坐标转换矩阵
• 4.3.3 位置反解
• 4.3.4 位置正解
• 4.3.5 工作空间分析
• 4.4 两自由度踝关节康复机构运动学分析
• 4.4.1 自由度计算
• 4.4.2 坐标转换
• 4.4.3 位置求解
• 4.4.4 输入输出关系及机构奇异性分析
• 4.4.5 运动输入机构分析
• 4.4.6 工作空间分析
• 4.5 单自由度踝关节康复机构运动学分析
• 4.5.1 自由度计算
• 4.5.2 坐标变换
• 4.5.3 位置方程建立
• 4.5.4 工作空间分析
• 4.6 三种机构运动空间分析
• 4.7 本章小结
• 第五章 踝关节康复机构的运动仿真分析
• 5.1 引言
• 5.2 仿真技术基础
• 5.2.1 ADAMS 软件简介
• 5.2.2 Solidworks 与 ADAMS 之间的数据传输
• 5.2.3 Solidworks 装配体模型导入 ADAMS
• 5.2.4 虚拟样机模型的建立
• 5.2.5 模型仿真控制
• 5.3 仿真分析基本步骤
• 5.4 三自由度踝关节康复机构运动仿真
• 5.5 两自由度踝关节康复机构运动仿真
• 5.6 单自由度踝关节康复机构运动仿真
• 5.7 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参与的科研项目和成果
• 个人简历