下肢康复训练机器人的设计与分析

论文摘要

康复训练机器人是最近十几年来迅速发展起来的一门新兴技术,是机械人技术在医学领域的新应用。国外的康复训练机器人研究比较发达,而国内康复训练机器人的研究如今还处于起步阶段。因此下肢康复训练机器人的研究对于国内康复训练机器人的发展有着积极的意义。下肢康复训练机器人通过模拟正常人在行走过程中的运动轨迹,对下肢运动有障碍的患者进行康复训练。本课题主要研究内容包括正常人标准步态的获取与分析、人体模型的动力学分析、下肢康复训练机器人的结构设计和下肢康复训练机器人的运动学分析及仿真。本文通过普通相机对被测试者正常行走过程拍照并对所得相片进行处理得到步态运动的基本数据,多次试验后对所得数据进行分析处理得到标准步态轨迹的数学表达式。本文根据人体行走过程的参数特点建立了人体行走过程的动力学模型,并通过对该模型进行动力学分析,为下肢康复训练机器人机构设计提出了建议,同时为下肢康复训练机器人的安全性验证提供了条件。根据标准步态轨迹以及人体行走时的步态规律提出了下肢康复训练机器人的总体设计方案。在设计过程中实现了下肢驱动机构产生不同步长和步高的要求,满足了患者在不同康复训练阶段以及不同步长患者的使用需求,使患者能够选择适合自己的模式,达到康复训练的目的。本文在建立了小腿驱动机构的运动学模型的基础上,对小腿驱动机构进行了运动学分析。在此基础上,对小腿驱动机构的运动情况进行了仿真。从仿真结果上,该下肢康复训练机器人达到了设计要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题研究目的及意义
• 1.3 国内外相关技术发展现状
• 1.3.1 下肢康复训练机器人国外发展现状
• 1.3.2 下肢康复训练机器人国内发展现状
• 1.4 课题主题内容
• 第2章 标准步态轨迹的获取与分析
• 2.1 引言
• 2.2 步态图像的获取
• 2.2.1 标志点的选择
• 2.2.2 图像获取
• 2.3 图像的处理
• 2.3.1 图像的初步处理
• 2.3.2 标志点识别
• 2.3.3 标准步态轨迹分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 人体动力学模型的建立与分析
• 3.1 引言
• 3.2 人体步态分析
• 3.2.1 正常步态的基本参数
• 3.2.2 步态周期
• 3.2.3 步态行走时的下肢关节角度
• 3.2.4 异常步态
• 3.3 人体模型的建立
• 3.3.1 人体模型的基本要求
• 3.3.2 人体动力学模型简化
• 3.4 人体动力学分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 康复训练机器人的结构方案设计
• 4.1 引言
• 4.2 下肢康复训练机器人的结构设计原则
• 4.3 下肢康复训练机器人的结构设计
• 4.3.1 减重及机身部分设计
• 4.3.2 大腿驱动机构设计
• 4.3.3 小腿驱动机构的设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 下肢康复训练机器人的运动学分析与仿真
• 5.1 引言
• 5.2 小腿驱动机构的运动学分析
• 5.2.1 小腿驱动机构运动学模型
• 5.2.2 小腿驱动机构分析
• 5.3 整体机构的仿真分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢