下肢仿人步态康复训练器的设计与研究

摘要

随着老龄化社会的提前到来，以及脑血管疾病的发病率在逐年攀升，每年我国脑卒中新增患者多达 250 万，而且大部分的患者在经过最初的手术治疗后仍伴随有不同程度的运动功能障碍，严重影响了患者本人及其家庭的正常生活。依据大脑的可塑性原理，运动康复训练能够很好的帮助患者恢复其运动功能，同时康复医师一对一治疗方式存在着很多的弊端，康复训练器械的需求应运而生。本课题研究的下肢仿人步态康复训练器是一种针对于下肢偏瘫患者的新型康复医疗器械，它主要是依据于下肢踝关节的正常行走步态规律来设计的，包括步态轨迹和位姿调整两个方面，实现患者下肢的正常行走步态康复训练。主要研究内容如下：
　　根据康复医学理论和人体步态理论，以人机工程学为指导，为康复训练器步态轨迹的选取和机构的原理设计提供了理论依据，通过机构实现下肢踝关节步态轨迹曲线和角度位姿变化曲线的模拟，进而实现下肢正常行走步态。并提出用坐姿来模拟站姿的正常行走步态的思想，这样可以避免设计繁重的辅助患者站立的悬吊系统，可以有效的减小康复训练器的体积和节约成本。
　　将主体机构简化为四连杆机构，在 ADAMS 软件中对其进行建模和运动仿真，分析其运动规律，根据前面要求的步态轨迹曲线，确定主体机构的尺寸。同时，结合主体机构的结构特点，以及调查分析了几种现有位姿调整机构的优缺点，创新设计了一种简单实用的踝关节角度位姿调整机构，该机构不仅能用于康复训练器械上，还能够用于椭圆机等健身器材上。接着应用 Pro/E 绘图软件对模型中各零部件建模并进行总体装配与仿真，输出相关参数的测量曲线，并与参照进行对比分析，在大量运动仿真的基础上，确定了位姿调整机构的安装位置和尺寸，最终得到了满意的步态轨迹曲线和关节角度位姿调整曲线，实现了正常行走步态。
　　最后，对康复训练器样机进行试制，选择适当的型材，充分利用现有的标准零部件，对其非标准零部件及其各转动关节进行了详细设计和加工装配。该康复训练器具有结构简单、体积小、重量轻、操作方便和性价比高等优点。

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第一章 绪论

§1-1 课题的研究背景及意义

§1-2 课题研究现状

§1-3 课题研究的主要内容

第二章 下肢仿人步态康复训练设计的理论依据及工作原理

§2-1 下肢康复的医学基础

§2-2 康复训练器常用的训练模式

§2-3 下肢仿人步态康复训练器的步态轨迹选取依据

§2-4 下肢仿人步态康复训练器的工作原理

§2-5 本章小结

第三章 步态机构的运动仿真分析和位姿调整机构的设计

§3-1 仿真的目的

§3-2 仿真工具介绍

§3-3 步态机构的运动仿真与分析

§3-4 脚踏板位姿调整机构的设计

§3-5 本章小结

第四章 下肢仿人步态康复训练器总体运动仿真与优化

§4-1 机构的总体装配

§4-2 总体运动仿真与测量曲线分析

§4-3 模型部分零件的修改与优化设计

§4-4 本章小结

第五章 下肢仿人步态康复训练器样机研制

§5-1 下肢仿人步态康复训练器的总体方案

§5-2 下肢仿人步态康复训练器的总体设计

§5-3 下肢仿人步态康复训练器的控制系统

§5-4 本章小结

第六章 结论

§6-1 结论

§6-2 展望

参考文献

致谢