多姿态六自由度下肢康复机器人的设计与分析

摘要

近几年，针对下肢运动功能障碍患者，除了传统的由物理治疗师来进行的肢体训练外，康复机器人技术也已经应用到了下肢运动功能障碍患者的康复训练当中，并且凭借着机器人自有的自动、动作重复和精确特性，临床康复的应用已经逐渐的兴起。目前，研发的下肢康复机器人主要是针对矢状面的单一姿态或者是两种姿态相结合的康复训练模式，比如单关节训练、单姿态训练，迄今为止没有全面的全关节多姿态的康复训练模式的下肢康复机器人。
　　针对上述的情况，本文研发了一种可以实现坐姿、躺姿和站姿多种训练姿态模式的包括髋（二自由度）、膝（一自由度）、踝（三自由度）三关节的六自由度下肢康复机器人。腿机构采用了空间的串并混联机构，设计参数符合人机工程学，康复性能满足下肢运动功能障碍患者的康复要求。
　　首先，选定设计参数，包括机械臂的长度调节范围、转角活动范围，本着方便、实用、安全、操作简单等设计理念，系统的进行结构设计。
　　其次，对下肢康复机器人的右腿机构进行位置正反解求解、工作空间分析，对右腿机构建立运动学和动力学模型。
　　再次，针对工作空间及其患者康复训练的需求，以运动无冲击为轨迹规划设计理念，对提出的下肢康复机器人进行了轨迹规划，应用 MATLAB软件，分析出轨迹的变化规律从而判定设计规划的轨迹适用于下肢运动功能障碍患者的康复阶段。
　　最后，利用Adams软件对下肢康复机器人的右腿机构的自由度、工作空间进行了仿真验证，对右腿机构进行了动力学仿真，为以后样机的制造奠定可靠的理论基础。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 课题研究背景、目的及意义

1.3 下肢康复机器人技术的发展与研究现状

1.4本文主要研究内容

第2章 下肢康复机器人串并混联的结构设计

2.1 引言

2.2 康复机器人参数尺寸的确定

2.3 康复机器人的设计理念及要求

2.4 康复机器人多姿态结构设计

2.5 本章小结

第3章 下肢康复机器人的运动分析

3.1 引言

3.2 康复机器人的位置正反解

3.3 下肢康复机器人的工作空间

3.4下肢康复机器人的雅可比矩阵

3.5下肢康复机器人的动力学分析

3.6本章小结

第4章 下肢康复机器人的训练方案及轨迹规划

4.1 引言

4.2 康复机器人训练轨迹规划

4.3 康复机器人的轨迹求解

4.4 主动训练方案

4.5 踝关节的单关节训练的轨迹介绍

4.6 本章小结

第5章 Adams仿真验证

5.1 引言

5.2 下肢康复机器人右腿机构模型

5.3 Adams在本机构中的应用

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢