下肢康复用外骨骼机器人结构设计与仿真分析

摘要

穿戴式下肢助行外骨骼机器人是一种能够帮助行走不便的老人和具有行走功能障碍的患者进行辅助行走的仿人服务机器人，同时也是一种能够帮助因中枢神经系统受损导致行走障碍的患者进行有效康复训练的医疗康复机器人，其康复训练设备已提升为国家战略性研究项目，越来越得到重视。本文着重对外骨骼机器人仿生结构设计及其设计合理性的关键技术问题展开研究，具体的研究内容如下：
　　首先，本文以人体解刨学和人体运动学为理论基础，研究了人体下肢结构的基本构造以及正常人行走和起坐运动的基本特征，为整个仿生结构的设计及其设计的合理性提供了理论支持。
　　其次，该机器人的结构设计采用了横向对比分析的研究方法，通过对比不同动力源和动力结构方案的优点和缺点，并结合该机器人的用途，选出能够实现仿生运动条件的最佳动力结构方案，并依据人体下肢结构，建立整个外骨骼机器人三维模型。
　　再次，基于Adams软件,对所设计的外骨骼机器人进行了行走和起立坐下的仿真分析，完成结构设计的合理性分析。其中，通过运动学分析来验证所设计结构是否能够实现行走和起立坐下运动，通过动力学分析来验证所选择电机的合理性，同时分析所仿真步态和起立坐下运动的受力特征，为后面样机穿戴实验步态的设计提供理论参考。
　　最后，本文进行了样机的展示、运行机制的描述以及穿戴实验的测试和分析，其中测试分为正常人穿戴实验和下肢残障人士的穿戴实验。通过一系列的实验测试验证了外骨骼机器人的安全性、可靠性以及稳定性。

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第一章 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题研究的目的及意义

1.3 国内外下肢外骨骼机器人研究现状

1.4 本文研究内容、技术路线及章节安排

1.5 本章小结

第二章 人体下肢运动机理研究

2.1 引言

2.2 人体下肢结构解剖研究

2.3 人体下肢步态理论研究

2.4 人体起立坐下运动理论研究

2.5 本章小结

第三章 下肢康复用外骨骼机器人的结构设计

3.1 引言

3.2 下肢外骨骼机器人整体结构的基本参数

3.3驱动机构的设计

3.4相关结构的设计

3.5绑缚机构的设计

3.6外骨骼机器人整体三维模型

3.7本章小结

第四章 基于Adams的虚拟样机仿真分析

4.1引言

4.2 构建虚拟样机

4.3 起立坐下运动仿真分析

4.4 穿戴行走运动仿真分析

4.5 本章小结

第五章 外骨骼机器人样机穿戴实验测试

5.1 引言

5.2 外骨骼机器人样机的组成

5.3 机械系统的展示

5.4 外骨骼机器人控制系统

5.5 穿戴实验测试

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献