外骨骼式下肢康复机器人训练过程仿真及其有效性研究

摘要

本文根据目前国内下肢运动功能障碍患者人数逐渐增多，下肢康复训练人力成本过高等现状，在国家自然科学基金的资助下，以外骨骼下肢康复训练机器人为研究对象，以研制一种能够满足个性化康复训练需求且训练有效的下肢康复机器人为目的，开展了步态分析、机器人结构设计、人-机系统训练过程仿真及机器人结构改进等方面的研究工作。论文主要研究内容及成果如下:
　　1.分析国内下肢康复治疗的需求，并对下肢康复机器人的研究现状进行总结，在分析各种下肢康复机器人结构的优劣的基础上，选择以外骨骼式下肢康复机器人为研究对象，以人体生物力学分析软件AnyBody为平台，选择某特定人体，键入其参数信息，建立了人-机仿真系统。
　　2.借助人-机仿真系统，实现了康复机器人训练过程仿真。通过步行过程仿真分析，获取了在步行过程中的下肢主要肌肉的长度与伸缩速率变化的参数。比较了在不同驱动速度下这两项参数的相对变化情况，根据分析结果对下肢康复机器人的运行速度做出了合理的规划，并证明了在常速及慢速的训练状态下，康复训练的安全性能够得到保障。
　　3.比较了在外骨骼式下肢康复机器人驱动及正常步行两种条件下的下肢主要肌肉长度及伸缩速率变化情况。再对外骨骼髋关节结构改进的基础上进行了一系列训练效果仿真分析，分析结果表明，增加了髋关节自由度的外骨骼结构比只能实现矢状面内运动的外骨骼结构的康复训练有效性有了一定程度上的提高。又在理论上对人体膝关节生理结构作出了分析，为外骨骼膝关节设计提供了新的思路。

目录

声明

摘要

图清单

表清单

字母注释表

第一章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文研究内容

第二章 人体主要参数及步态分析

2．1 引言

2．2 下肢康复理论介绍

2．3 人体主要参数

2．4 人体步态分析

2．5 本章小结

第三章 人-机系统建模及训练过程仿真

3．1 引言

3．2 下肢康复机器人典型结构分析

3．3 下肢康复机器人结构设计

3．4 人体步行过程仿真

3．5 人机系统仿真分析

3．6 本章小结

第四章 机器人结构对训练有效性的仿真分析

4．1 引言

4．2 外骨骼结构对训练有效性的影响

4．3 外骨骼髋关节结构对训练有效性的影响

4．4 外骨骼膝关节结构对人体的影响

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

附录

致谢