下肢康复机器人的结构设计与动力学分析

针对下肢运动损伤患者的康复需求,提出一种新型下肢外骨骼康复训练器,根据康复评定学中RLA分期法对人体正常步态的描述和人机工程学理论中的人体下肢尺寸及关节特点,对被动康复训练器的机构进行设计;使用SolidWorks建立三维样机模型,制造实物样机;并且建立运动学及动力学模型;通过Matlab仿真分析特出关节运动变化曲线,验证数学模型的正确性;并且通过ADAMS软件进行动力学仿真,验证模型的正常行走步态,并且得出关节角速度,关节角动量,关节力矩等变化曲线。然后分别选取RLA八分法中8个关键时期点的数据,将理论计算和模拟仿真的结果进行比较,分析误差原因。验证了运动模型的正确性,为驱动控制提供参考依据。     

一种坐式肢体协同运动康复机构的设计与分析

针对肢体功能障碍者上/下肢独立进行康复训练的现状,设计了一种基于复合连杆的坐式肢体协同运动康复机构。根据人体生理结构与肢体运动特点,建立人-机模型;利用矢量法对模型进行运动学分析,探索了机构中影响肢体运动的主要因素,并在此基础上,综合分析了机构的尺寸;在ADAMS中进行仿真分析,获得了不同曲柄和支撑杆长度下的脚踏轨迹和肢体运动参数曲线。结果表明,该机构可以实现肢体的协同运动,通过对曲柄和支撑杆长度的调整可满足个性化康复训练的需求。     

下肢康复设备实现等速训练方法的研究

针对临床上缺少下肢关节等速康复训练设备的现状,提出了一种能够让末端执行式康复训练设备实现髋、膝关节等速训练的方法。首先,根据等速训练要求,规划下肢关节角度运动曲线。其次,在末端执行式康复机构的基础上结合使用者的实际康复需要在矢状面内建立人-机模型,分别进行了运动学正反解的分析,对能实现髋、膝关节等速训练要求的曲柄运动规律进行了探索。利用软件对得到的曲柄控制规律进行了仿真分析,其结果验证了该控制规律的可行性。该研究为等速康复训练设备的样机研制奠定了理论基础,也为其他机器人的控制提供了参考。     

脚踏式下肢康复训练机器人结构设计及运动学仿真

借助于Pro/E软件建立下肢康复训练机器人的三维模型并设计了可以改变步长运动和进行位姿调整的步态运动机构。通过实验,对下肢康复训练机器人的工作步速范围、负载能力以及下肢关节运动角度进行分析,验证脚踏式下肢康复训练机器人设计的合理性。对设计结构进行了运动学仿真,仿真结果表明该机构能够较好地模拟人的实际步态运动,符合下肢康复系统的整体要求。     

面向人体运动需求的人机闭链下肢康复外骨骼设计

患者进行康复训练时,外骨骼需满足人体康复训练需求,并保证人体各关节具有确切的运动.针对传统外骨骼髋关节自由度低及人机协调运动时产生运动偏差问题,提出一种含髋关节6连杆机构的下肢外骨骼,并对其人机接口进行优化设计,建立了人机闭链外骨骼优化模型.通过建立外骨骼单侧腿运动学模型,求解其运动学正解、反解、运动空间并检验外骨骼人机相容性,运用ADAMS软件对人体-外骨骼传统模型和优化模型进行了运动学仿真与分析.结果 表明:外骨骼末端运动空间包含人体末端运动轨迹;人体各关节运动曲线与理论期望曲线运动趋势基本相同,优化后的外骨骼明显减小人机运动偏差.研究表明,优化外骨骼有助于更精准控制下肢各关节运动,补偿人体各关节的运动偏差,证明人机闭链外骨骼设计的合理性.     

对称五连杆下肢康复机构的设计与分析

五连杆机构作为一种特殊的运动机构,有着丰富的运动特点,结合临床康复医学理论对下肢康复机器人方案进行研究,设计了一种针对下肢偏瘫患者的双曲柄对称五连杆康复训练器,推导了五连杆的运动学解析式,通过建立数学运动模型,用Matlab进行仿真,仿真结果表明通过调整该机构两曲柄的相位差或机架的倾角来能实现输出点的运动轨迹的变化,从而达到调整髋关节和膝关节运动范围或最大值的目的,证明了此款下肢康复训练机器人可以满足不同康复阶段的患者的使用需求。     

一种个体自适应康复训练机器人机构的研究

针对现有下肢康复训练机器人人机连接柔顺性和关节对中性差的问题,提出了一种个体自适应的欠驱动康复训练机器人。欠驱动机器人系统只有4个直线驱动,驱动的直线运动通过连杆和人机连接机构转化为人下肢在矢状面内的屈伸运动,可带动人体进行步态康复训练。建立了机构的人机耦合模型,进行了正、逆运动学分析。然后,基于人机耦合模型,提出了一种人体参数与连接参数的在线辨识方法,可获得难以实际测量的人体肢体长度与人机连接参数等信息,并实现了个体自适应步态轨迹规划。最后,利用MATLAB和ADAMS软件进行了仿真验证,验证了参数辨识方法的正确性,以及提出的康复训练机器人具有个体适应性。     

基于ADAMS的手康复机器人运动学仿真分析

文中基于手指的生物学特征与ADAMS,设计了一种手指康复训练机器人,机器人通过平行四边形连杆机构进行关节独立驱动,实现对手指的屈曲/伸展运动训练,通过对机构进行运动学仿真,分析了机器人驱动关节速度、角速度及角加速度特性,结果显示符合手指的运动学特性,可以作为手指康复机器人的机构模型。     

某下肢康复训练机构结构设计及动力学分析

针对当前国内下肢瘫痪患者众多而下肢康复训练设备短缺的现状,设计了一种简易式下肢康复训练机构。对该机构的结构形式、驱动方法和长度调节机构进行了介绍;对其运动学和动力学进行了理论分析;用动力学仿真软件对其进行了动力学仿真分析,得到了各关节在1个运动周期内角速度和输出力矩变化;对大腿和小腿长度调节机构进行了柔性化分析,得到了在1个运动周期中大腿和小腿长度调整机构应力变化,最大应力为70 MPa,小于铝合金许用应力,强度满足使用要求;最后,对下肢康复机构进行了试验验证,试验测得髋关节和膝关节输出力矩变化与仿真结果变化趋势相同,证明了仿真的正确性和可行性。仿真时忽略了间隙、人体阻力等环节,导致试验测得力矩略大于仿真结果。     

踝关节康复六杆机构的性能分析

提出了一种能帮助病人实现踝关节康复的六杆机构,首先建立机构的矢量方程,从而得到其所求输出点的轨迹方程。通过对助行过程中的运动学特性进行仿真分析,得到机构输出点脚踝和脚尖的位移、速度、加速度图,并分析出适合机构曲柄运动的合适转速。仿真分析的结果为人机作用点的选择、踝关节康复训练方式的制定及相应控制方式的选择提供了理论依据。