普惠性下肢精準(zhǔn)康復(fù)機(jī)器人的設(shè)計及實現(xiàn).pdf

1、康復(fù)治療是有效降低致殘率和提高患者生活質(zhì)量的主要途徑。大量患者在醫(yī)院治療后仍需在社區(qū)與家庭進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。社區(qū)與家庭已成為促進(jìn)肢體失能者逐漸恢復(fù)生活自理能力的康復(fù)訓(xùn)練主戰(zhàn)場。
　　不同患者身高和腿長不盡相同，同一患者在不同康復(fù)期所需的康復(fù)訓(xùn)練軌跡、幅度、力度等要求也存在個性化差異。粗放式康復(fù)訓(xùn)練易形成異常動作或事倍功半的康復(fù)效果。高端康復(fù)機(jī)器人能夠滿足患者精準(zhǔn)康復(fù)訓(xùn)練需求，但其售價高昂、操作復(fù)雜，難以在社區(qū)與家庭進(jìn)行普及與推廣。

2、r>　　本論文主要研究適于社區(qū)與家庭使用并可精準(zhǔn)實現(xiàn)患者下肢個性化訓(xùn)練的康復(fù)機(jī)器人。主要研究內(nèi)容如下:
　　第一章，在全球特別是我國肢體失能者大量存在的背景下，闡述了借助康復(fù)機(jī)器人康復(fù)治療的可行性，并綜述國內(nèi)外康復(fù)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀。針對普惠性、智能化、個性化的發(fā)展要求，確立了在普惠性條件下實現(xiàn)下肢精準(zhǔn)訓(xùn)練康復(fù)機(jī)器人的研究方向與研究內(nèi)容。
　　第二章，準(zhǔn)確、有效的運動生理信息是實現(xiàn)精準(zhǔn)化康復(fù)訓(xùn)練的基礎(chǔ)。為了保障不同個體、不同康

3、復(fù)期的精準(zhǔn)康復(fù)訓(xùn)練，針對康復(fù)效果評價指標(biāo)，研發(fā)了一種集肌電信號、足底壓力、關(guān)節(jié)活動度、脈搏信號于一體的多源信息感知系統(tǒng)。對其進(jìn)行了性能測試與試驗驗證，為機(jī)器人的研制和評價提供了平臺。
　　第三章，針對具有普惠性的踏車式康復(fù)訓(xùn)練器缺少量化訓(xùn)練的依據(jù)，分析了患者坐姿、曲柄長度和速度對髖、膝關(guān)節(jié)運動的影響，為精準(zhǔn)康復(fù)訓(xùn)練提供參考。針對踏車式康復(fù)訓(xùn)練器運動軌跡單一的不足，設(shè)計了一種既適于社區(qū)與家庭使用，又可實現(xiàn)個性化訓(xùn)練軌跡、幅度的組合式

4、多位姿下肢康復(fù)機(jī)器人，并從理論與實踐上驗證了該機(jī)器人的可行性。
　　第四章，為了更好地提高普惠性下肢精準(zhǔn)康復(fù)機(jī)器人的訓(xùn)練效果，對等速訓(xùn)練的關(guān)鍵問題展開了研究。對人體髖、膝關(guān)節(jié)等速運動規(guī)律和過程進(jìn)行了分析，提出了一種髖、膝關(guān)節(jié)等速訓(xùn)練的控制策略，并對該控制策略進(jìn)行了仿真驗證。
　　第五章，為更好地適應(yīng)社區(qū)與家庭使用環(huán)境，實現(xiàn)“人-機(jī)-環(huán)境”融合，提出了一種軌跡可變、幅度可調(diào)、可折疊、可嫁接的混合驅(qū)動柔性機(jī)構(gòu)。研究連桿機(jī)構(gòu)要素對

5、運動軌跡、幅度的影響，為設(shè)計柔性機(jī)構(gòu)提供了支撐。針對實現(xiàn)固定軌跡的四桿機(jī)構(gòu)尺寸綜合問題，提出了一種遺傳-擬牛頓混合的桿長優(yōu)化算法。利用可嫁接柔性機(jī)構(gòu)設(shè)計了一種坐臥式下肢康復(fù)機(jī)器人。
　　第六章，對第五章所設(shè)計的機(jī)器人進(jìn)行了分析與驗證。從運動學(xué)角度驗證了該機(jī)器人的可行性，通過動力學(xué)分析為機(jī)器人柔順控制提供依據(jù)，開發(fā)了控制系統(tǒng)和人機(jī)交互平臺。樣機(jī)試驗表明該機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)同異步主被動肢體協(xié)調(diào)康復(fù)訓(xùn)練，可精確的實現(xiàn)不同運動軌跡，適于社區(qū)與