下肢外骨骼康復機器人的機構設計與分析.pdf

1、下肢外骨骼助力型機器人是目前機器人技術中一個全新的領域。有別于傳統(tǒng)的雙足步行機器人，它采用仿人設計，需要人體穿戴，通過驅(qū)動器模仿人體運動，從而減少人體運動過程中的體能消耗，以達到助力的目的。將外骨骼助力機器人理論應用于康復領域，便是外骨骼康復機器人的雛形。相比于助力型機器人，康復機器人需要考慮的因素更為復雜：由于穿戴者是四肢無力的患者，因此在安全性以及控制方面都有別于助力型機器人。目前，國內(nèi)外對于外骨骼康復型機器人的研究尚處于實驗室研制

2、階段，還沒有大規(guī)模地產(chǎn)業(yè)化。因此，對相關問題的研究有很大的理論意義，相關的產(chǎn)品也將獲得越來越高的市場價值。
　　本文的目的是設計這樣一套下肢外骨骼機器人：它采用擬人化可穿戴設計思路，通過驅(qū)動機器人關節(jié)的運動從而帶動人體關節(jié)的運動，主要用于癱瘓、偏癱、截癱以及下肢無力的患者的步態(tài)康復訓練。本文基于對國內(nèi)外現(xiàn)有研究成果的充分調(diào)研，并結合現(xiàn)有的實驗室條件，充分考慮到第一代樣機作為理論研究和最終市場化的過渡產(chǎn)品的要求，構建了整套系統(tǒng)的總體

3、方案和技術指標。基于人因工程學理論，通過對人體下肢解剖結構的理論研究以及人體測量尺寸和人體慣性參數(shù)的計算，確定了第一代樣機的整體框架結構及尺寸，并由此選擇了合適的驅(qū)動方式以及安全限位方式。使用 Pro/E軟件繪制出第一代樣機的三維結構，經(jīng)過加工獲得了第一代物理樣機。考慮到現(xiàn)有實驗條件，對人體自由度進行簡化，建立人體下肢 D-H模型。同時，只考慮矢狀面的運動，進行人體行走步態(tài)實驗，劃分步態(tài)周期，為動力學建模奠定基礎。將人機系統(tǒng)簡化為5桿模