基于3-UPU并聯(lián)機構(gòu)的下肢康復機器人研究.pdf

1、隨著我國人口老齡化態(tài)勢的日趨嚴峻，因生理衰退導致四肢靈活性差甚至殘疾的老年人正不斷地增加。此外，由于戰(zhàn)爭、工傷、交通事故、疾病、災難等原因造成神經(jīng)損傷或肢體損傷的患者也在顯著增加。但與之相對的是，康復設備與患者需求之間的矛盾已日漸突出：人工護理成本逐年增加；用于醫(yī)療康復的設備功能單一，價格昂貴。因此，針對人體四肢而研究和開發(fā)的康復設備必將有著良好的發(fā)展前景。
　　本文研究下肢康復機器人。首先，論文比較全面地綜述了國內(nèi)外有關(guān)下肢康復

2、機器人的研究現(xiàn)狀以及存在的技術(shù)難點，對課題的立意和開展起到了重要的指導作用。然后，在分析人體下肢結(jié)構(gòu)特點、運動機理及損傷機理的基礎(chǔ)上，結(jié)合人機工程設計要求提出了下肢康復機器人本體結(jié)構(gòu)的設計目標。接著，根據(jù)設計目標確定了下肢康復機器人的自由度及驅(qū)動方式，分別對髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)進行機構(gòu)設計，將其串聯(lián)起來便組成了人體下肢康復機器人的整體機構(gòu)模型。本文采用純轉(zhuǎn)動型3-UPU空間并聯(lián)機構(gòu)來實現(xiàn)髖關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的康復訓練，并基于旋量理論對3-U

3、PU空間并聯(lián)機構(gòu)的自由度進行了定性地計算，同時也對機構(gòu)動平臺的位置和速度進行了分析和計算。通過計算驗證了該并聯(lián)機構(gòu)具有三個轉(zhuǎn)動自由度，且滿足轉(zhuǎn)動軸線交于一點，可用于實現(xiàn)髖關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)3個轉(zhuǎn)動自由度的康復訓練。之后，根據(jù)人體下肢基本尺寸，應用三維設計軟件Creo對下肢康復機器人的機械本體結(jié)構(gòu)進行了三維建模，并將三維軟件Creo中的模型進行簡化后，導入MATLAB中的機構(gòu)仿真工具Simulink和SimMechanics搭建了下肢康復機器人

4、的運動學仿真模型進行運動學仿真。通過仿真分析，驗證了所搭建的運動學模型的可行性和正確性，為下一步的動力學分析、機械本體結(jié)構(gòu)優(yōu)化、步態(tài)規(guī)劃、軌跡控制等奠定了基礎(chǔ)。最后，對下肢康復機器人的康復評價系統(tǒng)進行了較為深入的研究。應用模糊綜合評價法和層次分析法相結(jié)合的評價方法（AHP-FCE康復評價方法）對下肢康復程度進行了評價，并以髖關(guān)節(jié)活動度進行實例評價。通過實例證明了AHP-FCE康復評價方法具有充分的可實現(xiàn)性，且優(yōu)于傳統(tǒng)的臨床康復評價方法，