下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計與分析.pdf

1、下肢外骨骼助力型機(jī)器人是目前機(jī)器人技術(shù)中一個全新的領(lǐng)域。有別于傳統(tǒng)的雙足步行機(jī)器人，它采用仿人設(shè)計，需要人體穿戴，通過驅(qū)動器模仿人體運(yùn)動，從而減少人體運(yùn)動過程中的體能消耗，以達(dá)到助力的目的。將外骨骼助力機(jī)器人理論應(yīng)用于康復(fù)領(lǐng)域，便是外骨骼康復(fù)機(jī)器人的雛形。相比于助力型機(jī)器人，康復(fù)機(jī)器人需要考慮的因素更為復(fù)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(jī)器人。目前，國內(nèi)外對于外骨骼康復(fù)型機(jī)器人的研究尚處于實(shí)驗(yàn)室研制

2、階段，還沒有大規(guī)模地產(chǎn)業(yè)化。因此，對相關(guān)問題的研究有很大的理論意義，相關(guān)的產(chǎn)品也將獲得越來越高的市場價值。
　　本文的目的是設(shè)計這樣一套下肢外骨骼機(jī)器人：它采用擬人化可穿戴設(shè)計思路，通過驅(qū)動機(jī)器人關(guān)節(jié)的運(yùn)動從而帶動人體關(guān)節(jié)的運(yùn)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(fù)訓(xùn)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(jié)合現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室條件，充分考慮到第一代樣機(jī)作為理論研究和最終市場化的過渡產(chǎn)品的要求，構(gòu)建了整套系統(tǒng)的總體

3、方案和技術(shù)指標(biāo)。基于人因工程學(xué)理論，通過對人體下肢解剖結(jié)構(gòu)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(jī)的整體框架結(jié)構(gòu)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(jī)的三維結(jié)構(gòu)，經(jīng)過加工獲得了第一代物理樣機(jī)?？紤]到現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件，對人體自由度進(jìn)行簡化，建立人體下肢 D-H模型。同時，只考慮矢狀面的運(yùn)動，進(jìn)行人體行走步態(tài)實(shí)驗(yàn)，劃分步態(tài)周期，為動力學(xué)建模奠定基礎(chǔ)。將人機(jī)系統(tǒng)簡化為5桿模