康复训练外骨骼的优化设计

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下肢外骨骼机器人是一种可穿戴式的智能机电系统,它可以跟随着佩戴者的动作来获得运动信息,或通过外骨骼自身的动力装置来增强佩戴者的身体机能。如今下肢外骨骼技术不仅在军事领域发挥了重要作用,也在医学领域做出了突出贡献。目前,下肢外骨骼体系正朝着集成化、功能化、多元化、民众化以及实用化的目标改进,同时还触及了多方面的学科,已经受到学术界和工业界的青睐。  本课题组通过对下肢外骨骼机器人的深入研究,运用仿生学原理设计了康复训练下肢外骨骼系统,并利用Solidworks软件建立了三维结构模型。本次设计主要是为了对由中风引起腿部失去运动能力的患者进行下肢康复训练,其整体包括减重支撑系统、外骨骼助力系统以及虚拟运动系统三个部分。其中减重支撑系统利用升降柱的运行来减轻患者重量,外骨骼助力系统采用了液压控制,二者在结构设计方面都以人体尺寸为设计依据,充分体现了此设计的人性化。文中运用了ANSYSWorkbench软件对减重支撑系统作了静力学分析,验证了结构设计的可靠性以及所选择的材料刚度的合理性。同时结合了人体解剖学和人体运动学,对人体下肢进行了运动学及动力学分析,并运用 Matlab/Simulink软件得到相关控制系统的设计数据。本文重点在于利用AMESim软件设计出液压系统的原理图,根据前面所求数据设计出了合理的液压伺服控制系统并验证了执行元件选型的正确性,再通过利用 Matlab/Simulink软件进行控制方法的优化,即进行设计与比较并选出最优控制方法,最后通过 Simulink与AMESim两个平台的联合仿真对所设计的液压伺服控制系统进行了验证。  论文最后对全文进行总结,对下肢外骨骼的进一步研究以及其应用前景进行了展望。
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