下肢康复外骨骼机构的运动学分析

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下肢康复外骨骼机构是以医学理论为基础的新型自动化康复医疗机器人设备,不仅可以辅助患者进行科学而有效的康复训练,同时还可以使患者的运动机能得到很好的恢复,康复机器人的出现为患者医疗护理问题的解决提供了最佳方案。目前,康复机器人正在逐渐完善并应用到康复护理、康复治疗等方面,这不仅促进了康复医学的发展,也带动了相关领域的新技术和新理论的发展。本文在外骨骼机构构型综合的基础上,选取两种合理构型,对其进行运动学分析。在此基础上,提出了运动协同性的评价指标,并进行了外骨骼机构的性能分析。  通过分析国内外研究现状,了解国内外的研究进展,存在的问题,确定本文研究的主要内容及所需解诀的关键问题。  首先,将VICON系统测得的人体下肢关节转动角度转化到符合外骨骼机构运动规律的运动坐标系下,为后续的运动学分析提供依据。  其次,通过构型优选,在满足自由度要求的基础之上,选取一种膝上外骨骼构型,两种膝下外骨骼构型,对膝上及整体下肢的人-机闭链进行运动学分析,对存在穿戴偏差并以人体下肢为主动运动情况下,分析了外骨骼机构各运动副的变化规律,并对同一运动副在不同穿戴偏差下的运动情况进行了分析对比。  第三,在运动学分析的基础之上,提出了人-机之间运动协同性的三种性能指标,以检验外骨骼机构与人体下肢在运动过程中存在的偏差,为正确穿戴外骨骼提供了理论依据。  最后,对外骨骼机构的性能进行了分析,推出反映髋关节输入角度与外骨骼输出角度之间映射关系的速度雅可比矩阵,并以此为基础,得到了速度椭球,可操作度,灵活度等性能评价指标,为外骨骼的结构设计提供了理论依据。
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