线驱动下肢康复助力机器人设计及实验研究

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随着国民生活水平的不断提高,人们越来越关注脑卒中这一威胁健康的高发型疾病。脑卒中患者在获得最初的治疗后,需要长时间进康复训练,才能恢复下肢功能,重获行走能力。这需要医师和病人付出大量时间和精力来完成康复训练。在此背景下,下肢康复机器人应运而生。下肢康复助力机器人是机器人技术与康复医疗技术结合的产物,属于医疗机器人。将机器人技术应用于康复领域,可以帮助病人和医师解决下肢康复过程中,劳动强度大、康复动作不规范、康复医师数量不足、康复过程评估困难等问题。本文总结了国内外下肢康复机器人的特点,设计了一种全新的下肢康复助力机器人。人体肌肉是运动的主要驱动部分,通过研究人体的肌肉作用方式,探究了仿生的的驱动传动形式,设计了电机和鲍登线组合的驱动传动方式。通过对人体骨骼肌肉解剖学的学习,为下肢机器人设计了舒适的人机交互结构,以减轻机器人对人体负面影响。根据人下肢的步态参数,对人体的下肢进行了运动学分析计算,明确了下肢机器人要完成的动作和完成这些动作的方法。传感器技术是机器人技术的重要组成部分。下肢机器人需要传感器采集使用者的实时步态参数,以进一步判断人的运动状态和所需康复助力。本文选择了合适的传感器,为下肢机器人采集数据,为机器人提供控制所需的信息和病情判断的依据。设计出了下肢机器人的三维模型,并对设计的关键零件的安全性进行了有限元分析,保证其安全性、有效性。通过机加工、3D打印等方式完成了零件制造。之后,按照设计完成了下肢康复助力机器人的结构装配和控制平台搭建。为验证下肢机器人的康复助力功能,设计了下肢机器人的步态生物力学干扰实验、康复助力实验等,验证了机器人的实用性。
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