一种可调心的并联髋关节康复机器人的设计与研究

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针对髋关节受损伤患者未能得到有效及时康复训练而错过最佳康复时间,就会延误治疗进程,甚至出现渐渐丧失关节运动能力的现象。本文设计并研究了一种可调心的并联髋关节康复机器人,其具有帮助髋关节损伤的患者进行康复训练的功能。根据人体髋关节解剖学,分析了髋关节实际运动状态,结合髋关节康复训练需求,确定了3-RRR并联机构作为髋关节康复机器人设计原型,并根据人体参数,最终提出了包含两种体位的一种可调心并联髋关节康复机器人的结构方案。根据D-H法,给出了髋关节康复机器人单侧执行机构的反解,利用反解搜索法得到其工作空间。基于反解,得出其一阶运动影响系数,进而绘制了奇异工作空间。基于虚功原理,建立髋关节康复机器人执行机构的动力学模型,结合康复训练需求,给出了三种典型的康复运动算例。利用动力学分析软件和MATLAB,建立了该执行机构的联合仿真模型。三种运动算例的动力学模型计算结果与联合仿真结果一致,验证了动力学模型的正确性。根据本文设计的髋关节康复机器人,制造出小比例执行机构样机模型和实际比例执行机构样机模型。针对小比例执行机构样机模型,通过控制系统的硬件搭建和康复界面开发,进行了三种典型的髋关节运动实验,验证了髋关节康复机器人能实现帮助患者进行康复训练运动的正确性。针对实际比例执行机构样机模型,通过硬件搭建和软件编程,进行肌电信号、脑电波信号分别导航的髋关节康复运动实验,实现了此髋关节康复机器人根据患者意愿进行康复训练的功能。
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