下肢康复机器人的设计与研究

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1、学校代码：10385分类号：研究生学号：密级：下肢康复机器人的设计与研究ResearchandDesignofLowerLimbRehabilitationRobot作者姓名：高红凯指导教师：杨帆教授合作教师：学科：车辆工程研究方向：机器人控制所在学院：机电及自动化学院论文提交日期：2016年4月5日摘要医疗康复训练机器人是机器人领域涉足医学康复领域的一个典型代表。它使医疗康复训练工程逐步走进了自动化，现代化，以及规范化，从而可建立规范/标准的医疗康复数据库，进而可实现大数据分析，以提高康复医疗的效果。其中下肢康

2、复机器人是医疗康复训练机器人的典型代表，用它来协助有下肢功能性障碍的患者，在跑步机的配合下，使患者按照正常人的步态康复训练。在康复训练过程中逐渐恢复患者下肢运动能力，最终达到能独立行走的康复目的。本文首先研究了国外和国内下肢康复机器人领域的发展趋势，总结了在这个领域需要攻克的重点难点。在对下肢机器人的结构设计和原理研究的基础上，结合了人体运动学机理，从而确立了下肢康复机器人的驱动装置和初步长度尺寸等，最终设计出了符合人体运动学机理、机构简单、轻量化、能自由调整可调机构的实验样机。本文在建立下肢康复机器人运动学方程

3、和动力学方程的基础上，运用Matlab/SimMechanics工具箱构建了机器人模型，理论/仿真模型的有效性通过借助ADAMS搭建的虚拟样机加以验证。并在此基础上进行了踝关节（节点）的轨迹分析，髋关节/膝关节的角度分析，驱动力/力矩分析，驱动行程分析，同时研究了髋关节跳动的影响（模拟人体真实步态环境）。并完成了实验样机的机械设计方案，同时搭建了基于dSPACE硬件在环仿真平台，已为下一步样机测试/研究打下基础。关键字：下肢康复机器人MATLAB/SimMechanicsADAMSIAbstractMedical

4、rehabilitationtrainingrobotisoneofthetypicalapplicationsoftheroboticssysteminthemedicalrehabilitationarea.Theapplicationoftheroboticssystemiscapabletomakemedicalrehabilitationbecomeautomation,modernizationandstandardization,whichhasthesignificantbenefitforest

5、ablishingtheregulations/standardsofmedicalrehabilitation,andthenimprovingthetreatmenteffectthroughsettingupthefundamentalmedicalrehabilitationdatabase.Thelowerlimbrehabilitationrobot,atypicalmedicalrehabilitationrobot,istotrainpatientswithlowerlimbdysfunction

6、followinganormalgaitschedule.Therefore,thepatientthroughthiskindoftreatmentcanrecoverhis/herwalkingabilitygradually,andfinallyobtainthenormalsteppingcapability.Thekeyresearchtopicsinthelowerlimbrehabilitationrobotfieldwillbesummarizedbasedontheextendedreviewo

7、ftheavailablepaperinthisarea,firstly.Then,thedrivingmethod,dimensionofthelowerlimbrehabilitationrobotwillbeestablishedbasedontheknowledgeoftheworkingprincipleoftherobotandthebiomechanicalengineering.Finally,anovellowerlimbrehabilitationrobotdesignwillbepropos

8、edconsideringtherequirementofroboticworkingprinciple,lightness,simplicityofthestructure,andtheresearchpurpose.Themathematicmodel(kinematicsanddynamicsequations)oftheproposedlowerlimbrehab