可穿戴下肢外骨骼康复机器人机械设计及地研究论文

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1、MECHANISMDESIGNANDRESEARCHOFTHEWEARABLELOWERLIMBEXOSKELETONREHABILITATIONROBOTMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:MechatronicEngineeringAuthor:WangQiangAdvisor:Prof.SamGeSchool:SchoolofMechatronicsEngineeringofUESTC独创性声明本人声明所呈交的学位论文

2、是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印

3、、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：年月日摘要摘要伴随着科技的不断发展以及医疗技术的显著提高，下肢瘫痪患者对于康复治疗设备性能需求也越来越高。本文基于这种需求研究设计了一种下肢外骨骼康复机器人。在设计过程中，充分考虑到康复机器人系统运行的稳定性以及患者穿戴外骨骼时的舒适性和平顺性。使患者能够在穿戴下肢外骨骼康复机器人的状态下顺利完成康复治疗过程中的训练动作。本文首先对康复机器人现阶段国内外的发展状况进行了深入的调研，说明了国内外各机构研发的康复机器人的特点，并分析总结它们的

4、优缺点，阐明了本文的研究重点。之后结合人体解剖学与人体步态与运动学特征参数进行了下肢外骨骼康复机器人总体方案设计。分别从机械结构系统、感知系统、控制系统以及供电系统4个方面进行了初步的介绍，阐明了总体的设计思路。接下来应用D-H法对下肢外骨骼康复机器人进行了运动学建模，结合现有条件对人体自由度进行简化，建立了下肢外骨骼康复机器人单腿模型，描述了关节变量与下肢外骨骼康复机器人末端位置之间的关系。在动力学分析中，分别采用拉格朗日-欧拉法以及牛顿法对下肢外骨骼康复机器人进行了动力学分析，在拉格朗日动力学分析的基础上设计了PD控制器，并验证了PD控制

5、器在应用于下肢外骨骼康复机器人控制系统中的可行性。康复机器人在运动过程中需要与人体正常运动保持高度的一致性。为此进行了人体运动实验，在实验中采集人体各关节运动参数，结合下肢外骨骼康复机器人动力学模型进行综合分析，获得驱动各关节运动所需要的最大驱动力力矩以及最大功率。通过介绍不同驱动方式的优缺点最终确定电机以及减速器方案并通过分析所得驱动力矩和功率完成电机以及减速器的选型。在考虑患者穿戴舒适性以及人机工学设计了各关节的自由度以及杆长可调节机制，保障了患者在穿戴外骨骼设备时的方便性以及舒适性。并通过Proe软件完成了整体下肢外骨骼康复机器人的三维

6、建模，经过零部件加工采购最终完成了下肢外骨骼康复机器人第一代原理样机的试制。关键词：下肢，康复机器人，运动学，动力学，选型ⅠABSTRACTABSTRACTAlongwiththecontinuoussignificantlydevelopmentofscienceandmedicaltechnology,thedemandofrehabilitationtherapyequipmentforpatientswithlowerlimbparalysisisbecomingmoreandmoreurgent.Accordingtothisnee

7、d,awearablelowerlimbexoskeletonrehabilitationrobotisdesigned.Thestabilityoftherehabilitationrobotsystem,smoothmovementprocessandthepatientswearingcomfortwasfullyconsideredintheprocessofdesign.Thepatientswhowearthelowerlimbexoskeletonrehabilitationrobotscancompleteactionsofr

8、ehabilitationtrainingsuccessfully.Inthisdissertation,afterathoroughresearchofdomes