偏瘫患者下肢康复机器人的研究与开发

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1、硕士学位论文偏瘫患者下肢康复机器人的研究与开发作者姓名孙同阳学科专业机械制造及其自动化指导教师刘其洪副教授所在学院机械与汽车工程学院论文提交日期2018年4月DevelopmentofLowerLimbsRehabilitationRobotforHemiplegicPatientsADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：SunTongyangSupervisor：Prof.LiuQihongSouthChinaUniversityofTe

2、chnologyGuangzhou,China摘要作为创新辅助手段，利用康复机器人辅助训练应用前景广泛。本文提出研制面向临床下肢康复的一种全新的下肢康复机器人及其康复评价系统。本文采用医学与工学结合的方法分析人体手臂与下肢的生理结构、运动特征，并建立了治疗师和患者康复训练交互的简化模型。针对下肢康复训练，特别是扶持下步行训练的需求，开发了运动检测与评价系统，设计了下肢康复机器人的机械机构及控制系统，并通过实验验证了功能。首先，分析了人体下肢和手臂的生理结构、运动特征，并建立下肢和手臂的简化运动模型。依据

3、康复训练中患者与治疗师的交互行为，建立了简化康复训练模型。针对患者下肢的康复需求，提出下肢运动检测及评价系统以及下肢康复机器人的研发需求。其次，根据下肢简化运动模型，设计关节角度计算及运动评价算法。基于C++Builder开发运动数据采集程序，并利用Matlab对患者和健康者的运动数据进行对比分析与评价，验证了系统的有效性。然后，根据治疗师与患者在康复训练中的简化康复训练交互模型，设计下肢康复机器人机构方案，并对其进行了详细的机构设计、应力分析和强度校核，完成了整机机构的研发。最后，从下肢康复机器人控制

4、系统的需求出发，介绍了控制系统的硬件组成及相关控制功能的实现策略，并针对运动检测与评价系统、下肢康复机器人康复训练功能做了实验验证。实验表明，本文所设计的运动检测与评价系统在患者与健康者运动评价中具有有效性，且下肢康复机器人能够实现辅助受试者完成扶持下步行训练。关键词：康复机器人；下肢康复训练；运动检测系统IAbstractAsinnovativeauxiliarytoolsforrehabilitationtraining，rehabilitationrobotshavewideapplication

5、prospects.Anewtypeoflowerlimbrehabilitationrobotanditsrehabilitationevaluationsystemwereproposedinthisthesis.Acombinationofmedicalandengineeringmethodswasusedtoanalyzethephysiologicalstructureandmovementcharacteristicsofhumanarmsandlowerlimbs,andasimplif

6、iedmodeloftherehabilitationtraininginteractionbetweenthetherapistandthepatientwasestablished.Basedonthedemandoflowerlimbrehabilitationtraining,especiallythewalkingtrainingwiththehelpoftherapists,amotiondetectionandevaluationsystemwasdeveloped,amechanical

7、mechanismandcontrolsystemofthelowerlimbrehabilitationrobotwasdesigned,andtheexperimentswereestablishedtoverifythefunctionofthemotiondetectionandevaluationsystemandthelowerlimbrehabilitationrobot.Thephysiologicalstructureandmotioncharacteristicsofthehuman

8、lowerlimbsandarmswereanalyzed,andasimplifiedmovementmodeloflowerlimbsandarmswasestablished.Basedontheinteractionbetweenthepatientandthetherapistinrehabilitationtraining,asimplifiedrehabilitationtraininginteractionmodelwase