结合FES的穿戴式足下垂康复系统关键技术研究

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1、学校代码：10285学号：20155229019硕士学位论文（专业学位）论文题目结合FES的穿戴式足下垂康复系统关键技术研究KeyTechnologyresearchofthewearableExoskeletonwithFESforDropfoot研究生姓名许坤指导教师姓名李娟专业名称机械工程研究方向康复机器人论文提交日期结合FES的穿戴式足下垂康复系统关键技术研究中文摘要结合FES的穿戴式足下垂康复系统关键技术研究中文摘要功能性电刺激（FunctionalElectricalStimulatio

2、n，FES）和踝关节外骨骼是帮助足下垂患者恢复踝关节运动的两种康复训练的方法。功能性电刺激虽然可以帮助足下垂患者进行康复训练，但是容易使得足下垂患者被刺激的肌肉疲劳，且可控性差；踝关节外骨骼也可以帮助足下垂患者进行康复训练，但是忽略了肌肉的自主性，其次，助力外骨骼受限于质量，功率和能源供给问题。针对上述情况，本文提出了将功能性电刺激与踝关节外骨骼结合的方法，一方面充分利用患者肌肉功能的自主性，另一方面利用踝关节外骨骼提供助力，补偿肌肉动力不足的问题。功能性电刺激的使用一方面发挥了患者肌肉收缩的能力，

3、另一方面降低了对电机和电源的要求，能够选用体积较小的电机和电源，降低了能耗，增强了整个机构的便携性和可穿戴性。功能性电刺激和助力机构的结合旨在辅助足下垂患者行走，帮助足下垂患者进行康复训练。如何帮助足下垂患者完成行走、适应日常的生活并且逐步得到康复是康复领域的重要课题，并且具有很重要的社会意义和学术价值。本文研究的主要内容如下：(1)下肢运动状态检测方法：首先分析人体运动的规律并进行总结，为足踝背屈助力机构设计与控制提供理论依据；其次，对正常人在平地行走条件下的步态相位进行划分；分析研究现有下肢步态

4、检测方法，提出一种用于本文足踝背屈助力机构的步态检测方法，同时完成了下肢状态相位检测系统的软硬件搭建，并做实验用于验证该方法的可行性。(2)足踝背屈助力机构的设计：设计一种穿戴方便、体积小、重量轻的用于足下垂的助力机构；首先，分析踝关节的运动学和动力学，提出足踝背屈助力机构的总体构型；对所提出的足踝背屈助力机构的关键参数进行分析计算；得出足踝背屈助力机构的总体结构。其次，根据踝关节的运动学和动力学，对足踝背屈助力机构进行运动学和动力学仿真。最后对足踝背屈助力机构的能耗进行理论分析。(3)FES单元设

5、计：设计用于治疗足下垂的FES单元模块；设计功能电刺激模块的I中文摘要结合FES的穿戴式足下垂康复系统关键技术研究硬件系统，包括单片机控制模块、升压模块、电刺激产生模块和电源稳压模块；设计该单元的软件部分，主要包括刺激源信号的处理程序和单片机控制系统的程序实现；最后实验验证了所设计的FES单元的功能性。(4)足下垂康复系统及其实验研究：首先，制作足踝背屈助力机构样机，包括关键元器件选型、采购、非标件的设计及加工、组装；其次，搭建足踝背屈助力机构平台，设计控制系统硬件，编写控制系统软件。最后进行足下垂

6、康复系统的实验研究并对实验结果进行分析。关键词：步态检测；足踝背屈助力机构；FES单元；控制方法作者：许坤指导教师：李娟II结合FES的穿戴式足下垂康复系统关键技术研究英文摘要KeytechnologyresearchofthewearableexoskeletonwithFESfordropfootAbstractFunctionalElectricalStimulationandankleexoskeletonarethetwomethodsofrehabilitationtrainingtoh

7、elpthepatientswithdropfoottorecovertheanklejoint.FunctionalElectricalStimulationcanbeusedtohelpdropfootwalk,butitiseasytocausemusclefatiguethatisstimulatedandispoorcontrollability;ankleexoskeletoncanhelpthepatientswithdropfoottoundergorehabilitationtra

8、ining,buttheautonomyofthemusclesisignored,inaddition,exoskeletonislimitedtoquality,power,andenergysupply.Inviewoftheaboveconditions,themethodofcombiningfunctionalelectricalstimulationwithankleexoskeletonispresented;ontheonehand,itmakesf