下肢外骨骼行走康复机器人研究

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1、下肢外骨骼行走康复机器人研究（申请上海交通大学硕士学位论文）培养单位：上海交通大学塑形成形技术与装备研究院专业：材料加工工程研究方向：数字化制造技术导师：谢叻教授硕士生：饶玲军二○一二年二月RESEARCHOFLOWER-LIMBEXOSKELETONWALKINGREHABILITATIONROBOTAThesisSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityForMasterDegreeMasterCandidate：RAOLingjunSupervisor：Prof.XIELeDepartmentofPlas

2、ticityEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityFebruary，2012上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保

3、留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本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、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日上海交通大学硕士学位论文摘要下肢外骨骼行走康复机器人研究摘要外骨骼机器人(ExoskeletonRobot)是一种可穿戴在操作者身体外部的一种机械装置，提供保护、身体支撑和运动等功能。本文首先学习了脊髓损伤

4、的医学理论以及截瘫产生的原因，明确下肢外骨骼机器人的任务和目标。利用下肢外骨骼行走康复机器人辅助患者摆脱轮椅重新站立并行走，不仅可以帮助截瘫患者在生活上更加自立，而且可以恢复患者部分肌肉功能，降低脊髓损伤后并发症发生的概率。在研究过程中，分析人体下肢的生理结构和运动学，脊髓损伤后截瘫患者的生理特征，包括截瘫后下肢的表现，异常运动模式与运动功能恢复形式。在此基础上，分析人体下肢的结构和运动学，结合人机系统的设计要求，将机器人的设计方案制定为辅助人体下肢髋、膝、踝三个关节同时参与运动的外骨骼式机器人。按照这一方案，设计了下肢行走康复机器人的机械结

5、构，并研制了样机。该机器人是一款有驱动的下肢外骨骼式机器人，包括了外骨骼本体和拐杖模块。外骨骼机器人单下肢具有三个自由度，分别是髋关节的屈曲/伸展；膝关节的屈曲/伸展；踝关节的跖屈/背屈，利用较少的自由度来实现行走，降低了机构的复杂程度，提高了装置的效率。髋关节和膝I上海交通大学硕士学位论文摘要关节的运动通过驱动器实现，该驱动器是在滚珠丝杠副基础之上加了两对受压弹簧，这可以有效地实现运动的缓冲和模拟关节运动时肌肉的动作方式；踝关节自由度通过一副对拉弹簧实现，可以有效地减少地面的对外骨骼本体的冲击能量。拐杖模块是外骨骼机器人的控制开关，同时也可

6、以平衡患者行走时的重心，拐杖模块与下肢外骨骼本体机械上独立并与外骨骼本体电连接。外骨骼机器人通过采集拐杖与地面的接触信息来控制膝关节和髋关节的屈伸运动，从而帮助患者实现跨步行走。针对研制的外骨骼机器人模型出现的问题，为后续研究者提出了改进建议。关键词：截瘫，下肢，康复行走，机器人，外骨骼II上海交通大学硕士学位论文ABSTRACTRESEARCHOFLOWER-LIMBEXOSKELETONWALKINGREHABILITATIONROBOTABSTRACTRehabilitationrobotisawearablemechanicaldev

7、icewhichcanprotecttheoperator,supportthebodyandhelptheoperatortowalk.Inthispaper,theparaplegiacausedbyspinalcordinjuryhavebeenstudied,makedefiniteofthemissionsandgoalsofthelowerextremityexoskeleton.Makinguseoflowerextremityexoskeletonrobottohelppatientsgetridofawheelchairto

8、standandwalkagain,whichcanhelpparaplegicsbemoreself-reliantintheirdailylivesandals