仿生踝关节辅助康复装置的构型分析与设计

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1、郑州轻工业学院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，均已在文中作出了明确的声明并表示了谢意。本人学位论文与资料若有不实，愿意承担一切相尖的法律责任。学位论文作者签名：年月日郑州轻工业学院学位论文知识产权声明书本人完全了解学校有尖保护知识产权的规定-即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于郑州轻工业学院。学校有

2、权保留并向国家有尖部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有尖数据库进行检索，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。同时，本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为郑州轻工业学院。保密论文待解密后适用本声明。学位论文作者签名：指导教师签名：伴随各种运动的产生，人类踝关节不断承受各种各样的冲击，使得踝关节成为运动损伤中最易受伤的关节之一。而踝关节损伤或手术之后，如何使其尽快恢复其机能，无疑也是一个重要的

3、课题。为实现踝关节辅助康复，本课题设计了一种新型的、基于球销副的仿生踝关节辅助康复装置，该装置具有两个自由度，但能近似实现踝关节背屈/跖屈运动、内翻/外翻运动以及它们的复合运动，可根据患者的不同康复阶段选择不同的控制模式，不同的运动幅度和不同的运动频率，对人体踝关节进行康复治疗。本文首先介绍了目前国内外仿人踝关节机构和踝关节康复机构的研究概况。其次,根据人体踝关节的运动特点，建立了踝关节的机构学模型，再依据机构学模型综合出了一种实现背屈/跖屈运动、内翻/外翻运动以及复合运动的，具有两个主动驱动的，但能近

4、似实现三维运动的踝关节辅助康复装置机构方案。在确定该装置的机构方案后，对装置进行了运动建模，即针对结构采用的刚柔组合驱动的模式，对刚柔组合驱动与刚性驱动模式分别进行建模分析，给出了相关计算公式，并采用Matlab软件进行了计算。同时，釆用Recurdyn仿真软件对该装置进行了仿真分析，并与Matlab理论计算的结果进行了比较。在此基础之上，对装置的控制系统进行了研究，分别研究了控制系统硬件与软件；控制系统硬件设计主要包括电机的选取，控制器的选择等；软件设计主要包括电机控制模块软件结构，CAN总线通讯等；

5、建立了人机友好交互界面。最后搭建了踝关节辅助康复装置的实验平台，并完成了初步的实验。关键词：康复装置；运动建模；Matlab计算；Recurdyn仿真；控制系统ABSTRACTWithvariouskindsofsports,humananklewillbebearingvariousimpactsunceasingly,whichmakestheanklebeoneofthemostvulnerablejointsinmotioninjury.Thus,aftertheanklehasaninjury

6、oroperation,animportantissueonhowtomaketheanklerecoveritsfunctionassoonaspossibleshouldbeconcerned.Torealizetheankletrehabilitation,anew-typebionicauxiliarydeviceforanklerehabilitationbasedonsomeballpinpairsisdevelopedinthispape匸Thedevicehastwodegreesoff

7、reedom,whichcanapproximatelyrealizedorsiflexion/plantarflexion,introversion/extroversionandtheircompositemotion.Accordingtodifferentstagesofrehabilitationforsomepatients,wecanchoosedifferentcontrolmodes,rangesandfrequenciesinmotiontofinishtheankle'srehab

8、ilitationtherapy.Inthispaper,firstly,generalsituationoftheresearchforhumanoidanklejointmechanismsandanklerehabilitationmechanismsathomeandabroadareintroduced.Secondly,accordingtosomemotioncharacteristicsofthehumananklejoin