下肢康复机器人骨盆机构设计及运动仿真.pdf

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1、中{回扁复匡学磐鑫2014年，第29卷，第1期·康复工程·下肢康复机器人骨盆机构设计及运动仿真程泓井郭帅谢春生马光伟李华伟摘要目的：设计一种下肢康复机器人的骨盆机构，帮助偏瘫患者进行运动训练。方法：通过滑块、四杆机构和关节球轴承实现骨盆的相关自由度运动，并利用UG的运动仿真模块对骨盆机构进行运动仿真分析。结果：仿真结果证明本研究设计的康复机器人骨盆机构能够满足正常人行走的轨迹要求。结论：证明了机构设计的合理性，可以用于下肢康复训练。关键词下肢康复；机器人；骨盆；运动仿真中图分类号：R496文献标识码：B文章编号：10

2、01—1242(2014)一01—0059—03人体在行走过程中骨盆发挥着重要的平衡作用，平衡功正常人体的骨盆部位有6个自由度，分别为髋关节处的能对偏瘫患者的康复非常重要，骨盆产生非正常运动轨迹扭转、俯仰和侧倾3个转动自由度及骨盆的左右、前后和上时，将直接影响到步态的运动特征。根据神经易化技术原下3个方向的移动自由度。人在正常行走过程中，骨盆具有理，强化骨盆的控制能力可促进下肢的运动功能，骨盆的训4个自由度(1R3T)：沿左右方向(x轴即矢状轴)的移动、沿前练能够改善身体两侧的平衡能力，加快偏瘫患者的康复效后方向(Y

3、轴即冠状轴)的移动、沿上下方向(z轴即垂直轴)的率。现有下肢康复机器人多数没有骨盆机构，一般通过将穿移动和绕z轴的转动(扭转运动)。侧倾运动主要涉及人体戴于患者躯干处的安全带垂直吊起以达到减重和保护患者的平衡功能，俯仰运动则出现在弯腰等动作中。Bruan和的目的，患者在训练过程中受到很大的束缚，不能自由地活Fischer提出人体运动信息测量的基本参数包括各个关节角动自己的身体，忽略了平衡训练对偏瘫患者康复的重要性，度的测量及肢体运动参数的测量，并发明了一种基于盖斯勒影响了康复进程。管、音叉和摄像机测量肢体三维运动参数

4、的方法。图1所为解决现有下肢康复机器人的不足，本研究在分析了人示为1997年Zijlstra和Hof通过图像采集系统得到了人在跑体骨盆运动规律的基础上设计了一种下肢康复机器人的骨步机上行走时骨盆在前后、左右、上下方向的运动轨迹图，盆机构，通过夹持在患者骨盆两侧给患者提供支撑和保护，图中左侧竖直的刻度表示20mm。有效地减少对患者的束缚，保证骨盆的各个自由度能够自由图1人体正常行走时骨盆运动轨迹图活动，患者在训练过程中能够自由活动自己的身体，进行侧倾平衡训练，在训练腿部行走功能的同时训练平衡能力，训＼／＼八／厂＼练过程

5、更加舒适，能够很好地辅助患者进行下肢康复训练。zU／＼Wk／WV～Wical1人体骨盆运动自由度和轨迹分析I／＼，厂＼．，r、厂＼、～：／、antero—postenor人体骨盆是由2块髋骨和骶骨、尾骨依靠结缔组织连结正常行走时为减少人体重心的移动，骨盆的一侧旋前，而成盆状的骨性结构，其上与腰椎相连，下与股骨构成髋关另一侧旋后，即进行骨盆的扭转运动，两侧各为4。，总共约节，是脊柱与下肢之间的桥梁，身体的重量通过骨盆传递到8。。骨盆的扭转及上下移动使人体重心不断转移，达到向前下肢，下肢的震动也通过骨盆上传至脊柱，因此，

6、它既作为脊行走的目的1。骨盆沿x轴、Y轴、z轴的平移(左右、前后、上柱的一环而运动，又以髋关节为轴作相对于下肢的运动。以下3个方向的移动)，以及绕z轴转动(扭转运动)的拟合方程髋关节为轴作相对于下肢的运动是骨盆最主要的运动形式。为】：DOI：10．3969~．issn．1001—1242．2014．01．0131上海大学机械制造及自动化学院，上海市宝山区，200444；2通讯作者作者简介：程泓井，男，硕士研究生；收稿日期：2013—03—14