21【毕业设计】康复机器人的系统毕业设计说明书

用关节运动来带动肌肉进行收缩运动，可以恢复和保持肌肉的收缩功能。

髋肩关节膝关节踝关节图机器人的功能模型是人体下肢关节中的三个主要关节。

关节的运动学特征主要包括两部分是关节的活动幅度，二是如何达到这个活动范围。

本设计就是根据这个原则进行的。

自由度的设计人体下肢的灵活度很高，关节比较复杂。

下肢运动关节主要包括髋关节膝关节踝关节个部分。

髋关节是球窝关节，它的活动形式有种，分别是向帮助使用者恢复下肢的运动功能，它由减重机构姿态控制机构运动平板等组成。

本文主要完成了以下工作根据康复训练机器人的应用对象使用环境及技术指标的要求，结合人体工程学的基本知识和康复医学的基本理论，确定系统的总体方案，采用三个自由度分别实现单边髋关节膝关节及踝关节的运动训练，总共采用个自由度。

结合康复器械的运动特点，比较多种驱动器的利弊，选用气缸作为康复训练机器人的驱动器。

关节的角度变化图踝关节力矩变化由图可知步行时踝关节处力矩的最大值为，角度范围为。

由图可知步行时踝关节处力矩的最大值为，角度范围为。

由图可知步行时踝关节处力矩的最大值为，间点，各个关节的角度和所受到的力矩不同。

下面从图图显示了个的人以的步行速度在平地上走时，髋关节膝关节踝关节三处关节在个步行周期内不同阶段的转角和力矩变化。

图步行周期内踝后，紧接着脚尖离地，此时即为右脚离开地面的瞬简，我们称之为脚指离地，由于它是右脚摆动前的动作，所以也称为预先摆动摆动中期右腿摆动过左腿的瞬间动作，此时的动作为支撑段中期。

在个步态周期的各个时即为前脚完全承载支撑段中期当右脚完全程载后，左脚开始摆动，摆动后右脚瞬间的动作即为支撑段中期脚后跟离地左脚摆动过右脚后，右脚后跟离开地面的动作成为脚后跟离地脚指离地右脚后跟离地期。

步态各重要阶段动作脚后跟受般的步态历程，最开始的动作为右脚接触到地面的瞬间，也就是后脚跟刚与地面接触的动作前脚完全承载在脚后跟受力后，脚掌渐渐贴附地面，直到脚掌完全贴合地面，此刻单侧肢体支撑期。

仅由被测足承担体重的时期，即从对侧足足趾离地至对侧足足跟着地的时期，也是对侧肢体摆动期。

摆动期。

被测足不接触地面的时期，即从被测足足趾离地至同侧足跟着地的时期，也是对单侧肢体支撑期和被测下肢在后的后足蹬地双足支撑期摆动前期个时期。

预承重期是从被侧足足跟着地至对侧足趾离地的时期摆动前期是从对侧足足跟着地至被侧足足趾离地的时期。

侧足的预承重期即为对侧足的摆动前期。

。

双侧肢体支撑期中包括预承重期和摆动前期，各占步行周期。

各时期划分及有关具体内容如下双侧肢体支撑期。

为双足着地由双侧肢体支撑体重的时期，又分为被测下肢在前的前足着地双足支撑期预承重，它占了个步行周期的。

摆动期是脚在空中的时间，它占了个步行周期的。

足跟接地即进入支撑期，足趾离地进入摆动期。

支撑期占步行周期其中单侧肢体支撑期占，双侧肢体支撑期占，摆动期占步行周期的械装置。

它可以帮助患者进行运动机能恢复性训练，进行主动式步态训练。

正常人在行走时脚在个步态周期内的运动情况如图所示。

图步态周期个步行周期分为两个时期，支撑期和摆动期。

支撑期是当脚和地面接触的时间器人机械本体结构的设计与计算，包括姿态控制结构设计和减重结构设计。

机器人驱动器的供气控制系统的设计。

第章总体方案设计与选择的论证步态分析下肢康复机器人是对有脑损伤中风等病人进行主动康复训练的自动化机结构设计，要考虑安全性可靠性柔顺性，同时进行了气动控制系统的设计。

课题内容主要包括步态康复训练系统的结构方案设计及运动学分析，包括人体行走的步态自由度的设计基本参数的选取整体结构设计等。

机人图下肢康复训练机器人本课题主要研究内容本文基于姿态控制步态康复训练系统的设计的研究目的是设计出种可以辅助下肢有运动功能障碍的老人或残疾人进行功能恢复训练的康复机器人，工作重点是机器人机械本体的，协调重心控制系统和步态系统的运动关系，使之与人体运动状态相协调，获得最佳训练效果。

图图所示分别为哈尔滨工程大学研制的卧式下肢康复机器人和基于步态姿态控制的下肢康复机器人系统。

图卧式下肢康复机器常人行走的步态踝关节的运动姿态以及重心的运动规律，带动下肢做行走运动，实现对下肢各个关节的运动训练肌肉的锻炼以及神经功能的恢复训练。

通过获取脚的受力状态腿部肌肉状态和下肢关节状态等人体的生物信息究成果则比较少。

清华大学在国内率先研制了卧式下肢康复训练机器人样机在这项成果中他们采用了虚拟现实技术。

哈尔滨工程大学在康复机器人方面也取得了不错的成果。

哈尔滨工程大学研制的下肢康复机器人可以模拟正试验在我国，康复医疗工程已经得到了普遍重视，康复训练机器人广阔的应用前景将推动康复机器人技术的进步发展。

我国对康复机器人的研究起步比较晚，辅助型康复机器人的研究成果相对较多，康复训练机器人方面的研究试验在我国，康复医疗工程已经得到了普遍重视，康复训练机器人广阔的应用前景将推动康复机器人技术的进步发展。

我国对康复机器人的研究起步比较晚，辅助型康复机器人的研究成果相对较多，康复训练机器人方面的研究成果则比较少。

清华大学在国内率先研制了卧式下肢康复训练机器人样机在这项成果中他们采用了虚拟现实技术。

哈尔滨工程大学在康复机器人方面也取得了不错的成果。

哈尔滨工程大学研制的下肢康复机器人可以模拟正常人行走的步态踝关节的运动姿态以及重心的运动规律，带动下肢做行走运动，实现对下肢各个关节的运动训练肌肉的锻炼以及神经功能的恢复训练。

通过获取脚的受力状态腿部肌肉状态和下肢关节状态等人体的生物信息，协调重心控制系统和步态系统的运动关系，使之与人体运动状态相协调，获得最佳训练效果。

图图所示分别为哈尔滨工程大学研制的卧式下肢康复机器人和基于步态姿态控制的下肢康复机器人系统。

图卧式下肢康复机器人图下肢康复训练机器人本课题主要研究内容本文基于姿态控制步态康复训练系统的设计的研究目的是设计出种可以辅助下肢有运动功能障碍的老人或残疾人进行功能恢复训练的康复机器人，工作重点是机器人机械本体的结构设计，要考虑安全性可靠性柔顺性，同时进行了气动控制系统的设计。

课题内容主要包括步态康复训练系统的结构方案设计及运动学分析，包括人体行走的步态自由度的设计基本参数的选取整体结构设计等。

机器人机械本体结构的设计与计算，包括姿态控制结构设计和减重结构设计。

机器人驱动器的供气控制系统的设计。

第章总体方案设计与选择的论证步态分析下肢康复机器人是对有脑损伤中风等病人进行主动康复训练的自动化机械装置。

它可以帮助患者进行运动机能恢复性训练，进行主动式步态训练。

正常人在行走时脚在个步态周期内的运动情况如图所示。

图步态周期个步行周期分为两个时期，支撑期和摆动期。

支撑期是当脚和地面接触的时间，它占了个步行周期的。

摆动期是脚在空中的时间，它占了个步行周期的。

足跟接地即进入支撑期，足趾离地进入摆动期。

支撑期占步行周期其中单侧肢体支撑期占，双侧肢体支撑期占，摆动期占步行周期的。

双侧肢体支撑期中包括预承重期和摆动前期，各占步行周期。

各时期划分及有关具体内容如下双侧肢体支撑期。

为双足着地由双侧肢体支撑体重的时期，又分为被测下肢在前的前足着地双足支撑期预承重期和被测下肢在后的后足蹬地双足支撑期摆动前期个时期。

预承重期是从被侧足足跟着地至对侧足趾离地的时期摆动前期是从对侧足足跟着地至被侧足足趾离地的时期。

侧足的预承重期即为对侧足的摆动前期。

单侧肢体支撑期。

仅由被测足承担体重的时期，即从对侧足足趾离地至对侧足足跟着地的时期，也是对侧肢体摆动期。

摆动期。

被测足不接触地面的时期，即从被测足足趾离地至同侧足跟着地的时期，也是对单侧肢体支撑期。

步态各重要阶段动作脚后跟受般的步态历程，最开始的动作为右脚接触到地面的瞬间，也就是后脚跟刚与地面接触的动作前脚完全承载在脚后跟受力后，脚掌渐渐贴附地面，直到脚掌完全贴合地面，此刻即为前脚完全承载支撑段中期当右脚完全程载后，左脚开始摆动，摆动后右脚瞬间的动作即为支撑段中期脚后跟离地左脚摆动过右脚后，右脚后跟离开地面的动作成为脚后跟离地脚指离地右脚后跟离地后，紧接着脚尖离地，此时即为右脚离开地面的瞬简，我们称之为脚指离地，由于它是右脚摆动前的动作，所以也称为预先摆动摆动中期右腿摆动过左腿的瞬间动作，此时的动作为支撑段中期。

在个步态周期的各个时间点，各个关节的角度和所受到的力矩不同。

下面从图图显示了个的人以的步行速度在平地上走时，髋关节膝关节踝关节三处关节在个步行周期内不同阶段的转角和力矩变化。

图步行周期内踝关节的角度变化图踝关节力矩变化由图可知步行时踝关节处力矩的最大值为，角度范围为。

由图可知步行时踝关节处力矩的最大值为，角度范围为。

由图可知步行时踝关节处力矩的最大值为，角度范围为。

为了模拟人体行走的正常步态，更科学合理有效的进行下肢康复训练，所设计的康复机器人下肢各关节的运动角度力矩和人体行走时关节的运动角度力矩应该近似。

为本设计就是根据这个原则进行设计的。

图膝关节的角度变化图膝关节的力矩变化图髋关节角度变化图髋关节力矩变化方案的选择本设计的主要工作是设计出个下肢有六个自由度下肢每条腿有个自由度的康复机器人及其相应的框架和减重机构个自由度，然后绑在人腰部和下肢上，分别带动髋关节膝关节和踝关节的运动，从而训练相应部位的肌肉，帮助使用者恢复下肢的运动功能，机构模型如图。

它由减重机构姿态控制机构运动平板等组成。

减重机构可以承担患者的部分体重，减轻病腿的负荷，还可以调节人体的重心上下浮动。

减重机构在人体行走时提供的是个恒力，它由个气缸通过滑轮驱动。

运动平板通过电机驱动，能调节速度，使适应人体行走的不同速度需要。

姿态控制机构主要模仿人体下肢关节的功能结构。

由气缸驱动的仿人体下肢带动人体