（答辩稿）穿戴式机械腿机构的设计（CAD图纸+DOC论文）

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穿戴式机械腿机构的设计摘要用的四自由度绳索牵引骨盆运动并联康复机器人。图下肢康复训练机器人图助力机械腿年，上海大学机电工程与自动化学院也开始研究了套可穿戴式助力机械腿单侧下肢有两个自由度，分别为骸关节和膝关节的屈伸自由度，这两个自由度分别由电动缸驱动，单侧下肢机构如图所示。浙江大学流体传动与控制国家重点实验室也在这方面做了深入的研究，研究设计了套下肢康复医疗外骨骼，如图所示。这套系统具有骸关节和关节两个自由度，采用伺服电机驱动，并由独立的驱动器进行控制。并在此基础上开发了套专用于此系统的虚拟仪器控制界面软件。另外，专为系统制定开发的两套步态训练控制策略，即被动步态训练位置控制和半主动步态训练轨迹自校正控制，可以满足不同康复时期下肢步态康复训练的不同要求。图伺服电动驱动的下肢康复医疗外骨骼自年开始，中科院合肥智能机械研究所就开始从事这方面的相关研究工作，如图所示。机器人采用了类人结构，机构单侧共有五个自由度，分别是骸关节三个自由度，膝关节和踩关节各个自由度。图可穿戴型助力机器人尽管国内在穿戴型下肢康复训练机器人领域的研究起步相对较晚，但在机器人系统关键技术研究与试验样机研制方面己经取得比较多的成果。进步完善下肢康复机器人系统的性能，开展相关的康复训练实验研究是今后研究工作的重要内容。.下肢康复机器人研究存在的问题人机联接模式对人机相容性的影响。现有下肢康复机器人中，人机之间采用直接绑缚或通过穿戴具以紧致穿戴的形式相联接，缺乏有关人机联接模式和约束性质的深入研究，更未分析联接模式对人机运动相容性的影响。因此，需要进步研究人机之间的联接模式及其约束特性，在机器人机构的构型设计中分析联接模式的作用与影响，并以改善人机运动相容性为前提对机器人机构的构型进行综合与优选。机构构型对人机相容性的影响。现有的下肢康复机器人机构的骸关节多采用单自由度回转副或由个回转副进行运动等效，膝关节为单自由度回转副，机构的尺度参数根据下肢骨胳的比例和长度确定。优点是机器人机构的构型相对简洁且机构的设计简便易行。但机器人机构的关节数目少于下肢骨骼的关节数目，而且对应关节的运动属性也有所不同，构型的选取会直接影响人机之间的运动相容性。因此，在对人体下肢骨骼的生理结构关节运动特性以及康复机器人机构的外挂属性进行分析的基础上，结合人机系统的自由度分析提出较好的机构构型。机构参数优化对人机相容性的影响。由于下肢康复机器人机构与人体骨骼机构在关节数目关节运动特性上的差异以及机器人机构的外挂属性，若机器人机构参数或联接参数设计不够合理，也会导致人机运动不相容，在联接部位发生运动干涉与冲突。因此，在优选机构构型的基础上，需要进步研究基于运动相容性的机构参数及联接参数优化方法，定义运动相容性评价指标，构造基于运动相容性的机构参数优化模型并进行参数的优化设计。此外，机构设计中轻便美观和机构杆长的可调性也是研究的关键问题。.课题意义及主要研究内容穿戴式智能设备”是应用穿戴式技术对日常穿戴进行智能化设计开发出可以穿戴的设备的总称，如图机械腿，鞋等。机械腿的研究是步行机器人研究的核心内容。步行机器人是个交叉学科的研究，它涉及仿生学机械学控制学及信息处理技术等。步行机器人在多个行业具有很多应用优势，逐渐成为国内外机器人研究领域的个热点。步行机器人与其他履带式轮式机器人相比，具有以下的运动特性。步行机器人具有良好的地面自适应性步行机器人可以在复杂的地形上利用离散的点来选择最优的地面支撑点，并且可以跨越定的障碍物。步行机器人的腿部运动系统比较稳定步行机器人的腿部运动系统可以保证身体相对地面的稳定，因其腿部具有多个自由度，灵活性大，同时可以通过调节腿的伸展度来调整重心，因此不易翻倒，稳定性高。仿人机器人作为步行机器人的种形式，是提高机器人机穿戴式机械腿机构的设计摘要穿戴,穿着,机械,机构,设计,毕业设计,全套,图纸中文摘要本论文研究穿戴式机械腿机构。穿戴式机械腿是种典型的人机体化系统，该机构是种穿戴于人体腿部帮助有下肢乏力的患者进行康复治疗的机械结构。本文在人机相容性方面做了详细的分析，使本机构在较好的穿戴位形下依靠人体的运动信息控制穿戴式机器人，在运动过程中提高人机步态的致性，达到更好的康复治疗的目的。论文分析了国内外研究现状，了解了国内外相关研究的背景情况研究进展和未来的发展问题，总结了下肢康复机器人研究中还存在的问题，进而确定了本文的主要研究内容及所需解决的关键问题。本文确定了下肢康复机器人机构的自由度，对机构进行了关节布位，通过自由度的分析对人机联接模式和约束性质进行了研究，从而确定了骨骼机构联体模型。在人体骨骼模型的基础上，提出了种机构构型方案。对人机相容性进行了定义，分析了人机相容性的影响因素。在此基础上分别对人体下肢骨骼模型和这种机构构型进行了三维模型设计。入老龄化社会，老龄化问题逐渐得到关注。年度中国老龄事业发展统计公报称，年我国岁及以上老年人口己达到.亿，占总人口的.到年我国岁及以上老年人口将达到.亿，约占总人口的.。在老龄人群中有大量的脑血管疾病或者神经系统疾病患者，其中以脑卒中患者居多，而这类患者多数会留下偏瘫等症状。另外，近十年来我国各类交通运输工具的保有量迅速增长，因交通事故造成身体损伤的人数每年超过万人。据统计，我国目前有万残疾人，有康复需求的接近万，每年因车祸疾病等原因新增的残疾人数量达多万。医学理论和临床医学证明，这类患者除了早期的手术治疗和必要的药物治疗外，正确的科学的康复训练对于肢体运动功能的恢复和提高起到非常重要的作用。由于脑的可塑性，医学上通常是通过重复的特定任务的训练让患者进行足够的重复性活动，从而使重组中的大脑皮质通过深刻的体验来学习和储存正确的运动模式。减重活动平板步行训练的治疗方法就是基于上述原理对患者进行训练并且取得了良好的临床效果，成为下肢康复医疗采用的主要方法。训练采用悬吊式减重器和活动平板医用跑步机配合工作来协助患者完成步行动作。其悬吊装置可以不同程度地减少患者上身体重对下肢的负荷，患者在康复治疗师的帮助下借助于运动平板进行康复训练。训练过程中般需要两名治疗师相互协调，名治疗师在患者侧面帮助并促进患者侧下肢摆动，确定脚跟先着地，防止出现膝关节过伸，保证两腿站立时间与步长对称另名治疗师站在患者身后，促进重心转移至负重腿上，保证骸屈伸骨盆旋转和躯干直立。减重步行训练可以获得较为理想的肢体功能恢复效果，但是这种治疗师对患者“手把手”式的训练方式存在些问题。首先，名患者需要两名治疗师进行运动训练，效率低下，并且由于治疗师自身的原因，可能无法保证患者得到足够的训练强度，而且治疗效果会受到治疗师自身经验和水平的影响。其次，不能精确控制和记录训练参数运动速度轨迹强度等，不利于治疗方案的确定和改进不能记录描述康复进程的各种数据，康复评价指标不够客观无法建立训练参数和康复指标之间的对应关系，不利于对患者神经康复规律进行深入研究。再有，不能向患者提供实时直观的反馈信息，训练过程缺乏吸引力，患者多为被动接受治疗，参与治疗的主动性不够。可以看出，单纯依靠治疗师进行康复训练，无疑会制约康复训练效率的提高和方法的改进。因此，开拓更加广泛的康复训练手段和进步提高康复效率是解决患者运动功能障碍的当务之急。而突破这个问题的关键在于科学技术的创新，下肢康复机器人技术的发展和运用解决了这个问题。首先，机器人不存在“疲倦”的问题，能够满足不同患者对训练强度的要求其次，机器人可以将治疗师从繁重的训练任务中解放出来，而专注于制定治疗方案分析训练数据优化训练内容并改进机器人的功能再次，机器人可以客观记录训练过程中患者患肢的位置方向速度以及肌力恢复状态等客观数据，供治疗师分析，以评价治疗效果更进