（定稿）穿戴式机械腿机构的设计（全套下载）

格式：RAR 上传：2025-07-21 03:21:39

计时鸣，刘毅，李研彪，李景敏，种新型拟人机械腿的运动传递性能分析，伊蕾，助行康复机器人控制策略研究邓楚慧，穿戴式下肢康复机器人机构分析及优化设计.刘毅，种新型拟人机械腿的性能.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。转式下肢康复训练机器人，如图所示。它采用个大的回转臂通过束具与患者的躯干连接，支撑患者的部分体重，同时患者在回转臂的带动下沿圆周路线行走。该机器人的缺点是行走过程中机器人始终对患者附加个不同于正常行走的侧向驱动力，病人膝盖会承受多余的剪切载荷。针对口本回转式步态训练机器人的缺点以及采用祛码等传统悬吊减重方式存在的减重力变化的问题，等人分别开发了气压和电气驱动的减重移动车式步态康复训练机器人。该机器人由轮式移动平台和恒力减重系统两部分组成，轮式移动平台可工作在训练模式或者跟随模式下。训练模式中，由移动平台引导患者按照计算机或安装于平台上的操纵杆制定的路径行走，由移动平台跟踪患者的运动方向和速度。针对电机驱动和气压驱动减重系统分别设计了基于滑模力控制和采用模糊力控制的恒力减重控制系统。图旋转式康复训练机器人图的机器人日本的实验室结合机器人技术生物信号测量技术虚拟现实技术研制出种下肢康复机器人，如图所示。该机器人可以使病人模拟正常人走路上斜坡爬楼梯滑行等各种运动，从而达到康复锻炼的目的。图是美国芝加哥公司研发的平衡机器人。它的作用是帮助失去身体平衡的人进行康复训练的机器人，右图是患者在侧向移动。这种康复机器人能够帮助人体平衡，而且对躯干受伤的人，或者行走失去平衡的人有非常好的效果。它能够迅速准确地确定患者微小的动作，从而帮助患者达到预想的动作，这种康复设备不会主动地带人行走。图芝加哥公司平衡机器人康复机器人是由美到东北大学机电与机器人实验室研发的，如图所示。康复机器人在应用上也七过去更贴近普通人，现在这台膝关节康复机器人己经在美国波士顿医完投入使用，对于膝关节由于撞击受伤的患者尤其有效。图康复机器人国内研究现状对于手术恢复期后以及因偏瘫导致运动功能损伤严重的患者，可先经吊带减重后由下肢康复机器人导引患肢进行被动康复训练，逐步恢复患肢关节的运动功能和肌肉组织的伸展功能。当患肢的运动功能恢复到定程度后，根据功能恢复状况可适当降低下肢康复机器人的驱动功率，由患肢与机器人驱动器共同承担机器人机构的负载并协同运动，实现患肢的主动康复运动训练。.下肢康复机器人的研究现状康复机器人技术在欧美等发达国家得到了科研工作者和医疗机构的普遍重视，许多研究机构都开展了有关的研究工作，近年来取得了些有价值的成果。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。国外研究现状瑞士医疗器械公司与瑞士苏黎士医学院康复中心合作推出的步行康复训练机器人是当今产业化程度最高的种面向下肢瘫痪患者的医疗康复器械。于年研制成功，年在汉诺威世界工业展览会上展出，并在随后的几年中口臻完善并且己经开始进入实际应用阶段。根据瘫痪患者康复训练的特点，将下肢外骨骼设计成骸关节和膝关节两个自由度，分别由驱动器控制直流伺服电机进行运动。关节的角度电机的输出力矩患者与外骨骼之间的接触力均由相应的传感器进行测量。整个系统通过个平行四边形连杆机构与跑步机及悬吊系统相连接，稳固可靠。训练时，患者的下肢通过六个绑带与相连，最基本的被动训练只需控制四个关节的角度和角速度，以带动患者模仿人体步行运动。为了适应不同患者的需要，该机器人的各个关节均可调整，如图所示。为了让患者感到舒适，所有与患者接触的绑带都是宽而软的。的优点是患者的训练状态能够被监测评价和引导能够根据患者个体不同提供相应的步态模式和训练方案能够通过虚拟现实技术为患者提供反馈以提高患者参与训练的主动性。图机械腿也是套主动医疗康复外骨骼，如图所示。它的设计初衷与者的工具，而是把机器人和计算机当作提高临床康复效率的新型治疗工具。下肢康复机器人是目前康复机器人研究领域的个主要研究对象。它主要用于辅助患有脑血管疾病或神经系统疾病的患者进行下肢的康复训练，帮助他们重获步行能力。它可以在专业的医疗机构甚至在家中使用，使患者获得更强的独立生活能力，并能相当大的提高他们的生活质量。在过去的几年中，下肢康复机器人在世界各国己经有了很大的发展并取得了相当多的成果，些企业在其技术开发及投资方面有了很大的投入，下肢康复机器人技术正在向产业化和普及化发展。康复机器人研究历史第次尝试把为残疾人服务的机器人系统产品化是在世纪的年代到年代，实践证明这些尝试都失败了。失效原因主要有个方面其是设计的不理想，尤其是人机接口另个不是技术的原因，而是因为单价太高导致了康复机器人产品化的失败。世纪年代是康复机器人研究的起步阶段，美国荷兰和瑞士在康复机器人方面的研究处于世界领先地位。年代以来，全世界己有超过所大学的实验室及康复医疗机构相继开展了基于机电结合机器人技术的下肢康复训练系统的研制和实验研究工作。首先在机械手方面取得了定的成就。年，等研制了种称作“手物体手”的系统，如图左图，用来对只手功能受损的患者进行康复训练。这种双手物理治疗辅助机器包括两个置于桌面上可绕转轴转动的夹板状手柄，其中个手柄下端连接在驱动电机上，电机可以辅助患者完成动作。年，等又研制了种双手上举的康复器，如图右图，用来训练患者用双手将物体举起这动作。该设备为两自由度连杆结构，当患者双手握住手柄将其举起时，设备既可测量被举物体的垂直位置及倾斜角度参数，也可以在左手患侧手无法产生足够大的力时予以辅助，机器所施加的力可以按患者的需要改变，从而保持上举动作的平衡。图手物体手训练系统目前康复机器人技术有了较大的发展，从技术上能够较好地满足各种残障人士和老年人的需要，但是在实用能力上还需要进步完善和提高。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