康復(fù)機(jī)器人的系統(tǒng)設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 1 摘 要 康復(fù)機(jī)器人技術(shù)則是近年來(lái)迅速發(fā)展的一門新興機(jī)器人技術(shù)，是機(jī)器人技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的新應(yīng)用；目前康復(fù)機(jī)器人已成為國(guó)際社會(huì)研究的熱點(diǎn)之一。本課題主要研究的基于姿態(tài)控制步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 本文介紹了下肢康復(fù)機(jī)器人國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用情況，進(jìn)行了步態(tài)訓(xùn)練機(jī)器人的總體方案設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，和總體控制方案設(shè)計(jì)等；對(duì)步態(tài)訓(xùn)練機(jī)器人進(jìn)行三維建模，并對(duì)重要零件進(jìn)行校核。本步態(tài)訓(xùn)練機(jī)器人共有 7 個(gè)自由度，其中每一條機(jī)械腿上有 3 個(gè)關(guān)節(jié)（ 3 個(gè)自由度）模仿人體腿上的踝關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)和一個(gè)用于減重的減重系統(tǒng)（包括 1 個(gè)自由 度）。此系統(tǒng)能 用于腦損傷、中風(fēng)等病人的步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練，幫助病人更好地進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，減輕他人的幫助，挺高效果 。 關(guān)鍵詞 ：康復(fù)訓(xùn)練；機(jī)器人；步態(tài) 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 2 he is a is a in of on of in is a of so it a of of is on In of at a s on to a of of of a 3 to a a of be to of of 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 3 目 錄 第 1 章 緒論 . 1 述 . 7 復(fù)機(jī)器人的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 . 8 課題主要研究?jī)?nèi)容 . 14 第 2 章 總體方案設(shè)計(jì)與選擇的論證 . 15 態(tài)分析 . 15 案的選擇 . 18 由度的設(shè)計(jì) . 20 本參數(shù)的選取 . 20 動(dòng)器的選擇 . 21 節(jié)結(jié)構(gòu)的選擇 . 21 桿結(jié)構(gòu)的選擇 . 21 部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 22 重機(jī)構(gòu) . 22 體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 23 章總結(jié) . 23 第 3 章 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算及驅(qū)動(dòng)元件選型 . 24 體參數(shù) . 24 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 . 24 關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 . 25 關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 . 25 關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 . 26 節(jié)力矩分析 . 27 體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 28 節(jié)結(jié)構(gòu)的選擇 . 28 桿結(jié)構(gòu)的選擇 . 29 部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 30 重機(jī)構(gòu) . 30 體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 31 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 4 些零件的設(shè)計(jì)和校核 . 32 承的選擇及校核 . 32 缸的選擇 . 32 桿的計(jì)算與校核 . 33 軸的校核 . 35 頭螺柱的校核 . 36 感器的選取 . 36 重系統(tǒng)分析及相關(guān)計(jì)算 . 37 章小結(jié) . 38 第 4 章 供氣與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . 39 氣系 統(tǒng)的設(shè)計(jì) . 39 氣回路設(shè)計(jì) . 39 動(dòng)元件的選擇 . 40 復(fù) 機(jī)器人的訓(xùn)練方式 . 46 動(dòng)自動(dòng)控制方框圖 . 46 章小結(jié) . 47 結(jié) 論 . 48 參考文獻(xiàn) . 49 致 謝 . 52 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 5 目錄 第 1 章 緒論 . 1 述 . 7 復(fù)機(jī)器人的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 . 8 課題主要研究?jī)?nèi)容 . 14 第 2 章 總體方案設(shè)計(jì)與選擇的論證 . 15 態(tài)分析 . 15 案的選擇 . 18 由度的設(shè)計(jì) . 20 本參數(shù)的選取 . 20 動(dòng)器的選擇 . 21 節(jié)結(jié)構(gòu)的選擇 . 21 桿結(jié)構(gòu)的選擇 . 21 部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 22 重機(jī)構(gòu) . 22 體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 23 章總結(jié) . 23 第 3 章 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算及驅(qū)動(dòng)元件選型 . 24 體參數(shù) . 24 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 . 24 關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 . 25 關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 . 25 關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 . 26 節(jié)力矩分析 . 27 體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 28 節(jié)結(jié)構(gòu)的選擇 . 28 桿結(jié)構(gòu)的選擇 . 29 部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 30 重機(jī)構(gòu) . 30 體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 31 些零件的設(shè)計(jì)和校核 . 32 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 6 承的選擇及校核 . 32 缸的選擇 . 32 桿的計(jì)算與校核 . 33 軸的校核 . 35 頭螺柱的校核 . 36 感器的選取 . 36 重系統(tǒng)分析及相關(guān)計(jì)算 . 37 章小結(jié) . 38 第 4 章 供氣與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . 39 氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . 39 氣回路設(shè)計(jì) . 39 動(dòng)元件的選擇 . 40 復(fù)機(jī)器人的訓(xùn)練方式 . 46 動(dòng)自動(dòng)控制方框圖 . 46 章小結(jié) . 47 結(jié) 論 . 48 參考文獻(xiàn) . 49 致 謝 . 52 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 7 第 1 章 緒論 述 據(jù)報(bào)道，我國(guó) 60 歲以上的老年人已有 ，占全國(guó)人口的 11，到2050 年將達(dá)到 。 在老齡人群眾中有大量的腦血管疾病或神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者，這類患者多數(shù)伴有偏癱癥狀 1。近年由于患心腦血管疾病使中老年患者出現(xiàn)偏癱的人數(shù)不斷增多，而且在年 齡上呈現(xiàn)年輕化趨勢(shì)。同時(shí)，由于交通運(yùn)輸工具的迅速增長(zhǎng)，因交通事故而造成神經(jīng)心痛損傷或者肢體損傷的人數(shù)也越來(lái)越多。在美國(guó)數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的有神經(jīng)科疾病病史和受到過意外傷害的患者需要進(jìn)行康復(fù)治療，僅以中風(fēng)為例，每年大約有 600， 000 中風(fēng)幸存者，其中的二百萬(wàn)病人在中風(fēng)后存在長(zhǎng)期的運(yùn)動(dòng)障礙。 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，這個(gè)特殊群體已得到了更多人的關(guān)注，為了提高他們的生活質(zhì)量，治療、康復(fù)和服務(wù)于他們的產(chǎn)品的技術(shù)和質(zhì)量也在相應(yīng)地提高。 隨著機(jī)器人技術(shù)和康復(fù)醫(yī)學(xué)的發(fā)展，在歐洲、美國(guó)和日本等國(guó)家，醫(yī)療康復(fù)機(jī)器人的市場(chǎng)占有率呈逐年上升的趨 勢(shì)，僅預(yù)測(cè)日本未來(lái)機(jī)器人市場(chǎng)， 2005 年醫(yī)療、護(hù)理、康復(fù)機(jī)器人的市場(chǎng)份額約為 250， 000 美元，而到 2010 年將上升到 1， 050， 000 美元，其增長(zhǎng)率在機(jī)器人的所有應(yīng)用領(lǐng)域中占據(jù)首位。 因此，服務(wù)于四肢的康復(fù)設(shè)備的研究和應(yīng)用有著廣闊的發(fā)展前景 2。 康復(fù)機(jī)器人是康復(fù)設(shè)備的一種類型?？祻?fù)機(jī)器人技術(shù)早已廣受世界各國(guó)科研工作者和醫(yī)療機(jī)構(gòu)的普遍重視，其中以歐美和日本的成果最為顯著。在我國(guó) 康復(fù)醫(yī)學(xué)工程雖然得到了普遍的重視，而康復(fù)機(jī)器人研究仍處于起步階段，一些簡(jiǎn)單康復(fù)器械遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足市場(chǎng)對(duì)智能化、人機(jī)工程化的康復(fù)機(jī)器人 的需求 ，有待進(jìn)一步的研究和發(fā)展。 由于康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人要與人體直接相連，來(lái)帶動(dòng)肢體進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，所以對(duì)驅(qū)動(dòng)器的安全性、柔性的要求較高。 近年來(lái)，以氣動(dòng)元件柔性驅(qū)動(dòng)器逐漸引起人們的重視，在醫(yī)療康復(fù)器械領(lǐng)域中得到越來(lái)越多的應(yīng)用。 本課題的研究目的是設(shè)計(jì)一種用于腦損傷、中風(fēng)等病人的步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 8 系統(tǒng)，幫助病人更好地進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，減輕他人的幫助，挺高效果。 復(fù)機(jī)器人的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 在對(duì)有運(yùn)動(dòng)障礙的老人或殘疾人進(jìn)行治療和康復(fù)的過程中， 使用康復(fù)機(jī)器人可以解決好多問題：機(jī)器人的使用可以解決專業(yè)護(hù)理人員缺乏和醫(yī)療費(fèi)用 昂貴的問題，可以避免由于訓(xùn)練方法不科學(xué)和專業(yè)護(hù)理人員個(gè)人疏忽等主觀原因引起的對(duì)病人的傷害，可供病人在家或工作場(chǎng)所使用，使病人獲得更多的獨(dú)立生活能力，提高了病人的生活質(zhì)量等?？祻?fù)機(jī)器人是一種自動(dòng)化醫(yī)療康復(fù)設(shè)備，它以醫(yī)學(xué)理論為依據(jù)，幫助患者進(jìn)行科學(xué)而有效的康復(fù)訓(xùn)練，使患者的運(yùn)動(dòng)機(jī)能得到更快更好的恢復(fù)。目前，康復(fù)機(jī)器人已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到康復(fù)護(hù)理、假肢和康復(fù)治療等方面，這不僅促進(jìn)了康復(fù)醫(yī)學(xué)的發(fā)展，也帶動(dòng)了相關(guān)領(lǐng)域的新技術(shù)和新理論的發(fā)展。 康復(fù)機(jī)器人有兩種：輔助型康復(fù)機(jī)器人和康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人。 輔助型康復(fù)機(jī)器人主要是幫助肢 體運(yùn)動(dòng)有困難的患者完成各種動(dòng)作，該類產(chǎn)品有機(jī)器人輪椅、機(jī)器人護(hù)士、機(jī)器人假肢 、機(jī)械外骨骼 等。 康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的主要功能是 幫助患者完成各種運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)訓(xùn)練，該類產(chǎn)品有行走訓(xùn)練、手臂運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練、脊椎運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練等。 康復(fù)機(jī)器人是康復(fù)醫(yī)學(xué)和機(jī)器人技術(shù)的完美結(jié)合， 康復(fù)機(jī)器人技術(shù)在歐美等國(guó)家得到了科研工作者和醫(yī)療機(jī)構(gòu)的普遍重視，許多研究機(jī)構(gòu)都開展了有關(guān)的研究工作，近年來(lái)取得了一些有價(jià)值的成果。對(duì)于中風(fēng)、偏癱、下肢運(yùn)動(dòng)機(jī)能損傷等患者來(lái)說(shuō)，下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人有著很好的治療效果。國(guó)內(nèi)外許多研究機(jī)構(gòu)都在這方面取得了不錯(cuò)的研究結(jié)果。 下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人發(fā)展主要經(jīng)歷了幾個(gè)階段。由早期的簡(jiǎn)單步行訓(xùn)練機(jī)發(fā)展到現(xiàn)在功能豐富、符合人體運(yùn)動(dòng)機(jī)理的下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人。早期發(fā)展的下肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)是借助于跑步機(jī)、懸吊系統(tǒng)等幫助患者進(jìn)行運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，此種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，但訓(xùn)練過程中必須有專業(yè)人員的幫助，而且并不符合人體運(yùn)動(dòng)機(jī)理，還不能稱為康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人，只能是一種半自動(dòng)的康復(fù)訓(xùn)練機(jī)械，如圖 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 9 圖 示。圖 的步行訓(xùn)練機(jī)，它的功能單一、價(jià)格便宜，而且需要在專業(yè)護(hù)理人員的幫助下進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，這種機(jī)械對(duì)下肢病情比較輕的病人較合適。 圖 行訓(xùn)練機(jī) 3 圖 掛式步行訓(xùn)練機(jī) 4 隨著機(jī)器人技術(shù)和康復(fù)醫(yī)學(xué)的發(fā)展，人們對(duì)人的行走步態(tài)有了比較清楚的認(rèn)識(shí)，開發(fā)出了一些符合人體康復(fù)需要的產(chǎn)品。 德國(guó)柏林自由大學(xué) (展了腿部康復(fù)機(jī)器人的研究 5，并研制了 康復(fù)機(jī)器人樣機(jī) (圖 瑞士蘇黎士聯(lián)邦工業(yè)大學(xué) (腿部康復(fù)機(jī)構(gòu)、走步狀態(tài)分析方面也取得了一些成果，在漢諾威 2001 年世界工業(yè)展覽會(huì)上展出了 名為 康復(fù)機(jī)器人模型。 器人 主要由步態(tài)矯正器、先進(jìn)的體重支持系統(tǒng)和跑臺(tái)組成。 器人 以使用者為根本，通過對(duì)機(jī)器人的行為、耐心、合作及運(yùn)動(dòng)功能進(jìn)行評(píng)估 ,建立了一種更為有效的治療方式，即：機(jī)器人先偵測(cè)使用者的運(yùn)動(dòng)，并且跟隨使用者的運(yùn)行軌跡而不是強(qiáng)制使用者按照預(yù)定的軌跡運(yùn)動(dòng)，通過機(jī)器人的自適應(yīng)功能，來(lái)滿足使用者的不同需求 ，它可以調(diào)整訓(xùn)練參數(shù)以適合不同患者的需要 6。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 10 圖 康復(fù)機(jī)器人 圖 器 人 德國(guó)柏林的 究所研制的 過一個(gè)可編程控制的腳踏板來(lái)帶動(dòng)患者實(shí)現(xiàn)步態(tài)的軌跡模擬，這個(gè)腳踏板由直線電機(jī)帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，腳踏板支撐部分類似于二自由度機(jī)械臂，由兩個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng) 7(圖 圖 1.5 統(tǒng)在試驗(yàn)中 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 11 美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的科學(xué)家研制出一種機(jī)器人稱為 伯克利末端外骨骼 （ 8， 括可以牢牢地固定在使用者腳上但又不會(huì)和使用者摩擦的金屬支架， 以及用來(lái)承載重物的背包式外架和動(dòng)力設(shè)備等，這種機(jī)器人除了可以幫助正常人增加負(fù)載能力外還可以幫助下肢殘疾的病人行走，一定程度上恢復(fù)下肢功能 (圖 圖 本筑波大學(xué) 制出了世界上第一種商業(yè)外骨骼機(jī)器人 (9(圖 準(zhǔn)確地說(shuō)，是自動(dòng)化機(jī)器人腿： 混合輔助腿 。這種裝置能幫助殘疾人以每小時(shí) 4公里的速度行走，毫不費(fèi)力地爬樓梯。除 合輔助腿 外，日本還研制成功了一種全身性外骨骼機(jī)器 人。神奈川理工學(xué)院研制的 動(dòng)力輔助服 9(圖 使人的力量增加 用肌肉壓力傳感器分析佩戴者的運(yùn)動(dòng)狀況，通過復(fù)雜的氣壓傳動(dòng)裝置增加人的力量。這種裝置最初是為護(hù)士研制的，用來(lái)幫助她們照料體重較大或根本無(wú)法行走的病人?，F(xiàn)在已經(jīng)有殘疾人在這種機(jī)器人的幫助下實(shí)現(xiàn)了登山運(yùn)動(dòng)。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 12 圖 圖 國(guó) 據(jù)活動(dòng)依賴神經(jīng)系統(tǒng)的可塑性，量化和評(píng) 估模式肌電圖在步態(tài)等方面的作用，建立數(shù)學(xué)模型模擬的感覺運(yùn)動(dòng)障礙。圖 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 13 圖 在我國(guó)，康復(fù)醫(yī)療工程已經(jīng)得到了普遍重視，康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人廣闊的應(yīng)用前景將推動(dòng)康復(fù)機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。 我國(guó)對(duì)康復(fù)機(jī)器人的研究起步比較晚，輔助型康復(fù)機(jī)器人的研究成果相對(duì)較多，康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人方面的研究成果則比較少。清華大學(xué)在國(guó)內(nèi)率先研制了臥式下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人樣機(jī)在這項(xiàng)成果中他們采用了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 10。哈爾濱工程大學(xué)在康復(fù)機(jī)器人方面也取得了不錯(cuò)的成果。 哈爾濱工程大學(xué)研 制的下肢康復(fù)機(jī)器人 可以模擬正常人行走的步態(tài)、踝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)以及重心的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，帶動(dòng)下肢做行走運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)下肢各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練、肌肉的鍛煉以及神經(jīng)功能的恢復(fù)訓(xùn)練。通過獲取腳的受力狀態(tài)、腿部肌肉狀態(tài)和下肢關(guān)節(jié)狀態(tài)等人體的生物信息，協(xié)調(diào)重心控制系統(tǒng)和步態(tài)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，使之與人體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相協(xié)調(diào)，獲得最佳訓(xùn)練效果。圖 圖 示分別為哈爾濱工程大學(xué)研制的臥式下肢康復(fù)機(jī)器人和基于步態(tài)姿態(tài)控制的下肢康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng) 11。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 14 圖 式下肢康復(fù)機(jī)器人 圖 肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人 課題主要研究?jī)?nèi)容 本文 基于姿態(tài)控制步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 的研究目的是設(shè)計(jì)出一種可以輔助下肢有運(yùn)動(dòng)功能障礙的老人或殘疾人進(jìn)行功能恢復(fù)訓(xùn)練的康復(fù)機(jī)器人，工作重點(diǎn)是機(jī)器人機(jī)械本體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要考慮安全性、可靠性、柔順性， 同時(shí)進(jìn)行了 氣動(dòng)控制系統(tǒng)的 設(shè)計(jì) 。課題內(nèi)容主要包括： 括人體行走的步態(tài)、自由度的設(shè)計(jì)、基本參數(shù)的選取、整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。 括姿態(tài)控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和減重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 器的供氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 15 第 2 章 總體方案設(shè)計(jì)與選擇的論證 態(tài)分析 下肢康復(fù)機(jī)器人是對(duì)有腦損傷、中風(fēng)等病人進(jìn)行主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練的自動(dòng)化機(jī)械裝置。它可以幫助患者進(jìn)行運(yùn)動(dòng)機(jī)能恢復(fù)性訓(xùn)練，進(jìn)行主動(dòng)式步態(tài)訓(xùn)練。 正常人在行走時(shí)腳在一個(gè)步態(tài)周期內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況如圖 示 12。 圖 態(tài)周期 1個(gè)步行周期分為兩個(gè)時(shí)期，支撐期和擺動(dòng)期。支撐期是當(dāng)腳和地面接觸的時(shí)間，它占了一個(gè)步行周期的 62%。擺動(dòng)期是腳在空中的時(shí)間，它占了一個(gè)步行周期的 38%。足跟接地即進(jìn)入支撐期，足趾離地進(jìn)入擺動(dòng)期。支撐期占步 行周期 62%(其中單側(cè)肢體支撐期占 37%，雙側(cè)肢體支撐期占 25%)，擺動(dòng)買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 16 期占步行周期的 38%。雙側(cè)肢體支撐期中包括預(yù)承重期和擺動(dòng)前期，各占步行周期 12%。各時(shí)期劃分及有關(guān)具體內(nèi)容如下 :(l)雙側(cè)肢體支撐期。為雙足著地、由雙側(cè)肢體支撐體重的時(shí)期，又分為被測(cè)下肢在前的 前足著地雙足支撐期 (預(yù)承重期 )和被測(cè)下肢在后的 后足蹬地雙足支撐期 (擺動(dòng)前期 )2個(gè)時(shí)期。預(yù)承重期是從被側(cè)足足跟著地至對(duì)側(cè)足趾離地的時(shí)期 ;擺動(dòng)前期是從對(duì)側(cè)足足跟著地至被側(cè)足足趾離地的時(shí)期。一側(cè)足的預(yù)承重期即為對(duì)側(cè)足的擺動(dòng)前期。 (2)單側(cè)肢體支 撐期。僅由被測(cè)足承擔(dān)體重的時(shí)期，即從對(duì)側(cè)足足趾離地至對(duì) 側(cè)足足跟著地的時(shí)期，也是對(duì)側(cè)肢體擺動(dòng)期。 (3)擺動(dòng)期。被測(cè)足不接觸地面 的時(shí)期，即從被測(cè)足足趾離地至同側(cè)足跟著地的時(shí)期，也是對(duì)單側(cè)肢體支撐 期。 步態(tài)各重要階段動(dòng)作 : (1)腳后跟受 :一般的步態(tài)歷程，最開始的動(dòng)作為右腳接觸到地面的瞬間，也就是后腳跟剛與地面接觸的動(dòng)作； (2)前腳完全承載 :在腳后跟受力后，腳掌漸漸貼附地面，直到腳掌完全貼合地面，此刻即為前腳完全承載； (3)支撐段中期 :當(dāng)右腳完全程載后，左腳開始擺動(dòng)， 擺動(dòng)后右腳瞬間的動(dòng)作即為支撐段中期； (4)腳后跟離地 :左腳擺動(dòng)過右腳后，右腳后跟離開地面的動(dòng)作成為腳后跟離地； (5)腳指離地 :右腳后跟離地后，緊接著腳尖離地，此時(shí)即為右腳離開地面的瞬簡(jiǎn)，我們稱之為腳指離地，由于它是右腳擺動(dòng)前的動(dòng)作，所以也稱為預(yù)先擺動(dòng)； (6)擺動(dòng)中期 :右腿擺動(dòng)過左腿的瞬間動(dòng)作，此時(shí)的動(dòng)作為支撐段中期 。 在一個(gè)步態(tài)周期的各個(gè)時(shí)間點(diǎn)，各個(gè)關(guān)節(jié)的角度和所受到的力矩不同。下面從圖 示了一個(gè) 75人以 s 的步行速度在平地上走時(shí)， 髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)三處關(guān)節(jié)在一個(gè)步行周期內(nèi)不同階段的轉(zhuǎn)角和買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 17 力矩變化 131415。 圖 行周期內(nèi)踝關(guān)節(jié)的角度變化 圖 關(guān)節(jié)力矩變 化 由圖 120N，角度范圍為 15 。 由圖 0N，角度范圍為 0 。 由圖 80N，角度范圍為 30 。 為了模擬人體行走的正常步態(tài)，更科學(xué)合理有效的進(jìn)行下肢康復(fù)訓(xùn)練，所設(shè)計(jì)的康復(fù)機(jī)器人 下肢各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)（角度、力矩）和人體行走時(shí)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)（角度、力矩）應(yīng)該近似。為本設(shè)計(jì)就是根據(jù)這個(gè)原則進(jìn)行設(shè)計(jì)的。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 18 圖 關(guān)節(jié)的角度變化 圖 關(guān)節(jié)的力矩變化 圖 關(guān)節(jié)角度變化 圖 關(guān)節(jié)力矩變化 案的選擇 本設(shè)計(jì)的主要工作是設(shè)計(jì)出一個(gè)下肢有六個(gè)自由度 （下肢每一條腿有 3個(gè)自由度） 的康復(fù)機(jī)器人及其相應(yīng)的框架和減重機(jī)構(gòu)（一個(gè)自由度），然后綁在人腰部和下肢上，分別帶動(dòng)髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，從而訓(xùn)練相應(yīng)部位的 肌肉，幫助使用者恢復(fù)下肢的運(yùn)動(dòng)功能，機(jī)構(gòu)模型如圖 由減重機(jī)構(gòu)、姿態(tài)控制機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)平板等組成。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 19 減重機(jī)構(gòu)可以承擔(dān)患者的一部分體重，減輕病腿的負(fù)荷，還可以調(diào)節(jié)人體的重心上下浮動(dòng)。減重機(jī)構(gòu)在人體行走時(shí)提供的是一個(gè)恒力，它由一個(gè)氣缸通過滑輪驅(qū)動(dòng)。 運(yùn)動(dòng)平板通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)，能調(diào)節(jié)速度，使適應(yīng)人體行走的不同速度需要。 姿態(tài)控制機(jī)構(gòu)主要模仿人體下肢關(guān)節(jié)的功能結(jié)構(gòu)。由氣缸驅(qū)動(dòng)的仿人體下肢帶動(dòng)人體下肢運(yùn)動(dòng)。關(guān)節(jié)是人體運(yùn)動(dòng)的樞紐，是傳遞載荷、保持 能量、協(xié)助運(yùn)動(dòng)的重要器官。關(guān)節(jié)長(zhǎng)期制動(dòng)，會(huì)使肌肉的破壞負(fù)最大載下降，能量?jī)?chǔ)存也會(huì)明顯減少，最終會(huì)導(dǎo)致肢體的完全癱瘓。用關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)來(lái)帶動(dòng)肌肉進(jìn)行收縮運(yùn)動(dòng)，可以恢復(fù)和保持肌肉的收縮功能。髖肩關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)圖 器人的 功能 模型 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 20 是人體下肢關(guān)節(jié)中的三個(gè)主要關(guān)節(jié)。 關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征主要包括兩部分：一是關(guān)節(jié)的活動(dòng)幅度，二是如何達(dá)到這個(gè)活動(dòng)范圍。本設(shè)計(jì)就是根據(jù)這個(gè)原則進(jìn)行的。 由度的設(shè)計(jì) 人體下肢的靈活度很高，關(guān)節(jié)比較復(fù)雜。下肢運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)主要包括髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié) 3 個(gè)部分。髖關(guān)節(jié)是球窩關(guān)節(jié)，它的活動(dòng)形式有 3 種，分別是向前伸 展 / 向后伸展（ 、側(cè)向內(nèi)轉(zhuǎn) / 外展（ 和向內(nèi)外扭轉(zhuǎn)（ 膝關(guān)節(jié)有向前伸展 /向后伸展（ 側(cè)向內(nèi)轉(zhuǎn) /外展（ 種活動(dòng)形式。踝關(guān)節(jié)有背 /跖屈（ 側(cè)向內(nèi)轉(zhuǎn) /外展（ 向內(nèi)外扭轉(zhuǎn)（ 3 種形式的運(yùn)動(dòng)。每一條腿有 7 個(gè)自由度，想要設(shè)計(jì)出一個(gè)能夠完成下肢各個(gè)關(guān)節(jié)的康復(fù) 運(yùn)動(dòng)的機(jī)器人非常難?？紤]到有些關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)消耗的 能量小和結(jié)合 康復(fù)醫(yī)學(xué)的相關(guān)知識(shí)，確定 3 個(gè)自由度：髖關(guān)節(jié)的向前伸展、向后伸展，膝關(guān)節(jié)的向前伸展、向后伸展，踝關(guān)節(jié)的背曲和跖曲。總體結(jié)構(gòu)有兩條腿和一個(gè)減重機(jī)構(gòu)共 7 個(gè)自由度。 本參數(shù)的選取 下肢康復(fù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)和人體的運(yùn)動(dòng)學(xué)相近，因此人體下肢關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍決定了下至康復(fù)機(jī)器人的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍。下肢康復(fù)機(jī)器人的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍至少要和人體行走時(shí)關(guān)節(jié)范圍一致。為了安全，機(jī)器人的關(guān)節(jié) 運(yùn)動(dòng)范圍一般要小于人體關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍的最大值。 參考人體下肢各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)角度，結(jié)合本設(shè)計(jì)的使用者是下肢需要康復(fù)的患者和各關(guān)節(jié)在行走狀態(tài)