【摘 要】
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随着社会医疗水平和人们生活水平的不断提高,医疗机器人正在逐步取代康复医师进行康复训练。目前的踝关节康复机器人虽可实现踝关节的基本运动,但机构的虚拟转动中心大多数是固定且不可调的,因此需对踝关节康复机构进行进一步研究。本文结合人体踝关节的肌骨特征,设计了转动中心可调的3-CRS-S踝关节康复并联机构,研究了机构的运动学并进行了仿真分析,验证了机构的康复性能。首先,根据踝关节的运动特性及肌骨特点,设计
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随着社会医疗水平和人们生活水平的不断提高,医疗机器人正在逐步取代康复医师进行康复训练。目前的踝关节康复机器人虽可实现踝关节的基本运动,但机构的虚拟转动中心大多数是固定且不可调的,因此需对踝关节康复机构进行进一步研究。本文结合人体踝关节的肌骨特征,设计了转动中心可调的3-CRS-S踝关节康复并联机构,研究了机构的运动学并进行了仿真分析,验证了机构的康复性能。首先,根据踝关节的运动特性及肌骨特点,设计了一种适合踝关节康复训练的并联机构。利用螺旋理论及G-K公式分别对3-CRS-S并联机构的自由度进行了研究。其次,由于3-CRS-S踝关节康复并联机构中包含闭环链,因此利用闭环链矢量法得到了3-CRS-S并联机构的位置反解方程,应用螺旋建模理论,求得了3-CRS-S并联机构的速度雅可比矩阵,借助SolidWorks和MATLAB软件,通过极限搜索法分析了机构的工作空间,利用拆杆法研究了3-CRS-S并联机构的静力学,并利用SolidWorks软件完成有限元仿真,为机构的优化给予数据支持。然后,借助Adams与SolidWorks软件联合创建了3-CRS-S并联机构,通过Adams软件的运动学仿真模块,对3-CRS-S并联机构进行运动学仿真,得出了位移、速度曲线,并对3-CRS-S并联机构模拟踝关节运动,测出其旋转角度范围。仿真结果表明机构在模拟人体踝关节运动过程中运行平稳,旋转角度范围值满足踝关节康复训练需要,患者在康复期可依靠踝关节康复机构进行康复训练。最后,通过Anybody生物力学软件建立人机康复仿真系统,仿真分析人体踝关节在3-CRS-S并联机构的辅助下肌肉组织的最大激活度。分析结果表明人体踝关节在进行背伸-趾屈、内翻-外翻、内旋-外旋康复训练时肌肉的最大激活度在合理范围内,证明3-CRS-S并联机构在辅助患者康复锻炼方面具有明显的效果。
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