移动式康复机器人设计及其下肢康复运动建模研究

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由于我国是人口大国,残障人士的基数相应的较大,对于康复器材特别是康复机器人的需求也相应较大。同时为了防止由于脑血管疾病和神经系统疾病导致长期肢体功能障碍,尤其是偏瘫和截瘫肌肉损坏或坏死,需要合理对患者进行康复训练,最大程度的对肢体进行康复训练。传统的康复训练是在治疗师的帮助下进行的,不仅劳动强度大,费用昂贵,而且训练场所多为固定场所,无法做到居家康复训练。因此,本文研制出一款针对患者下肢功能障碍的康复机器人。该机器人能够辅助患者完成起坐运动,下肢康复训练。同时为了保障患者舒适性,该机器人也具有平躺功能,且能够不限于训练场所,可以做到,居家康复训练,提高患者的生活质量与独立生活能力,减轻看护人员的负担。本文具体的研究工作如下:(1)移动式下肢康复机器人总体方案设计。通过分析人体的下肢生理结构特点和正常人体起坐过程,同时根据移动式下肢训练机器人的功能需求,提出融合轮椅助行与康复训练为一体的移动式康复训练机器人的设计,并对机器人关键模块进行设计和静力学特性分析。(2)移动式下肢训练机器人的三种典型运动模式分析与建模。对机器人的三种基本运动模式:站立模式、平躺模式和腿部训练模式进行了功能分析,建立三种运动模式的运动学模型。(3)下肢训练机构的运动学建模与分析。对下肢训练机构自由度分析和其工作空间建模。为下肢训练机构建立了训练空间的运动学模型,同时基于所设计的下肢训练机构,对其可实现的典型训练模式进行了规划分析,证明了本研究中下肢康复机构设计的有效性。(4)实验平台研制和实验研究。通过研制机器人样机,搭建机器人实验平台,验证机器人的三种典型运动的可行性,同时对三种模式运动过程的关键部件采集受力信息,分析受力过程。实验研究证明移动式下肢训练机器人能够为下肢患者提供腿部训练功能,而且也能够帮助下肢患者进行站立运动和平躺运动。
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