针对下肢运动偏瘫患者,基于人体下肢运动规律,提出一种1R2T-1R型绳索驱动下肢康复机器人,并建立了完整模型。对该机器人进行运动学正逆解分析,并验证其正确性;基于蒙特卡洛法,在Matlab环境中求解该机器人在力封闭前提下的可控工作空间和实际工作空间,并进行了对比。结果表明,该康复机器人构型设计合理,其工作范围可以满足患者康复训练的需求。研究为后续的参数优化和轨迹规划提供了参考依据。

针对由脑卒中造成上肢运动功能障碍的偏瘫患者康复训练的问题,设计了一种肩关节全驱动式5自由度上肢外骨骼康复机器人。基于人机工程学与康复医学原理,确定上肢自由度和各关节的运动范围,并设计了上肢康复机器人结构;建立上肢康复机器人的运动学和动力学模型,推导了运动学和动力学方程;对所设计的上肢康复机器人进行仿真分析和工作空间分析,并对比分析了肩关节内收/外展两种运动形式。结果表明,设计的康复机器人关节运动平稳,转矩波动较小,对手臂无过大冲击,进行肩关节内收/外展的运动时间减小。验证了上肢康复机器人设计的合理性和康复过程的便捷性。

本文介绍国内外气动人工肌肉在康复医疗器械中的应用现状,重点分析近年来气动人工肌肉在上肢和下肢康复器械中的应用,其中上肢康复器械包括手部、手腕和手臂,下肢康复器械包括腿部、膝关节和踝关节;应用实例介绍了气动人工肌肉的工作特点和应用范围,并且对同功能康复器械对比分析。

近年来,脑卒中和交通事故造成上肢损伤的人数逐年上升,医疗领域对康复器械的需求越来越大。为满足实际需求,开发以气动人工肌肉为驱动器的4自由度(肩关节外收/内展(被动)、前驱/后伸、肘关节屈曲、腕关节屈曲)可穿戴上肢康复机器人。首先设计上肢康复机器人的结构,并采用气动人工肌肉作为肘关节与腕关节的驱动器。然后针对该上肢康复机器人,研究主动康复训练控制策略,设计两种控制策略。通过穿戴实验验证控制策略的有效性和实际应用价值。

对研发的康复训练机器人髋关节机构进行了建模分析,探讨机构的振动特性,对后续设置相关机构的工作频率和和对振动主动控制提供了理论依据。方法 以康复机器人对患者进行被动节律性训练为工作状态,建立振动力学模型和动力学方程,对康复机器人髋关节机构的运动特点和振动性能进行理论分析,通过仿真曲线展示了幅值和相位差的变化特点。结果 康复训练机器人髋关节机构的固有频率与接触部件的等效质量等参数有关。当阻尼大于特定值时,训练机构位移振幅随着工作频率上升而下降,不会发生共振;当阻尼小于特定值时,训练机构位移振幅随着工作频率增加先上升后下降,存在共振现象,阻尼的存在将显著降低位移振幅。结论 在小阻尼情况下髋关节机构才会发生共振,当利用机器人髋关节机构的振动进行振动康复治疗时,应该尽量降低阻尼,并使得工作频

针对意外伤害及脑卒中等造成的手部运动功能障碍问题,设计了一种新型手部康复机器人。重点介绍了三个模块化的执行机构和串联弹性驱动器的设计。利用解析法分析机器人的运动学特性,得出其运动学方程。然后通过图像处理技术得到了食指屈曲/伸展的运动轨迹,并将采集到的关节轨迹应用到运动学中,得出康复机器人的各个驱动关节的输入,并进行SIMULINK仿真验证。仿真结果证明该康复机器人整体结构设计合理,运动学模型正确,能够满足手部康复需求,同时也为后续康复机器人柔顺性控制提供了理论依据。

针对现有上肢康复机器人具有惯性冲击大易造成患者二次伤害的问题,采用混联机构形式,设计一种绳牵引式上肢康复机器人的新构型。为保障该康复机器人的安全性和稳定性,采用ANSYSWorkbench对上肢康复机器人结构进行静强度分析与模态分析,并应用多目标遗传算法对支撑机架进行了轻量化优化设计。分析结果表明,相比较优化前,支撑机架总质量减少了48%,同时得到优化后整体机架的固有特性,为后期控制策略做准备。

为帮助下肢功能障碍患者完成步行康复训练,设计了一种足底驱动式辅助步行训练的机器人机构。根据正常步行时下肢踝、膝关节姿态变化规律,对踝关节姿态约束机构和辅助屈膝机构进行了尺度综合优化,确定了机构的最佳尺寸参数。依据足底转角规律和范围综合,确定了踝关节姿态约束机构的曲线约束导轨ζ的轨迹,分析约束导轨倾斜角度和踏板长度对踝关节转角范围的影响;设计了膝关节辅助屈膝机构帮助训练时患肢实现膝关节屈曲动作,分析并确定机构尺度对辅助屈膝动作的影响。并利用Matlab工具箱建立机构的仿真模型,通过仿真分析验证机构尺度综合优化的合理性和机构设计的可行性。

针对上肢康复训练需求,设计一种采用二连杆串联结构的2自由度手臂康复机器人。基于D-H法对机器人的正、逆运动学进行理论分析,采用Matlab/Simulink和SimMechanics工具箱分别搭建机器人的正逆运动学理论模型与机构模型进行仿真对比,分析结果验证了机器人运动学建模的正确性。结合人体工程学相关标准和手臂关节运动范围要求,建立机器人与手臂机构的联合仿真模型,确定机器人的工作空间;并完成机器人进行画圆训练的轨迹规划,为机器人运动控制奠定了基础。基于联立约束法建立机器人的动力学模型,确定了机器人各关节驱动力矩大小,为驱动电机选取和控制器参数选择提供了依据。

根据人体踝关节的运动生理特点和并联机构的特点,以单开链为单元,基于方位特征集理论,对三转动并联机构进行了型综合;结合踝关节的特点,优选出了一种能辅助实现人体踝关节运动的三转动并联机构,并对其进行了运动学分析。基于建立的逆解方程,利用Matlab进行数据求解,最后将所得数据作为驱动函数在Adams中对机构进行仿真分析,仿真结果验证了该并联机构的应用可行性,同时为后续的机构尺寸优化设计提供了理论基础。