氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)的下肢康復(fù)外骨骼系統(tǒng)研究

【摘要】： 我國(guó)逐步進(jìn)入老齡化社會(huì),各類疾病引起的下肢行動(dòng)不便與運(yùn)動(dòng)障礙也越來(lái)越普遍,臨床醫(yī)學(xué)研究與實(shí)踐表明,適當(dāng)?shù)南轮祻?fù)訓(xùn)練對(duì)于患者下肢運(yùn)動(dòng)能力的恢復(fù)有重要意義,下肢康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)擁有廣泛的應(yīng)用前景。氣動(dòng)肌肉具有柔順性好、功重比高、成本較為低廉、安全可靠等特點(diǎn)。本課題所研究的是一套基于氣動(dòng)肌肉為驅(qū)動(dòng)元件的下肢康復(fù)外骨骼系統(tǒng),進(jìn)行基于下肢外骨骼和輔助康復(fù)小車的下肢康復(fù)訓(xùn)練。全文的主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面:第一,在對(duì)人體下肢幾何參數(shù)與運(yùn)動(dòng)機(jī)理研究的基礎(chǔ)上,本文提出了一種基于氣動(dòng)肌肉為驅(qū)動(dòng)元件的下肢康復(fù)外骨骼設(shè)計(jì)方案;根據(jù)中國(guó)成年人下肢尺寸分布統(tǒng)計(jì),確定了下肢外骨骼的幾何尺寸與可調(diào)節(jié)范圍;基于人行走過(guò)程中下肢各關(guān)節(jié)角度的變化范圍,確定下肢關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)角度,完成驅(qū)動(dòng)元件的選型。利用ANSYS Workbench軟件對(duì)關(guān)鍵零部件進(jìn)行強(qiáng)度分析,驗(yàn)證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可靠性。第二、對(duì)下肢外骨骼進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)分析,使用D-H方法建立下肢外骨骼的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程,完成外骨骼的正運(yùn)動(dòng)學(xué)解算,根據(jù)下肢外骨骼的幾何關(guān)系,完成逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解。根據(jù)拉格朗日方程建立下肢外骨骼的動(dòng)力學(xué)方程,使用ADAMS軟件完成下肢外骨骼的動(dòng)力扭矩仿真與步態(tài)行走仿真。第三、搭建控制系統(tǒng)軟硬件平臺(tái),設(shè)計(jì)高速開(kāi)關(guān)閥驅(qū)動(dòng)電路板,角度信號(hào)采集電路板;編寫(xiě)上位機(jī)控制程序和人機(jī)控制界面程序,實(shí)現(xiàn)對(duì)康復(fù)訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)參數(shù)的調(diào)節(jié)與數(shù)據(jù)保存。完成空載情況下的實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證下肢康復(fù)外骨骼控制系統(tǒng)的可靠性。第四、基于所設(shè)計(jì)的下肢康復(fù)外骨骼系統(tǒng)和Holden步行能力分級(jí),設(shè)計(jì)兩種康復(fù)訓(xùn)練策略,進(jìn)行了下肢康復(fù)訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)。完成下肢單關(guān)節(jié)的被動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練和下肢組合康復(fù)訓(xùn)練,并基于足底壓力傳感器設(shè)計(jì)完成了下肢主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練。

【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018

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