氣動肌肉驅動的下肢康復外骨骼系統(tǒng)研究

【摘要】： 我國逐步進入老齡化社會,各類疾病引起的下肢行動不便與運動障礙也越來越普遍,臨床醫(yī)學研究與實踐表明,適當?shù)南轮祻陀柧殞τ诨颊呦轮\動能力的恢復有重要意義,下肢康復訓練系統(tǒng)擁有廣泛的應用前景。氣動肌肉具有柔順性好、功重比高、成本較為低廉、安全可靠等特點。本課題所研究的是一套基于氣動肌肉為驅動元件的下肢康復外骨骼系統(tǒng),進行基于下肢外骨骼和輔助康復小車的下肢康復訓練。全文的主要研究內容包括以下幾個方面:第一,在對人體下肢幾何參數(shù)與運動機理研究的基礎上,本文提出了一種基于氣動肌肉為驅動元件的下肢康復外骨骼設計方案;根據(jù)中國成年人下肢尺寸分布統(tǒng)計,確定了下肢外骨骼的幾何尺寸與可調節(jié)范圍;基于人行走過程中下肢各關節(jié)角度的變化范圍,確定下肢關節(jié)的運動角度,完成驅動元件的選型。利用ANSYS Workbench軟件對關鍵零部件進行強度分析,驗證結構強度可靠性。第二、對下肢外骨骼進行運動學與動力學分析,使用D-H方法建立下肢外骨骼的運動學方程,完成外骨骼的正運動學解算,根據(jù)下肢外骨骼的幾何關系,完成逆運動學求解。根據(jù)拉格朗日方程建立下肢外骨骼的動力學方程,使用ADAMS軟件完成下肢外骨骼的動力扭矩仿真與步態(tài)行走仿真。第三、搭建控制系統(tǒng)軟硬件平臺,設計高速開關閥驅動電路板,角度信號采集電路板;編寫上位機控制程序和人機控制界面程序,實現(xiàn)對康復訓練實驗參數(shù)的調節(jié)與數(shù)據(jù)保存。完成空載情況下的實驗,驗證下肢康復外骨骼控制系統(tǒng)的可靠性。第四、基于所設計的下肢康復外骨骼系統(tǒng)和Holden步行能力分級,設計兩種康復訓練策略,進行了下肢康復訓練實驗。完成下肢單關節(jié)的被動康復訓練和下肢組合康復訓練,并基于足底壓力傳感器設計完成了下肢主動康復訓練。

【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018

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