康復機器人的系統設計
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- 摘 要
康復機器人技術則是近年來迅速發展的一門新興機器人技術，是機器人技術在醫學領域的新應用；目前康復機器人已成為國際社會研究的熱點之一。本課題主要研究的基于姿態控制步態康復訓練系統的設計。
本文介紹了下肢康復機器人國內外發展現狀和應用情況，進行了步態訓練機器人的總體方案設計、結構設計，和總體控制方案設計等；對步態訓練機器人進行三維建模，并對重要零件進行校核。本步態訓練機器人共有7個自由度，其中每一條機械腿上有3個關節（3個自由度）模仿人體腿上的踝關節、膝關節、髖關節和一個用于減重的減重系統（包括1個自由度）。此系統能用于腦損傷、中風等病人的步態康復訓練，幫助病人更好地進行康復訓練，減輕他人的幫助，挺高效果。
關鍵詞：康復訓練；機器人；步態
目 錄
第1章 緒論 1
1.1 概述 1
1.2 康復機器人的國內外研究現狀 2
1.3 本課題主要研究內容 7
第2章 總體方案設計與選擇的論證 8
2.1 步態分析 8
2.2 方案的選擇 11
2.2.1 自由度的設計 13
2.2.2 基本參數的選取 13
2.2.3 驅動器的選擇 14
2.2.4 關節結構的選擇 14
2.2.5 連桿結構的選擇 14
2.2.6 腰部結構設計 15
2.2.7 減重機構 15
2.2.8 整體結構設計 16
2.3 本章總結 16
第3章 機械結構的設計與計算及驅動元件選型 17
3.1 人體參數 17
3.2 各關節運動學分析 17
3.2.1踝關節的運動學分析 18
3.2.2 膝關節的運動學分析 18
3.2.3 髖關節的運動學分析 19
3.3 關節力矩分析 20
3.4 具體結構設計 21
3.4.1 關節結構的選擇 21
3.4.2 連桿結構的選擇 22
3.4.3 腰部結構設計 23
3.4.4 減重機構 23
3.4.5 整體結構設計 24
3.5 一些零件的設計和校核 25
3.5.1 軸承的選擇及校核 25
3.5.2 氣缸的選擇 25
3.5.3 連桿的計算與校核 27
3.5.4 銷軸的校核 29
3.5.5 雙頭螺柱的校核 30
3.5.6 傳感器的選取 30
3.6 減重系統分析及相關計算 31
3.7 本章小結 32
第4章 供氣與控制系統的設計 33
4.1 供氣系統的設計 33
4.1.1 供氣回路設計 33
4.1.2 氣動元件的選擇 34
4.2 康復機器人的訓練方式 39
4.3 氣動自動控制方框圖 39
4.4 本章小結 40
結 論 41
參考文獻 42
致 謝 45
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