一种下肢康复训练机器人步态仿真研究与机构设计分析

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1、中国科学技术大学硕士学位论一种下肢康复训练机器人步态仿真研究与机构设计分析作者姓名：学科专业：导师姓名：完成时间：刘艳阳检测技术与自动化装置宋全军副研究员二O一三年五月一日㈣UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationforMaster’SdegreeGaitSimulationAndMechanismdesignAnalysisOfALowerLimbRehab川tationTrainingRobotAuthor’SName：Yan-yangLiuSpeciality：Detectiontechn

2、ologyandautomationdevicesSupervisor：Quan-junSongFinishedtime：May1加，2013中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：叁』＼逢盈垒签字日期：中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有

3、关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文，。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。玉公开口保密(年)作者签名：童!＼边土迢签字日期：鑫!!三：!三：习导师签名签字日期：2夕f≥．了二q摘要随着中国逐渐进入老龄化社会，患有中风及其它一些脑血管疾病或者神经系统疾病的患者不断增多，因此利用下肢康复机器人对病患进行训练提高他的下肢活动能力显得十分必要。医学研究表明，在患者进行康复训练的步态和正常人体

4、行走步态一致的情况下，恢复周期将明显缩短。因此根据正常人体行走的步态数据对下肢康复机器人进行步态规划成为下肢康复机器人研究一项非常有意义的工作。在实验室参与承担的国家863项目：网络化多个老人残障者远程上肢康复训练机器人(No。2008AA04020)的资助下，本文对一种下肢康复训练机器人行走步态机构进行了分析与仿真研究，提出了一种根据正常人体步态测试数据规划下肢康复机器人步态轨迹与速度的方法，建立了下肢康复机器人的简化三维模型并进行了仿真，为下肢康复机器人结构的进一步优化设计与系统的稳定控制提供了数据基础。论文的主要研究工作如下：(1)人体步态数据的测试与

5、分析研究：本文提出了一种快捷有效的获取方法，通过在下肢关节点处粘贴标记点，利用摄像机获取正常人行走的图像，对图像进行二值化处理，提取出标记点坐标，对提取出来的数据利用最小二乘曲线拟合的方法进行分析处理，得到人体脚心在一个步态周期内的步态数据。(2)康复训练机器人行走步态运动规划研究：以采集到的正常人体步态数据为基础根据正常人体行走步态的四个明显阶段即：单腿支撑期，双腿支撑期，摆动加速期与摆动末期对下肢康复机器人进行分段步态规划，包括运动轨迹与运动速度的规划，并对误差进行分析。(3)基于ADAMS的步态运动仿真研究：根据规划的步态轨迹，通过Solidworks

6、软件建立步态发生器的三维实体模型，通过它与ADAMS的接口数据格式，将模型导入ADAMS，通过添加运动副、驱动、载荷使模型具有一定的能动性，在ADAMS进行仿真。通过后处理模块对仿真结果进行分析处理，得到模型的逆解与正解，从而验证模型的有效性。关键词：下肢康复机器人步态特征参数步态规划ADAMS仿真分析ABSTRACTAsChinahasenteredtheagingsocietygradually,Thenumberofpeoplesuffering丘omstrokeandothercerebrovasculardiseaseorneurologicald

7、iseasesisincreasing，Soitisverynecessarythattakingadvantageofthetrainingoflowerlimbrehabilitationrobottoimprovepatients’abilityoflowerextremity．MedicalresearchshowsthatifpatientsCansimulatethenormalgaitrehabilitationofpremorbid，theeffectofrehabilitationwillbebetter,therecoveryperiod

8、Callbesignificantlyreduced