坐姿下肢康复机器人的运动学分析及运动仿真.pdf

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1、机械设计与制造第1期186MachineryDesign&Manufacture2014年1月坐姿下肢康复机器人的运动学分析及运动仿真倪军，王勇(合肥T业大学机械与汽车T程学院，安徽合肥230009)摘要：针对中风偏瘫患者及意外事故造成基本运动能力丧失的患者，研制了一种新型坐姿下肢康复机器人。采用连杆机构模型，模拟人体下肢运动，通过连杆带动人的髋、膝、踝关节运动，对其损伤组织进行相应的康复训练。利用解析法对机器人的运动过程进行分析，推导出各构件的运动方程及运动参数。基于运动学分析，运用MATLAB软件推导原

2、动件控制规律，设计一种康复训练模式，再用ADAMS软件进行仿真。根据仿真结果对训练方案进行修正，以进一步优化设计。关键词：下肢康复机器人；运动学分析；建模仿真；ADAMS中图分类号：TH16；TP242文献标识码：A文章编号：100[一3997(2014)叭一0186—04KinematicsAnalysisandMotionSimulationofSittingLowerLimbsRehab_litatiOnRobotNIJun，WANGYong(SchoolofMechanicalandAutomoti

3、veEngineering，HefeiUniversityofTechnology，AnhuiHefei230009，China)Abstract：／nstrokepatien~withhemiplegiaandpatientswholosebasicmotorabilitycausedbyaccidents，developedanewtypeofsittinglowerlimbsrehabilitativerobot．Usingthemechanismmodelsimulateshumanlowerlim

4、bmovement，thenthroughtheconnectingrodwiththemovingofhip，knee，anklejointmotiontomakecorrespondingrehabilitationtrainingtodamagetissue．Analyzerobotmovementprocess，byusingtheanalyticmethod，inordertOacquireequationofmotionandthemotionparametersofeachcomponent．

5、Basedonthekinematicsanalysis，usingMATIABsoftwaredrivesdrivercontrollaw，thendesignakindofrehabilitationtrainingmodeandthenusingADAMSsoftwaresimulatesthemode．Revisethetrainingplanaccordingtothesimulationresults，inordertofurtheroptimizethedes~n．KeyWords：Lower

6、LimbRehabilitativeRobot；KinematicsAnalysis；ModelingandSimulation；ADAMS1引言2下肢运动规律的探寻随着人们在医疗保健方面要求的不断提高，康复机器人的日常生活中人们在身体锻炼时，经常采用骑自行车的模式。研究越来越受到人们的重视。下肢康复机器人属于医疗器械的范长期的生活实践证明这种训练模式在锻炼人体肌肉和骨骼方面畴，其主要功能是对具有各种运动功能损伤的患者进行康复训确有很好的效果。瑞士苏黎世大学的一项研究表明：中风患者如果在进行训练时能利用脚踏

7、车进行练习。可以提高大脑控制下肢练，以期望帮助其在大脑皮层中重塑运动神经记忆，从而使患者慢的运动能力，增强肢体的康复程度罔。故设计实验，通过试验者坐慢恢复自理运动能力，提高生活质量『。在椅子上，下肢做类似于骑自行车的蹬腿运动，来探寻下肢的运近年来欧美围家在下肢康复机器人的研究中取得不少成果，动规律。如文献研发了RUTGER脚部康复机器人样机，文献f发了MGT试验中，让多位健康试验者轮流坐在椅子上，尽量抬起脚，型康复机器人样机。文献哪乜对此进行了相关的研究，并取得了不做最自然的蹬腿运动，同时对每位试验者的运动

8、情况进行录像，错的成果。接着将录像按每秒30帧截成图片，再对运动照片进行处理，最后在康复训练过程中，已知机构原动件运动规律求患肢运动分析下肢运动规律。通过试验发现，人体下肢的运动形式主要取规律，是运动学正分析。已知患肢运动规律求机构原动件的运动决于脚部运动，而脚部运动的规律又与髋、膝、踝关节相对位置的规律，是运动学逆分析。先由患肢关节的活动要求制定康复训练变化有关。在试验中用白色标记点贴在试验者的髋关节、膝关节轨