混合驱动腰部康复机器人设计与力学分析
目前，越来越多的人由于长时间坐立导致腰部疾病或腰部运动受限，且病人呈现年轻化趋势，而且传统的治疗方法依赖于康复医师的经验和徒手操作技术，效率低下，费时费力。因此，设计一种智能化的腰部康复机器人具有重要的意义和价值。本文提出一种结构简单、安全性高、适应性强的腰部康复机器人，并对其进行了运动学、静力学以及动力学分析，在此基础之上还进行了结构参数优化和控制系统设计以及轨迹规划。 首先，根据人体腰部运动特点和其复杂结构分析，确定了腰部康复机器人的功能需求，并结合柔索和气动人工肌肉的驱动特性进行了机器人基本结构的设计。随后，根据腰部康复机器人结构特点和功能将其分为腰部训练装置和下肢牵引装置分别进行力学分析和优化。其中在运动学和静力学分析过程中将人体腰部看成弹簧考虑进腰部训练装置的一部分;下肢被看成刚性杆件考虑进下肢牵引装置结构的一部分。 接着利用拉格朗日法分别建立了腰部训练装置和下肢牵引装置的动力学模型，并利用McKibben模型求出了气动人工肌肉组件产生的拉力与其结构参数之间的表达式。 为了得到性能最佳的混合驱动腰部康复机器人，对其结构进行了基于运动学与静力学分析的参数优化。腰部训练装置的优化中主要考虑了气动人工肌肉的收缩率的影响。利用粒子群算法对下肢牵引装置在工作空间内的全局条件数进行了了优化，并利用求解结果对下肢牵引装置在可行工作空间内的灵巧度进行了仿真和讨论。 最后，为了满足不同类型的康复患者的不同康复需求，设计了腰部康复机器人的控制系统，包括传感器的选择和布置以及康复训练过程对应的控制策略等。随后对其中被动训练过程中涉及的运动轨迹进行了的轨迹规划和仿真，验证了运动学和动力学模型的正确性。
康复机器人;混合驱动;腰部康复;力学分析
合肥工业大学
硕士
机械电子工程
訾斌
2017
中文
TP242.3;R496
83
2017-07-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）