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脚踏车式下肢康复训练器设计及研究

甄红卫  
【摘要】:康复机器人技术是近年来发展起来的一门新兴技术,是康复医学和机器人技术相结合的产物,经过几十年的发展已经取得了很大的成果。国外对康复机器人的研究比较发达,而我国在康复机器人领域的研究才刚刚起步,因此本课题的研究具有重要的现实意义和应用价值。 本文基于临床康复理论,提出了一种人机融合性好、机械结构简单,同时能针对不同损伤程度的肢体残障者提供被动、主动、抗阻以及功能性电刺激训练模式的脚踏车式下肢康复训练器系统,研制了下肢康复训练器样机并详细介绍了其机械结构。 在充分分析人体下肢运动机理的基础上提出了一种适合国内人群的人体下肢刚体模型,在此基础上将患者在训练过程中下肢踏车运动与康复训练器的运动联系起来,抽象出两种平面闭环铰链人机模型。对人机模型的运动学和静力学进行了分析,建立了运动学和静力学数学模型,并运用仿真软件对所建立的人机模型虚拟样机进行了运动学和动力学仿真。提出了单独对大腿或小腿进行电刺激时实现连续踏车运动的条件并分析了对大腿和小腿同时进行电刺激时二者之间的运动协调性问题,推导了大腿和小腿位姿之间的数学关系表达式。 搭建了系统的硬、软件控制平台,优化了人机交互界面使其更加符合患者需求,实现了被动、主动以及抗阻三种训练模式。最后,对训练过程中采集的传感器信号进行了分析,初步验证了下肢康复训练器的安全性和可靠性。


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