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基于人机工程学的上下肢康复训练器设计与分析

侯慧娜  
【摘要】:现代临床医学已经扭转了重治疗、轻康复的治疗理念,肢体残障患者对康复治疗质量的要求也越来越高,而康复医师缺口较大,这种供需不均衡使得对康复机器人的需求量越来越大。目前康复机器人的研究已成为各国学者和公司研究的热点,具有重要的社会意义和研究价值。 本文依据临床康复医学理论,提出了一种能够顺应临床康复训练规律、具有多种训练模式的康复训练器,可根据患者的不同康复阶段、不同康复要求提供被动训练、主动辅助训练、主动训练、抗阻训练以及功能性电刺激训练,并且还可以通过测力模式定量的分析患者的康复程度。本康复训练器结构简单、人机融合性好、移动方便、人机界面直观,可根据需要分别进行上肢和下肢康复训练。 首先,基于人机工程学理论对康复训练器部分结构进行了设计,使得训练器更舒适、更容易操作。 其次,结合人体上肢和下肢的运动特点和生理尺寸,将人肢体和康复训练器结合在一起分别简化出了上肢训练时空间四连杆机构刚体模型和下肢训练时平面四连杆机构刚体模型,并对人机模型做了运动学和动力学分析,建立了上肢训练时运动学数学模型和下肢训练时动力学数学模型。 再次,基于HAM(人类自适应机电一体化)理论,简要提出了被动、主动辅助以及抗阻训练模式的控制策略。并利用ADAMS仿真软件对所建立的运动学和动力学数学模型进行了仿真验证。 最后,借助CATIAV5中的人机工程分析模块将虚拟人体和训练器结合在一起,对分别在上肢和下肢训练时训练器的高度可调范围以及曲柄的长度等能否满足要求做了评估。分析了座椅与训练器的距离以及其高度的变化对肢体舒适度的影响,进而反映了康复效果的好坏。


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