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下肢外骨骼康复训练机器人减重系统研究

作　者: 张启国
导　师: 刘更谦; 陈贵亮
学　校: 河北工业大学
专　业: 机械工程
关键词: 减重系统康复训练外骨骼机器人动力学运动学
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

本文所研究的下肢外骨骼康复训练机器人是用来帮助由于脑卒中等造成神经中枢损伤导致下肢瘫痪时患者进行下肢康复治疗训练的设备。训练中，由于患者下肢不能完全承受自身重量，减重系统帮助患者减轻所承受的重量，同时保持患者的身体在下肢康复训练过程中始终处于平衡状态。本文主要阐述了一种自主控制的减重系统，它是下肢康复机器人极其重要的一部分，更是进行减重训练的必要条件。本文的具体研究内容如下：1.通过对国内外下肢外骨骼康复机器人减重系统研究现状的分析，指出其设计、结构上的优点，同时指出其存在的不足。借鉴其设计优点，提出本课题的减重系统的设计依据，及一些具体要求。2.依据减重步行训练的原理、作用设计了一款自主控制的减重系统。减重系统可分为竖直减重、水平随动两个部分，竖直减重部分主要是卸载患者腿部无法承受的身体重量，水平随动部分是完成患者的下肢按照预先设置的步态做跟随运动，完成正常的减重步态康复训练。3.对减重系统建立数学模型，并对其进行运动学、动力学分析，其目的是探究减重步行训练时患者重心的运动规律是否与自然步行时相符为后续减重系统控制策略研究做准备。4.采用PRO/E软件进行建模，运用ANSYS软件对锥齿轮做动力学和刚度分析从而达到进行优化的目的，使零件具有最佳的材料分布。并对锥齿轮进行了力学分析，校核零部件的安全性。5.利用ADAMS软件完成机构的运动仿真，得出减重控制平台的位移、速度、加速度运动变化曲线，与设计时所参照的数据进行比较，从而验证设计的合理性。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-18
  §1-1 课题研究目的和意义  9-10
    1-1-1 减重步行训练的原理  9-10
    1-1-2 减重步行训练的作用  10
  §1-2 课题研究背景及国内外现状  10-16
    1-2-1 课题研究背景  10-11
    1-2-2 国内外研究现状  11-16
  §1-3 课题研究的主要内容  16-17
  §1-4 本章小结  17-18
第二章减重系统设计  18-31
  §2-1 引言  18
  §2-2 驱动方式的选择  18-19
  §2-3 方案设计  19-20
  §2-4 总体机构设计  20-22
  §2-5 悬挂支架设计  22-25
  §2-6 减重平台设计  25-28
    2-6-1 机械结构  25-26
    2-6-2 电机选择  26-28
  §2-7 重心平衡处理  28-30
  §2-8 本章小结  30-31
第三章减重系统动力学分析  31-41
  §3-1 张紧力的计算  31-34
    3-1-1 受力分析  31-32
    3-1-2 张紧力的算法  32-34
    3-1-3 张紧力的计算  34
  §3-2 减重控制平台动力学分析  34-40
    3-2-1 建立多次多项式函数  35-37
    3-2-2 减重控制平台运动分析  37-40
  §3-3 本章小结  40-41
第四章锥齿轮传动动力学分析  41-54
  §4-1 有限元概述  41-43
  §4-2 锥齿轮传动 ADAMS 动力学分析  43-45
  §4-3 锥齿轮传动瞬态动力学分析  45-48
    4-3-1 瞬态动力学分析方法  45-46
    4-3-2 瞬态动力学有限元模型  46-47
    4-3-3 瞬态动力学结果分析  47-48
  §4-4 锥齿轮有限元分析  48-53
    4-4-1 齿轮轮齿接触单元的应力分析  48-50
    4-4-2 大、小锥齿轮接触分析有限元模型  50-51
    4-4-3 大、小锥齿轮轮齿刚度分析  51-53
  §4-5 本章小结  53-54
第五章运动学仿真验证  54-58
  §5-1 引言  54
  §5-2 减重控制平台仿真步骤  54-55
  §5-3 仿真前处理阶段  55-57
    5-3-1 仿真模型导入 ADAMS  55-56
    5-3-2 仿真结果  56-57
  §5-4 本章小结  57-58
第六章结论与展望  58-59
  §6-1 结论  58
  §6-2 今后研究与改进方向  58-59
参考文献  59-62
致谢  62

下肢外骨骼康复训练机器人减重系统研究

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