由于腦血管病和脊髓損傷等原因造成的下肢運(yùn)動(dòng)障礙患者的數(shù)量是非常龐大的�？祻�(fù)醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)理論表明,重復(fù)性的康復(fù)訓(xùn)練運(yùn)動(dòng),能夠促進(jìn)人體神經(jīng)系統(tǒng)的重塑,有助于人體運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)。使用專業(yè)的康復(fù)機(jī)器人可以加快康復(fù)治療的進(jìn)程,提升康復(fù)治療的效果。目前出現(xiàn)的床式康復(fù)機(jī)器人,如瑞士的Erigo,結(jié)構(gòu)簡單,驅(qū)動(dòng)電機(jī)數(shù)量較少,成本較低,但只能進(jìn)行簡單的踏步訓(xùn)練動(dòng)作,無法準(zhǔn)確模擬正常人行走時(shí)的步態(tài)。相對的,有些外骨骼式康復(fù)機(jī)器人,如Lokomat,能夠準(zhǔn)確模擬正常人行走時(shí)的步態(tài),其每個(gè)關(guān)節(jié)單獨(dú)驅(qū)動(dòng),用到的電機(jī)數(shù)量較多,經(jīng)濟(jì)性差且控制較復(fù)雜。針對現(xiàn)有的康復(fù)機(jī)器人存在的問題,本文提出了一種基于運(yùn)動(dòng)耦合的床式步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)。為了降低制造成本,提高其使用的方便性,該系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計(jì),各模塊的運(yùn)動(dòng)共用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng);步態(tài)訓(xùn)練機(jī)構(gòu)采用凸輪-連桿生成精確的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)曲線,結(jié)構(gòu)簡單并且能夠模擬出正常人行走時(shí)的步態(tài);床體傾角可調(diào),使其能夠滿足不同階段的康復(fù)訓(xùn)練需求。本課題具體做了如下的研究:（1）介紹了人體下肢生理結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)特征,為確定床式步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)參數(shù)提供依據(jù)。分析了髖、膝、踝關(guān)節(jié)之間的運(yùn)動(dòng)耦合關(guān)系,分析結(jié)果表明,行走步態(tài)膝關(guān)節(jié)與踝關(guān)節(jié)角度均可以由髖關(guān)節(jié)角度和角速度唯一確定。在此基礎(chǔ)上分析了關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)與大腿、小腿、足部之間的運(yùn)動(dòng)耦合關(guān)系,分析結(jié)果表明,在行走過程中,大腿、小腿、足部的任一點(diǎn)的位置均可以由髖關(guān)節(jié)角度和角速度唯一確定。這樣的耦合關(guān)系將為床式步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。（2）對床式步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)整體構(gòu)型進(jìn)行分析,確定了床式步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)的整體組成�；诘诙滦凶卟綉B(tài)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)耦合關(guān)系分析的結(jié)果,制定了步態(tài)訓(xùn)練機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案,建立了腿部運(yùn)動(dòng)輔助機(jī)構(gòu)的人機(jī)耦合模型,探討模型中髖關(guān)節(jié)角度、角速度與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的關(guān)系,以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)腿部運(yùn)動(dòng)輔助機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)�；谧悴窟\(yùn)動(dòng)與髖關(guān)節(jié)角度、角速度的耦合關(guān)系設(shè)計(jì)了足底支撐機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。依據(jù)正常人行走時(shí)的運(yùn)動(dòng)耦合規(guī)律計(jì)算了各機(jī)構(gòu)間的傳動(dòng)比,據(jù)此進(jìn)行了傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。最后建立床體運(yùn)動(dòng)學(xué)模型并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和受力分析,為床體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。（3）基于康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)在動(dòng)力學(xué)方面對患者個(gè)體差異的適應(yīng)性,對腿部運(yùn)動(dòng)輔助機(jī)構(gòu)做了動(dòng)力學(xué)仿真,得到該機(jī)構(gòu)正常運(yùn)動(dòng)所需的最大驅(qū)動(dòng)力矩為62Nm,此結(jié)果為驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型提供了參考。為了評價(jià)機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)學(xué)方面對患者個(gè)體差異的適應(yīng)性,給出了評價(jià)的方法,并利用MATLAB的lsqcurvefit函數(shù)對腿部運(yùn)動(dòng)輔助機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,確定了一組機(jī)構(gòu)參數(shù)的最優(yōu)值,為腿部運(yùn)動(dòng)輔助機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。（4）進(jìn)行了床式步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的搭建,開展了系統(tǒng)的調(diào)試實(shí)驗(yàn),在確認(rèn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)良好的情況下進(jìn)行了載人的康復(fù)訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,對于不同身高的實(shí)驗(yàn)者,此床式步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)在不同的傾斜狀態(tài)下都可以模擬正常人的行走步態(tài),且在不同狀態(tài)下實(shí)驗(yàn)所得的不同身高的實(shí)驗(yàn)者髖關(guān)節(jié)測量角度與標(biāo)準(zhǔn)角度的最大誤差不超過5.5°,膝關(guān)節(jié)最大誤差不超過6.7°。實(shí)驗(yàn)證明,使用此系統(tǒng)進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練是可行的。

 

蘇州大學(xué)江蘇省

 

頁數(shù)：88

 

【學(xué)位級別】：碩士

 

文章目錄

摘要

abstract

第一章 緒論

    1.1 課題背景和研究意義

    1.2 下肢康復(fù)訓(xùn)練的生理學(xué)原理

    1.3 國內(nèi)外對康復(fù)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀及分析

        1.3.1 減重訓(xùn)練式步態(tài)康復(fù)機(jī)器人

        1.3.2 助行式康復(fù)機(jī)器人

        1.3.3 床式步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人

        1.3.4 研究現(xiàn)狀分析

    1.4 本課題研究內(nèi)容

    1.5 本章小結(jié)

第二章 人體行走生物力學(xué)與下肢運(yùn)動(dòng)耦合關(guān)系分析

    2.1 人體下肢生理結(jié)構(gòu)

        2.1.1 人體基本平面與基準(zhǔn)軸的定義

        2.1.2 人體下肢結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)特征

        2.1.3 人體下肢基本參數(shù)

    2.2 行走步態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

        2.2.1 行走步態(tài)理論分析

        2.2.2 行走步態(tài)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)信息

    2.3 行走步態(tài)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)耦合關(guān)系分析

        2.3.1 關(guān)節(jié)之間的運(yùn)動(dòng)耦合關(guān)系分析

        2.3.2 關(guān)節(jié)與大腿、小腿和足部的運(yùn)動(dòng)耦合關(guān)系分析

    2.4 本章小結(jié)

第三章 基于運(yùn)動(dòng)耦合的床式步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

    3.1 床式步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)構(gòu)型分析與綜合

    3.2 基于運(yùn)動(dòng)耦合的步態(tài)訓(xùn)練機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)

        3.2.1 腿部運(yùn)動(dòng)輔助機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

        3.2.2 足底支撐機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

        3.2.3 基于運(yùn)動(dòng)耦合的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

    3.3 床體的建模分析及機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

        3.3.1 床體設(shè)計(jì)方案

        3.3.2 床體運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

        3.3.3 床體受力分析

    3.4 本章小結(jié)

第四章 面向個(gè)體差異的康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真與結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化

    4.1 下肢生理結(jié)構(gòu)個(gè)體差異的數(shù)學(xué)描述

    4.2 人機(jī)耦合建模與動(dòng)力學(xué)仿真

        4.2.1 建立人機(jī)耦合三維模型

        4.2.2 腿部運(yùn)動(dòng)輔助機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)仿真

    4.3 康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化

        4.3.1 面向個(gè)體差異的機(jī)構(gòu)評價(jià)方法研究

        4.3.2 機(jī)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化

    4.4 本章小結(jié)

第五章 床式步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究

    5.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的搭建

        5.1.1 床式步態(tài)康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)機(jī)械本體搭建

        5.1.2 元器件選型

        5.1.3 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)傳感器介紹

    5.2 實(shí)驗(yàn)研究

        5.2.1 調(diào)試實(shí)驗(yàn)

        5.2.2 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析結(jié)果驗(yàn)證

        5.2.3 不同傾斜狀態(tài)下的康復(fù)訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)

        5.2.4 不同速度下的康復(fù)訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)

    5.3 本章小結(jié)

第六章 總結(jié)與展望

    6.1 總結(jié)

    6.2 展望

參考文獻(xiàn)

攻讀學(xué)位期間本人出版或公開發(fā)表的論著、論文

致謝

 

參考文獻(xiàn)

 

期刊論文

 

[1]低溫?zé)崴馨逶邗钻P(guān)節(jié)僵硬康復(fù)治療的臨床應(yīng)用[J]. 吳金玲,石秀秀,杜寧,唐金樹.  北京醫(yī)學(xué). 2020(01)

[2]腦卒中后神經(jīng)可塑性相關(guān)信號通路的研究進(jìn)展[J]. 袁婭金,張桂仙,冉利,周寧娜.  中華老年心腦血管病雜志. 2020(01)

[3]海馬突觸可塑性與神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病關(guān)系的研究進(jìn)展[J]. 王玨,吳俞瑩,張新化.  神經(jīng)解剖學(xué)雜志. 2019(05)

[4]早期綜合康復(fù)治療對急性腦卒中患者功能重建的影響[J]. 符春生.  中國當(dāng)代醫(yī)藥. 2019(22)

[5]下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人在腦卒中康復(fù)中的應(yīng)用研究[J]. 王靜,陸蓉蓉,白玉龍.  上海電氣技術(shù). 2019(01)

[6]上海脊髓損傷者“中途之家”機(jī)構(gòu)康復(fù)訓(xùn)練效果初步評價(jià)[J]. 解海霞,萇鳳水,沈雪韻,張琪,孫梅,沈沉,吳愛榮,虞慧炯,張佳,楊玉慧,胡龍軍,陳剛,李程躍,呂軍.  中國康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志. 2018(09)

[7]綜合康復(fù)療法及神經(jīng)康復(fù)治療儀改善腦卒中吞咽障礙的觀察[J]. 龔林燕,張郁瀾,宋玲,陳路佳.  中國老年保健醫(yī)學(xué). 2017(02)

[8]下肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)的研究進(jìn)展[J]. 郭冰菁,韓建海,李向攀,劉延斌,尤愛民.  中華物理醫(yī)學(xué)與康復(fù)雜志. 2017 (03)

[9]腦卒中新定義與房顫相關(guān)腦卒中的研究進(jìn)展[J]. 湯博,梁慶成.  腦與神經(jīng)疾病雜志. 2017(02)

[10]中國人身高百年增長10厘米[J]. 邊齋.  教育視界. 2016(16)

 

 

博士論文

 

[1]舞蹈訓(xùn)練對腦的可塑性影響研究[D]. 李谷靜.電子科技大學(xué) 2018

[2]普惠性下肢精準(zhǔn)康復(fù)機(jī)器人的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)[D]. 姜禮杰.合肥工業(yè)大學(xué) 2017

[3]臥式下肢康復(fù)機(jī)器人研究[D]. 孫洪穎.哈爾濱工程大學(xué) 2011

 

碩士論文

 

[1]可穿戴式下肢康復(fù)機(jī)器人的本體設(shè)計(jì)和步態(tài)規(guī)劃[D]. 陳磊.西華大學(xué) 2012

[2]床式下肢外骨骼康復(fù)機(jī)器人研究[D]. 孫紅偉.上海交通大學(xué) 2012

[3]脊髓損傷后截癱病人自護(hù)能力的研究[D]. 孫巍.第二軍醫(yī)大學(xué) 2007

[4]應(yīng)用人機(jī)工程學(xué)研究[D]. 李偉.東華大學(xué) 2006

[5]下肢康復(fù)機(jī)器人控制及實(shí)驗(yàn)研究[D]. 顏慶.哈爾濱工程大學(xué) 2004