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索控式中央驱动上肢康复机器人
目的 根据居家康复的要求与趋势,针对国内外上肢康复机器人体积庞大、传动链复杂以及驱动噪声大的缺点,设计了一款索控式中央驱动上肢康复机器人.方法 首先采用钢丝绳和同步带组成的传动系统进行动力传递,并采用中央驱动式设计,即将电机驱动设备统一安置于远离患者的底座上;然后通过Solidworks建立三维模型,并设计动力传递系统的总体方案;后通过Solidworks中的Motion模块对机器人肩关节屈曲/伸展运动、肩关节内收/外展运动、肘关节屈曲/伸展运动以及肩肘关节联动运动进行运动学仿真,验证所设计的上肢康复机器人机械臂结构的合理性及设定轨迹的可行性.结果 肩关节、肘关节以及腕关节运动学仿真曲线证实了该上肢康复机器人能够平稳地完成规划的轨迹动作,从而验证了机械结构设计合理,方案可行.结论 索控式中央驱动上肢康复机器人具有动力传递系统轻便以及结构简单的优点,可以协助患者完成各种康复运动.
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下肢康复训练机器人腰部机构建模与运动学仿真研究
目的:分析所设计的下肢康复机器人腰部机构能否满足脑卒中患者的康复需求,并根据分析结果对机构进行优化.方法:对腰部机构进行运动学建模和正逆解计算,在此基础上,根据患者在行走康复训练中腰胯部的运动学特点,利用MATLAB软件对机构进行运动学仿真,并分析仿真结果,以此来判断所设计的机构能否满足脑卒中患者在康复训练时的需求.结果:滑块机构可以实现患者在行走康复训练过程中腰部的上下起伏运动,两个平行四边形机构和两个转动副共同作用可以完全实现患者腰部的左右摆动,转动副和末端的两个球面副可以实现患者腰部的三个旋转自由度.结论:康复机器人腰部机构能够满足患者在行走康复训练时腰部的运动需求.
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基于UG与ADAMS的人体下肢骨骼肌建模及仿真
背景:骨骼肌系统作为揭示人体运动形式变化的动力,其建模是人体建模的关键技术.目的:基于UG与ADAMS的人体下肢骨骼肌建模.方法:对6名男子分别测量身体下肢系统尺寸参数,根据采集到的下肢环节运动参数、动力学参数(地面反作用力)和下肢肌群的表面肌电信号,使用ADAMS对下肢骨骼肌建模并进行动力学与运动学双向仿真,获得动力学及运动学仿真参数,后使用MATLAB对仿真值与实测值进行相关性分析以验证模型的可行性.结果与结论:得出实测动力学、关节角度、环节点位移等数据与 ADAMS 仿真数据存在非常显著的线性相关关系.仿真结果表明,利用UG与ADAMS建立的人体下肢骨骼肌模型通过仿真计算能够有效求解繁琐的多刚体动力学问题.
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基于三维建模手部康复训练装置的设计与分析
背景:现有的人工康复训练方法效率较低,且会占用治疗师大量的时间,使治疗师无法专注于治疗方案的改进和优化.目的:针对存在手部运动障碍的患者,设计了一种用于康复训练的手部康复训练装置.方法:基于对手部的运动功能分析,得出了掌指关节与指间关节的活动范围,并在此基础上对手部康复训练装置进行设计,主要包括外骨骼执行系统的设计和控制检测系统的设计,后对设计完成的训练装置进行了运动学仿真分析.结果与结论:①仿真结果表明,虽然手部康复训练装置的指节活动范围与人手的测试轨迹之间存在一定的误差,但大差值仅为5.13 mm,且结构设计中预留有调节余量,可有效弥补上述差值;②此外,该手部康复训练装置的每个指部件均由气缸单独控制,可用于辅助患者完成某些简单的日常生活活动能力;③试验设计的手部康复训练装置能够帮助患者完成简单的抓握动作和拿捏动作,且与现有的康复设备相比,传动机构较简单、质量较轻、穿戴轻便,具有较强的实用性特点,可用于患者的手部康复训练.
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上肢运动学研究进展
人体上肢是人类各部分肢体中灵活的部分,由手骨、尺骨、桡骨、肱骨以及相互协调运动的关节和肌肉、韧带等周围软组织组成,结构复杂,且具有重要的生理功能.在日常的生活中具有灵活性高、运动范围广、各部分协调性强等特点.人体上肢创伤性骨折、运动性损伤、慢性关节炎、关节畸形、肿瘤等疾病的发病率较高,对这些疾病的病因目前尚未完全清楚.研究上肢运动过程中的生物力学、动力学、运动学及上肢骨骼肌肉力的作用具有重要的意义,旨在从医学生物力学角度,探讨人体上肢骨骼肌肉系统相关的力学问题,上肢运动过程中肌肉力、关节力的变化情况和骨骼的应力、应变规律.确定人体上肢骨骼的力学相关参数及主要肌肉功能的力学特性,为动力学、运动学仿真分析提供较为合理的分析平台,为临床上肢手术的术前规划和术后的康复功能研究及评价提供合理的有限元分析平台.对预防骨折、关节退行性变、运动性损伤、康复锻炼以及体育竞技方面有指导作用.本文从骨肌系统建模、运动学与动力学仿真分析以及有限元分析等方面进行综述.
