毕业设计（论文）-减重台架式下肢康复机器人结构设计和分析

1、单位代码 10006 学 号 11071077 分类号 TH122 毕业设计(论文) 减重台架式下肢康复机器人结构设计和分析院（系）名称机械工程及自动化学院专业名称机械工程及自动化学生姓名指导教师张建斌2017年6月北京航空航天大学本科生毕业设计（论文）任务书、毕业设计（论文）题目： 减重台架式下肢康复机器人结构设计和分析 、毕业设计（论文）使用的原始资料（数据）及设计技术要求： 1、髋关节屈伸范围：-2030 2、膝关节屈伸范围：-450 3、踝关节屈伸范围：-3035 4、行进步速：110步/min 、毕业设计（论文）工作内容： 减重台架式下肢康复机器人具有结构简单，穿戴方便，康复效果稳定等特点。本课题拟提出一种新的下肢外骨骼机械结构构型，设计一种新型的弹性驱动器。重点考虑下肢主要关节的运动性能同时，使其具有穿戴性好，质轻，结构简单等优点 毕设的主要工作内容为：在了解下肢康复机器人的研究背景研究现状等，完成减重台架式下肢康复机器人机械结构设计，绘制一些相关零件的零件图。对系统进行简单的动力学分析后，使用ADAMS进行基本的仿真。 、主要参考资料：饶玲军.下肢外骨骼行走康复机器人研究

2、D.上海：上海交通大学，2012. 郭卫东.虚拟样机技术与ADAMS应用实例教程M.北京：北京航空航天大学出版社 陈景藻.康复医学M北京：高等教育出版杜,2001 王勇利.基于电机控制的低阻抗弹性驱动器设计D.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2010. 机械工程及自动化 学院（系） 机械工程及自动化 专业类 130712 班学生 毕业设计（论文）时间： 年 月 日至 年 月 日答辩时间： 年 月 日成 绩： 指导教师： 兼职教师或答疑教师（并指出所负责部分）： 系（教研室） 主任（签字）： 本人声明我声明，本论文及其研究工作是由本人在导师指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。作者：签字：时间：2017年 6 月第 页 减重台架式下肢康复机器人结构设计和分析学生姓名： 指导教师：张建斌摘要减重台架式下肢康复机器人是下肢康复外骨骼中康复效果较为稳定、穿戴性好、可拥有多套步态控制方案的典型结构。现有的减重台架式下肢康复机器人设计中，由于系统均采用了刚性原件，导致了在步行训练中由于刚性冲击带来的震动容易造成患者的二次损伤，此外，在尺寸兼容性方面由于调整范围较小，使用舒适度

3、较差。针对目前的康复需要，本文设计了一款减重台架式下肢康复机器人，分别对髋部模块，膝关节模块，踝部及足部模块，腰部固定模块进行了结构设计和分析。在此基础上还着重设计了一套运用在膝关节处的直流伺服电机驱动直线弹性驱动器。并对驱动器的结构进行了分析，对相关的一些传动零件做了计算分析。之后运用理论力学基本知识对下肢康复机器人系统进行了相关动力学模型的推导，得出了关键动力学方程，为以后的控制初步建立了理论基础。并对于建立好的三维模型导入仿真软件进行了简单的动力学仿真。这套减重台架式下肢康复机器人相比之前的成果，添加了膝关节弹性驱动结构，改善了系统刚度，提高了穿戴舒适性。关键词：减重台架式，弹性驱动器，动力学方程第 页 The structure design and analysis of weight rack lower limb rehabilitation robot Author: Tutor:Zhang Jian-BingAbstractThe weight rack lower limb rehabilitation robot is relatively stable, and

4、 wearable in lower limb rehabilitation external skeleton. Its the typical types of multiple sets of gait control schemes. In this dissertation, we first understand the physical conditions and rehabilitation needs of patients with spinal cord injury and paralysis of the lower limbs. Then analyze the research situation of the external and bone of the lower limbs .In the design of weight rack lower limb rehabilitation robot, because the system uses the rigidity of the original . Resulting in the sh

5、ock caused by rigid shock in walking training which can easily cause the patients two injury. In the dimension compatibility, because of the smaller design scope, userscomfort is poor.Aiming at the need of rehabilitation, this dissertation introduces the design of a weight rack lower limb rehabilitation robot. Respectively on the hip joint module, knee module, ankle and foot module, lumbar fixation module did the structural design and analysis. Based on this, a set of DC servo motor driving line

6、ar elastic actuator is designed and applied in the knee joint. The structure of the driver is analyzed, and some of the relevant parts are calculated and analyzed. Then, the basic knowledge of theoretical mechanics is used to deduce the relative dynamics model of the rehabilitation robot system, the key kinetic equation is obtained. Also the theoretical basis for the initial control was established. For the establishment of good three-dimensional model import simulation software for a simple dyn

7、amic simulation. This results of weight rack lower limb rehabilitation robot compared to the previous, the elastic drive structure of the knee is added, the stiffness of the system is improved, and the comfort of the wear is improved. The improvement of the future mechanical structure is made.Key words: Weight rack，Elastic actuator，Kinetic equation第 页 目录第一章 绪论11.1课题背景及意义11.1.1课题背景11.1.2课题意义21.2 国内外基本研究现状及发展趋势31.2.1下肢外骨骼研究起步31.2.2康复外骨骼的研究现状31.2.2.1卧式康复外骨骼41.2.2.2减重台架式下肢康复外骨骼51.2.2.3独立行走式91.3课题研究方法111.4论文构成及研究内容111.4.1研究内容111.4.2论文构成12第二章 人体下肢关节运动机理及步态分析122.1下肢关

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