坐姿下肢康复机器人的运动学分析及运动仿真.pdfVIP

186 机械 设 计 与制 造 Machinery Design Manufacture 第 1期 2014年 1月 坐姿下肢康复机器人的运动学分析及运动仿真 倪 军，王 勇 (合肥T业大学 机械与汽车T程学院，安徽 合肥 230009) 摘 要：针对中风偏瘫患者及意外事故造成基本运动能力丧失的患者，研制了一种新型坐姿下肢康复机器人。采用连杆 机构模型，模拟人体下肢运动，通过连杆带动人的髋、膝、踝关节运动，对其损伤组织进行相应的康复训练。利用解析法对 机器人的运动过程进行分析，推导出各构件的运动方程及运动参数。基于运动学分析，运用MATLAB软件推导原动件控 制规律，设计一种康复训练模式，再用ADAMS软件进行仿真。根据仿真结果对训练方案进行修正，以进一步优化设计。 关键词：下肢康复机器人；运动学分析；建模仿真；ADAMS 中图分类号：TH16；TP242 文献标识码：A 文章编号：100[一3997(2014)叭一0186—04 Kinematics Analysis and Motion Simulation of Siting Lower Limbs Rehab_litatiOn Robot NI Jun，WANG Yong (School of Mechanical and Automotive Engineering，Hefei University of Technology，Anhui Hefei 230009，China) Abstract：／n stroke patien~ with hemiplegia and patients who lose basic motor ability caused by accidents，developed a new type of sitting lower limbs rehabilitative robot．Using the mechanism model simulates human lower limb movement，then through the connecting rod with the moving ofhip，knee，ankle joint motion to make coresponding rehabilitaion training to damage tissue．A nalyze robot movement process，by using the analytic method，in order tO acquire equation ofmotion and the motion parameters of each component．Based on the kinematics analysis，using MATI AB software drives driver control law，then design a kind of rehabilitation training mo de and then using ADAMS software simulates the mode．Revise the trainingplan according to the simulation results，in order tofurther optimize the des~n． Key W ords：Lower Limb Rehabilitative Robot；Kinematics Analysis；M odeling and Simulation；ADAMS 1引言 随着人们在医疗保健方面要求的不断提高，康复机器人的 研究越来越受到人们的重视。下肢康复机器人属于医疗器械的范 畴，其主要功能是对具有各种运动功能损伤的患者进行康复训 练，以期望帮助其在大脑皮层中重塑运动神经记忆，从而使患者慢 慢恢复自理运动能力，提高生活质量『 。 近年来欧美围家在下肢康复机器人的研究中取得不少成果， 如文献研 发了RUTGER脚部康复机器人样机，文献 f发了MGT 型康复机器人样机。文献哪乜对此进行了相关的研究，并取得了不 错的成果。 在康复训练过程中，已知机构原动件运动规律求患肢运动 规律，是运动学正分析。已知患肢运动规律求机构原动件的运动 规律，是运动学逆分析。先由患肢关节的活动要求制定康复训练 轨迹，对机构进行逆分析，从而推导出原动件的控制规律；接着由 正分析推导出患肢的脚部运动速度和运动轨迹，并与期望值相比 较，求其偏差，以调整控制策略。可见，运动学分析是机构仿真分 析和机构控制的基础，为制定康复训练计划提供重要依据。 2下肢运动规律的探寻 日常生活中人们在身体锻炼时，经常采用骑自行车的