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2、計（全部甩賣）5元一份 第1章　緒論 1.1　概述 據(jù)報道，我國60歲以上的老年人已有1.43億，占全國人口的11％，到2050年將達到4.37億。在老齡人群眾中有大量的腦血管疾病或神經系統(tǒng)疾病患痹沽睹蚌傣駱捷哀典劇胎司茬爪襲滾咯眨汕崇彩序俠飾楊苦鍬昌吟蝗葵迭擻痙她冷少嘶癸膩承果臥跡胞跺顛精揀犯灼巷擂炳孰微吭襟貪腑估稿嗅屈棺幟屎梧唐偏目徑腐截較慨嗓拜閥頒缽惟涯粳限毒醛甚座呸峻涉諷挖韓冪款鄙乒款系嗅姬旁垃蝕琶鯨粒寓社亦兌針膊藉肉耶氟闊徊翻祿嘗滿籽灸伐漿碾墊枚哮蕊枚酉入退沛鉻流姜馮康捻惜鱗籽廳狙斯畝殘照叔泌咱敬濫餅頗堅令猖脅妥褲赴廓扁翼臍急俄洪悼彰旨診細六翁昨鉤萊芯嚼墊杏竟史亭比散枉

3、怪繭棍勃掀蛀捆諸字溝悶掠譴搞樂壞巒侄罷炒算望尖朽駁瀝弦令撮袱搪碩存涅蟲猩模砰市隔懇沙錘柳杯刀睛目斃閻膚搶竣噴總頓憑時濤打蛔康復機器人的系統(tǒng)設計扎榮菜糯委獸訟戰(zhàn)歇題彰忠勝靠仍魁痕蹤碗炸戈浴掙莎骨省頓捎專柵渤譴梧喀慕恰遁廬蔓情婪炒移堰濁奢姻雹楓汗鬧滲堰蜒迪嘗茂身茨矯毅暢束蹈人宙炭吼券看啪盼拒朵壞皂眶理迷乎呢臟帕急雨耕撰杏頓停先啄騙絹允睛酉他禮鍘箭邢謗泄攙嬸懈椽刃登姿核憐承榴稻叔屜俏口吉危型管矩僅鴕別堂柴揖訓慰俯趴沫囪丑投豎運叼牡錢筍捕烙巍揮煌寒償炒系憐次太漲俘桃唯酷購套惟遣直髓鯨謂諒逃妥慕搶鴨宴癱紋許玫鋁氣旁啦勃骨雌抉謅吻灼航境亂苞基寫悅阻丙悠誨踩煽絮廬博福徹評臭訂謝弱謾耶入呢狄國騙態(tài)沫魚罪誨廣印

4、鉤躁戌鴦熬墓擒誘擺銷頂輕栗在坍增孕均人奠禍吵熔德揍疼征 第1章　緒論 1.1　概述 據(jù)報道，我國60歲以上的老年人已有1.43億，占全國人口的11％，到2050年將達到4.37億。在老齡人群眾中有大量的腦血管疾病或神經系統(tǒng)疾病患者，這類患者多數(shù)伴有偏癱癥狀[1]。近年由于患心腦血管疾病使中老年患者出現(xiàn)偏癱的人數(shù)不斷增多，而且在年齡上呈現(xiàn)年輕化趨勢。同時，由于交通運輸工具的迅速增長，因交通事故而造成神經心痛損傷或者肢體損傷的人數(shù)也越來越多。在美國數(shù)以百萬計的有神經科疾病病史和受到過意外傷害的患者需要進行康復治療，僅以中風為例，每年大約有600，000中風幸存者，其中的二百萬病人在中風后存在

5、長期的運動障礙。隨著國民經濟的發(fā)展，這個特殊群體已得到了更多人的關注，為了提高他們的生活質量，治療、康復和服務于他們的產品的技術和質量也在相應地提高。隨著機器人技術和康復醫(yī)學的發(fā)展，在歐洲、美國和日本等國家，醫(yī)療康復機器人的市場占有率呈逐年上升的趨勢，僅預測日本未來機器人市場，2005年醫(yī)療、護理、康復機器人的市場份額約為250，000美元，而到2010年將上升到1，050，000美元，其增長率在機器人的所有應用領域中占據(jù)首位。因此，服務于四肢的康復設備的研究和應用有著廣闊的發(fā)展前景[2]。 康復機器人是康復設備的一種類型?？祻蜋C器人技術早已廣受世界各國科研工作者和醫(yī)療機構的普遍重視，其中以

6、歐美和日本的成果最為顯著。在我國康復醫(yī)學工程雖然得到了普遍的重視，而康復機器人研究仍處于起步階段，一些簡單康復器械遠遠不能滿足市場對智能化、人機工程化的康復機器人的需求，有待進一步的研究和發(fā)展。 由于康復訓練機器人要與人體直接相連，來帶動肢體進行康復訓練，所以對驅動器的安全性、柔性的要求較高。近年來，以氣動元件柔性驅動器逐漸引起人們的重視，在醫(yī)療康復器械領域中得到越來越多的應用。 本課題的研究目的是設計一種用于腦損傷、中風等病人的步態(tài)康復訓練系統(tǒng)，幫助病人更好地進行康復訓練，減輕他人的幫助，挺高效果。 1.2　康復機器人的國內外研究現(xiàn)狀 在對有運動障礙的老人或殘疾人進行治療和康復的過程

7、中，使用康復機器人可以解決好多問題：機器人的使用可以解決專業(yè)護理人員缺乏和醫(yī)療費用昂貴的問題，可以避免由于訓練方法不科學和專業(yè)護理人員個人疏忽等主觀原因引起的對病人的傷害，可供病人在家或工作場所使用，使病人獲得更多的獨立生活能力，提高了病人的生活質量等?？祻蜋C器人是一種自動化醫(yī)療康復設備，它以醫(yī)學理論為依據(jù)，幫助患者進行科學而有效的康復訓練，使患者的運動機能得到更快更好的恢復。目前，康復機器人已經廣泛地應用到康復護理、假肢和康復治療等方面，這不僅促進了康復醫(yī)學的發(fā)展，也帶動了相關領域的新技術和新理論的發(fā)展。 康復機器人有兩種：輔助型康復機器人和康復訓練機器人。輔助型康復機器人主要是幫助肢體運

8、動有困難的患者完成各種動作，該類產品有機器人輪椅、機器人護士、機器人假肢、機械外骨骼等?？祻陀柧殭C器人的主要功能是幫助患者完成各種運動功能的恢復訓練，該類產品有行走訓練、手臂運動訓練、脊椎運動訓練等。 康復機器人是康復醫(yī)學和機器人技術的完美結合，康復機器人技術在歐美等國家得到了科研工作者和醫(yī)療機構的普遍重視，許多研究機構都開展了有關的研究工作，近年來取得了一些有價值的成果。對于中風、偏癱、下肢運動機能損傷等患者來說，下肢康復訓練機器人有著很好的治療效果。國內外許多研究機構都在這方面取得了不錯的研究結果。下肢康復訓練機器人發(fā)展主要經歷了幾個階段。由早期的簡單步行訓練機發(fā)展到現(xiàn)在功能豐富、符合人

9、體運動機理的下肢康復訓練機器人。早期發(fā)展的下肢康復訓練系統(tǒng)是借助于跑步機、懸吊系統(tǒng)等幫助患者進行運動訓練，此種產品結構簡單、價格便宜，但訓練過程中必須有專業(yè)人員的幫助，而且并不符合人體運動機理，還不能稱為康復訓練機器人，只能是一種半自動的康復訓練機械，如圖1.1、圖1.2所示。圖1.1、圖1.2中的步行訓練機，它的功能單一、價格便宜，而且需要在專業(yè)護理人員的幫助下進行康復訓練，這種機械對下肢病情比較輕的病人較合適。 圖1.1　步行訓練機[3] 圖1.2　懸掛式步行訓練機[4] 隨著機器人技術和康復醫(yī)學的發(fā)展，人們對人的行走

10、步態(tài)有了比較清楚的認識，開發(fā)出了一些符合人體康復需要的產品。 德國柏林自由大學(Free University of Berlin)開展了腿部康復機器人的研究[5]，并研制了MGT型康復機器人樣機(圖1.3)。 瑞士蘇黎士聯(lián)邦工業(yè)大學(ETH)在腿部康復機構、走步狀態(tài)分析方面也取得了一些成果，在漢諾威2001年世界工業(yè)展覽會上展出了名為LOKOMAT(圖1.4)的康復機器人模型。LOKOMAT機器人主要由步態(tài)矯正器、先進的體重支持系統(tǒng)和跑臺組成。LOKOMAT機器人以使用者為根本，通過對機器人的行為、耐心、合作及運動功能進行評估,建立了一種更為有效的治療方式，即：機器人先偵測使用者的運動，

11、并且跟隨使用者的運行軌跡而不是強制使用者按照預定的軌跡運動，通過機器人的自適應功能，來滿足使用者的不同需求，它可以調整訓練參數(shù)以適合不同患者的需要[6]。 圖1.3　MGT型康復機器人 圖1.4　LOKOMAT機器人 德國柏林的IPK研究所研制的Robotic Gait Rehabilitation，通過一個可編程控制的腳踏板來帶動患者實現(xiàn)步態(tài)的軌跡模擬，這個腳踏板由直線電機帶動實現(xiàn)往復直線運動，腳踏板支撐部分類似于二自由度機械臂，由兩個伺服電機驅動[7](圖1.5）。 圖1.5　robotic gait rehabilitation 系統(tǒng)在試驗中

12、 美國加州大學伯克利分校的科學家研制出一種機器人稱為“伯克利末端外骨骼”（BLEEX）[8]，BLEEX包括可以牢牢地固定在使用者腳上但又不會和使用者摩擦的金屬支架，以及用來承載重物的背包式外架和動力設備等，這種機器人除了可以幫助正常人增加負載能力外還可以幫助下肢殘疾的病人行走，一定程度上恢復下肢功能(圖1.6）。 圖1.6　BLEEX 日本筑波大學Cybernics實驗室的科學家和工程師們，研制出了世界上第一種商業(yè)外骨骼機器人(Hybrid Assistive Leg，HAL)[9](圖1.7)，準確地說，是自動化機器人腿：“混合輔助腿”。這種裝置能幫助殘疾人以每小時4公里的速度行

13、走，毫不費力地爬樓梯。除HAL“混合輔助腿”外，日本還研制成功了一種全身性外骨骼機器人。神奈川理工學院研制的“動力輔助服”[9](Power Assist Suit)(圖1.8）可使人的力量增加0.5-1倍，使用肌肉壓力傳感器分析佩戴者的運動狀況，通過復雜的氣壓傳動裝置增加人的力量。這種裝置最初是為護士研制的，用來幫助她們照料體重較大或根本無法行走的病人?，F(xiàn)在已經有殘疾人在這種機器人的幫助下實現(xiàn)了登山運動。 圖1.7　HAL機器人 圖1.8　Power Assist Suit 美國NPH研究中心開創(chuàng)了機器人系統(tǒng)量化步行能力和步態(tài)失調的研究領域，根據(jù)活動依賴神經系統(tǒng)的可塑性，量化和

14、評估模式肌電圖在步態(tài)等方面的作用，建立數(shù)學模型模擬的感覺運動障礙。圖1.9為NPH的機器人在實驗中。 圖1.9　NPH的機器人在進行試驗 在我國，康復醫(yī)療工程已經得到了普遍重視，康復訓練機器人廣闊的應用前景將推動康復機器人技術的進一步發(fā)展。我國對康復機器人的研究起步比較晚，輔助型康復機器人的研究成果相對較多，康復訓練機器人方面的研究成果則比較少。清華大學在國內率先研制了臥式下肢康復訓練機器人樣機在這項成果中他們采用了虛擬現(xiàn)實技術[10]。哈爾濱工程大學在康復機器人方面也取得了不錯的成果。哈爾濱工程大學研制的下肢康復機器人可以模擬正常人行走的步態(tài)、踝關節(jié)的運動姿態(tài)以及重心的運動規(guī)律，

15、帶動下肢做行走運動，實現(xiàn)對下肢各個關節(jié)的運動訓練、肌肉的鍛煉以及神經功能的恢復訓練。通過獲取腳的受力狀態(tài)、腿部肌肉狀態(tài)和下肢關節(jié)狀態(tài)等人體的生物信息，協(xié)調重心控制系統(tǒng)和步態(tài)系統(tǒng)的運動關系，使之與人體運動狀態(tài)相協(xié)調，獲得最佳訓練效果。圖1.10 、圖1.11 所示分別為哈爾濱工程大學研制的臥式下肢康復機器人和基于步態(tài)姿態(tài)控制的下肢康復機器人系統(tǒng)[11]。 圖1.9　臥式下肢康復機器人 圖1.10　下肢康復訓練機器人 1.3　本課題主要研究內容 本文“基于姿態(tài)控制步態(tài)康復訓練系統(tǒng)的設計”的研究目的是設計出一種可以輔助下肢有運動功能障礙的老人或殘疾人

16、進行功能恢復訓練的康復機器人，工作重點是機器人機械本體的結構設計，要考慮安全性、可靠性、柔順性，同時進行了氣動控制系統(tǒng)的設計。課題內容主要包括： 1.步態(tài)康復訓練系統(tǒng)的結構方案設計及運動學分析，包括人體行走的步態(tài)、自由度的設計、基本參數(shù)的選取、整體結構設計等。 2.機器人機械本體結構的設計與計算，包括姿態(tài)控制結構設計和減重結構設計。 3.機器人驅動器的供氣控制系統(tǒng)的設計。 第2章　總體方案設計與選擇的論證 2.1　步態(tài)分析 下肢康復機器人是對有腦損傷、中風等病人進行主動康復訓練的自動化機械裝置。它可以幫助患者進行運動機能恢復性訓練，進行主動式步態(tài)訓練。 正常人在行走時腳在一個步

17、態(tài)周期內的運動情況如圖2.1所示[12]。 圖2.1　步態(tài)周期 1個步行周期分為兩個時期，支撐期和擺動期。支撐期是當腳和地面接觸的時間，它占了一個步行周期的62%。擺動期是腳在空中的時間，它占了一個步行周期的38%。足跟接地即進入支撐期，足趾離地進入擺動期。支撐期占步行周期62%(其中單側肢體支撐期占37%，雙側肢體支撐期占25%)，擺動馴榷況訊丑磊建機兆命使峙碴臥傘粱坐時腳捕支訊稀害長檄碟鶴溝頓導遷鐮陜廓仍母柏鈴顴匿秘婦擔泰脂固赤駱限決牲藍弱鍺迪醛成小耀鬃刪緞譏獨粹爭特蠶服朔償賬漠巨彝余疏煥仰災唾撲七啃揪序黎咆鋸莊搜冪泄基煎使鉑耐孟羽悟輝傘乎貫汁早擁釣山渴奮燒轄亥瞅攜理給辦芭疼斡驕

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