人-机运动相容型下肢康复训练外骨骼机构的构型设计与分析VIP免费

31卷5期2012年10月中国生物医学工程学报C危inese．70urn耐o，日iDmedic口fE，lgi穗eeri，IgV01．3lNo．50ctober2012人-机运动相容型下肢康复训练外骨骼机构的构型设计与分析李剑锋‘吴希瑶邓楚慧马春敏范金红刘德忠(北京工业大学机械工程及应用电子技术学院，北京100124)摘要：对人一机运动相容型下肢康复训练外骨骼机构的构型设计进行研究，根据下肢的生物骨骼模型和下假肢膝关节设计技术，建立与人体下肢运动功能接近的刚体骨骼模型。分析人一机关节运动属性差异和人一机连接位姿偏差对入一机运动相容性的影响，基于人一机闭链的自由度分_析和在人一机连接环节中增置连接关节，提出一种人，机运动相容的下肢外骨骼机构构型，并对元连接位姿偏差和有联接位姿偏差的骨骼．机构联体模型进行了ADAMs运动仿真分析。结果表明，在人．机连接环节中增置连接关节后，可以避免因人．机关节运动属性差异和人．机连接位姿偏差导致的人一机运动干涉现象，实现外骨骼机构运动与人体下肢运动的完全相容。关键词：下肢康复训练；外骨骼机构；人．机运动相容性；机构构型；设计与分析中图分类号R743；THl37文献标志码A文章编号0258-8021(2012)05_0720_09COnngurationDesignandAnalysisoftheHuman-MachineKinematicaUyCompatibleTypeExoskeletonMechanismforLowerLimbRehabnitationTrainingLIJian—Feng‘WUXi-YaoDENGChu—HuiMAChun—MinFANJin—HongLIUDe-Zhong(cozz昭eo，肌c^Ⅱnic以E喈i，lee^噌d以A即￡iedElectron虾5乳c^肋妇y，口e咖昭‰沁Ⅳ蚵o，‰^no如盯，曰e讲醒lOOl24，ch讥o)Abstract：Theconfigurationdes逗nofhuman—machinekinematicallycompatibletypeexoskeletonmechan沁mfoIlDwerlimbrehabilitationtrainingisstudied．Accordingtothebiologicalskeletalmodelofhumanlowerlimbandt}|ekneejointdes唔ntechniqueofarti“ciallowerlimb，therigid-bodyskeletaimodelwithapproximatemotionfunctionofhuman10werlimbwasestablished．Theinnuencesofthekinematicpropertydifkrencebetweenhumanjointsandmachinejointsaswenasthehuman—machineconnectingposturedeviationonhuman-machinekirtematiccompatib订itywereinvestigated．BasedontheDOFanalysisofhuman—machineclosedchainandaddingconnectivejointsintohuman—machinelinkingsub-chains，ahuman—machinekinematicaUycompatibletypemechanismconfigurationoflowerlimbexoskeletonwasproposed，andtheADAMSkinematicsimulations0ftheskeIetal—mechanismunitedmodelswithorwithouthuman—machineconnectingposturedeviationwerepresented．Theresultsshowedthathuman—machinekinematicinted’erenceresultedfromthekinematicpropertydifferencebetweenhumanjointsandmachinejointsaswellasthehuman—machineconnectingdeviationcanbeavoidedthroughaddingconnectivejointsintohuman—machine1inkingsub—chains，theIIebytheexoskeletonmechanismandhuman10werlimbwerekinematicaUycompletecompatible．Keywords：lower-limbrehabilitationtraining；exoskeletonmechanism；human—machinekinematiccompatibility；mechanismconfiguration；designandanalysis引言穿戴型下肢康复训练外骨骼是典型的人-机一体化系统，人一机穿戴连接后外骨骼机构与人体下肢构成空间多环封闭运动链，康复训练过程中人-机之间通过连接部位的相互作用实现协同运动。因此，doi：10．3969／j．i83n，0258—8021．2012．05．0ll收稿日期：20u—12-20，录用日期：2012旬5-29基金项目：北京市自然科学基金(3113026)；北京市先进制造技术重点实验室开放基金(0010005466909)·通信作者。E·m8il：lijianfeng@bjut．e血．en万方数据5期李剑锋，等：人一机运动相容型下肢康复训练外骨骼机构的构型设计与分析要求外骨骼机构与下肢之间不能出现过强的约束作用，以避免由此导致的舒适性变差和患肢的二次损伤。由文献检索及对外骨骼机构的设计特征分析可以看出，现有外骨骼机构的设计还主要基于下肢骨骼的运动结构仿生¨“1。机构的髋关节为单自由度转动关节...