【摘 要】
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本文所设计的动力式下肢助行器是一种具有双足步行特征的自动化系统,其目的是辅助下肢瘫痪者能像正常人一样重新站立行走。它采用模拟人体下肢的机械结构,通过正常人的步态特
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本文所设计的动力式下肢助行器是一种具有双足步行特征的自动化系统,其目的是辅助下肢瘫痪者能像正常人一样重新站立行走。它采用模拟人体下肢的机械结构,通过正常人的步态特征形成控制策略。要求重量轻、结构可靠、安全、具有人机友好性且穿戴方便。本文在分析了大量国内外文献的基础上,总结了下肢外骨骼的主要研究内容和所需解决的关键问题,在人机工程学以及人体运动学的基础上,分析了人体行走运动学特征。用RECURDYN进行了动力学模型仿真计算,为下肢助行器的设计提供了参考。本文重点讨论了下肢助行器的机械结构设计原则,并对助行器机械结构进行了运动学分析,完成了助行器自由度选取、关节布位及总体设计方案。依据人体下肢尺寸以及各关节的特点,并通过对影响人体行走稳定性的ZMP理论的探讨,设计了助行器的机构原理图。根据人体正常行走时的极限位置以及电动推杆的参数反求出电动推杆的安装位置。按照人机工程学理论,对下肢助行器方案进行了详细的结构设计,并基于三维参数化软件Pro/E建立了助行器三维模型。在完成建模之后,通过ANSYS对助行器的关键零部件进行了强度分析以检验其满足强度要求。通过RECURDYN进行运动学与动力学的仿真研究,得出人体正常行走时电动推杆的运动规律和所需的力矩等参数。本文设计的下肢助行器在结构设计中大量采用铝型材及其标准连接件,大大减轻了本体质量并控制了制造成本。助行器仿真分析结果与人体运动实验得到的下肢运动规律基本符合,表明本文所设计的助行器结构合理。
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