论文总字数：20153字

摘 要

临床实验表明，大多数运动障碍的患者通过康复训练器材进行相应的康复训练，可以部分甚至全部恢复之前丧失的运动功能。本课题的目的是针对偏瘫病人设计一款轮椅助行康复训练一体机，该机具备轮椅代步功能、辅助站立以及步态训练三种功能模式，三种功能模式相互配合，最终对患者起到康复作用。

论文研讨了康复训练机器人的国内外研究现状，在对人体实际运动特征、康复医学理论以及人因工程相关技术要求分析的基础上，提出了一种轮椅助行康复机器人设计方案，分别对机器人助起装置、助行机构的安装结构以及轮椅结构进行了详细的设计，并针对设计中存在的问题提出相应的改进方案。对于机器人结构中受力较大的零部件进行受力分析与强度校核，确保足够的安全系数。将助行机构模型简化后建立各个杆件的局部坐标系，并利用D-H坐标与局部坐标系矩阵变换的方法对助行机构进行运动学分析。

关键词：康复机器人；助起装置；助行机构

DESIGN OF WALKING AID REHABILITATION TRAINING ROBOT

Abstract

Clinical trials show that patients with most of the movement disorder can recover the exercise function by the rehabilitation training. This topic is for hemiplegia patient design a wheelchair for rehabilitation training of various machine, the machine have wheelchair function, auxiliary stand and gait training three function modes, three function modes with each other, eventually help patients come to rehabilitation.

The article is about the rehabilitation training robot at home and abroad research present situation, in of actual movement characteristics of the human body, rehabilitation medicine theory and engineering related technical requirements analysis based on proposed a wheelchair for rehabilitation robot design, respectively the robot helps loading device, the installation structure and wheelchair structure, the detailed design, and put forward the corresponding improvement scheme aiming at the problems existing in the design. The mechanical analysis and strength of the mechanical parts in the robot structure are carried out, and the safety factor is ensured. The local coordinate system of each member is established after the simplification of the mechanism. The kinematics of the mechanism is analyzed by using the method of D-H coordinate and local coordinate system matrix transformation.

Keywords: rehabilitation robot,；aid to device,；assistant mechanism

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引 言 1

1.1课题研究意义及目的 1

1.2国内外研究现状 1

1.2.1国外研究现状: 1

1.2.2国内研究现状 3

1.3论文主要研究内容 4

第二章 轮椅康复训练机器人总体方案研究 5

2.1轮椅助行康复训练机器人设计要求 5

2.2轮椅助行康复训练机器人总体结构 5

2.3助起装置的设计 6

2.3.1人体起坐过程分析 6

2.3.2 助起装置的结构设计 7

2.4助行机构的设计 9

2.4.1人体行走过程分析 9

2.4.2助行装置的结构设计 10

2.5轮椅结构设计 13

2.5.1移动底架的设计 13

2.5.2座椅架的设计 13

2.6方案存在的问题与改进思路 15

2.7本章小结 16

第三章 关键零件设计及校核 17

3.1助行机构缓冲装置中弹簧的计算 17

3.2助行机构连接板强度校核 18

3.3助起装置中圆管强度校核 20

3.4本章小结 21

致 谢 22

参考文献 23

3. 引 言

1.1课题研究意义及目的

据统计，近几十年来我国60岁以上的年龄人群占总人口数量的比例正逐年递增。而随着老龄人口的不断增多，脑血管疾病的发病患者人数也在呈不断增加的趋势。脑血管疾病最显著的症状就是脑卒中，医学上称为脑血管意外，俗称为中风。据统计：大约有五分之四的中风患者在患病之后会伴随着不同程度的肢体运动功能障碍、偏瘫等，使得患者逐渐失去基本的生活能力，运动机能也在不断的退化，这样给患者及其家人造成了严重的困扰。中风导致的中枢神经损伤会严重影响运动神经的功能，从而造成运动功能障碍。要想恢复受损的运动神经就应该从中枢神经系统的可塑性出发，通过对患者进行间歇性的康复训练来逐渐恢复运动神经的功能，从而达到康复的效果。临床实验表明，大多数的患者可以通过利用康复训练器材进行相应的康复训练，从而部分甚至全部改善恢复之前丧失的功能^[1]。康复机器人涉及到了机器人学、人机工程学、康复医学等多个领域，针对不同种类的患者来进行科学和有效的康复训练，从而使得患者的运动机能得到相对有效的恢复。此外，我国目前对康复训练器材的需求量大，但是市场上能够购买到的自动化康复训练的器材较少，而针对偏瘫病人的康复训练器材更是少之又少。因此，一定程度的康复训练能够使患者受损的运动神经逐渐得到恢复，使患者重新获得自主运动的能力，改善患者的生活，提高整个家庭的生活水平。

偏瘫患者在术后初期的康复训练主要是被动训练，即通过借助外力带动肢体的重复运动，从而促使大脑中枢神经系统的重组和代偿。本课题的目的是针对偏瘫病人设计一款轮椅助行康复训练机器人，该机器人具备轮椅代步功能、辅助站立、步态训练三种功能模式，通过固定于轮椅架的助行机构为患者的行走提供一定的助推力，并进行相应的步态康复训练。该机设计的意义在于通过被动步态康复训练逐渐恢复偏瘫患者受损的运动神经，达到训练下肢运动的功能。该轮椅助行康复训练机器人主要针对于偏瘫病人或者下肢运动障碍患者，也可以用于其他医疗场所。

1.2国内外研究现状

1.2.1国外研究现状:

图1-1是由芝加哥大学研制的Kine Assist康复训练机器人。该机器人没有帮助患者行走的助行机构，外部也没有提供动力的设备。这种康复机器人的局限性在于只能给具备步行运动功能并且能够自主维持身体平衡的患者使用。主要是针对提高患者康复训练时的稳定性、并且能够较好的控制偏瘫或者运动障碍患者进行起、坐等动作的一种康复机器人^[2-3]。

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