论文总字数：16052字

摘 要

本文题目为术后膝关节康复机构结构设计，结合了康复训练机器人在康复医疗领域应用的需求,针对人机工程学进行了分析和研究。本文首先列出了中外学者的研究现状和未解决的问题，之后根据人体下肢运动机理设计机械结构，使用三维软件绘画出整体结构，从而能够直观地分析，采用主被动结合的方法柔性地协助术后患者进行康复训练，并对关键部件进行校核和寿命计算，列出安装和维护说明。最后对整个机构进行经济性分析，控制成本。

关键词:膝关节康复 人机工程学 主被动结合 机构设计

Abstract

The topic of this paper is the structural design of the rehabilitation mechanism of knee joint after operation. Combined with the needs of rehabilitation training robot in the field of rehabilitation medicine, the ergonomics is analyzed and studied. This paper first lists the current research situation and unsolved problems of Chinese and foreign scholars, then designs the mechanical structure according to the movement mechanism of human lower limbs, draws the overall structure by using three-dimensional software, so as to be able to analyze intuitively, uses the method of active passive combination to assist the postoperative patients to carry out rehabilitation training flexibly, checks and calculates the life span of key components, lists the installation and maintenance explain. Finally, the economic analysis of the whole organization is carried out to control the cost.

Key words: Knee rehabilitation；Ergonomics；Active passive combination；mechanism design

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1选题目的与背景 1

1.2国内外研究现状 2

1.3问题 3

第二章 人体康复理论与步态分析 4

2.1运动康复机理 4

2.1.1中枢神经康复理论 4

2.1.2运动康复的临床依据 4

2.2 人体步态分析 5

2.2.1 下肢长度参数 5

2.2.2 正常步态参数 6

第三章 康复机器人结构设计 8

3.1 康复机器人的基本功能要求 8

3.2 总体结构方案 8

3.3 康复机构结构设计 9

3.3.1 康复机构工作原理 9

3.3.2 关键部件的机械结构设计 10

第四章 关键部件的计算 14

4.1 轴的设计基准和步骤 14

4.1.1轴的常用材料 14

4.1.2 轴的设计计算 14

4.2 轴承的选择与校核 16

4.2.1轴承的选择 16

4.2.2 轴承寿命计算 16

4.3 弹簧的设计与计算 17

4.3.1弹簧的选择与参数计算 17

4.3.2 弹簧校核 18

第五章 康复机构的安装维护 20

5.1 安装前的准备 20

5.2 安装与调试 20

5.3 使用与维护 20

第六章 经济和安全性分析 21

6.1 安全性分析 21

6.2 常见的肘关节康复器的价格 21

6.3 成本概算 22

6.4 税费 23

6.5 利润 23

结语 24

参考文献 25

致谢 28

第一章 绪论

1.1选题目的与背景

近些年来，我国社会人口构成自二十世纪以来有较大转变，根据2016年的人口调查可知，。根据联合国的预测，老龄化的高峰时期即将在2040年左右来到中国，截止 2050 年，我国老年人口占总人口的比重将达到 35%-40%[1]。大量存在的老年人口和上升速度对我国发展提出了挑战，这迫使政府和人民必须开始重视老龄化现象。人口老龄化对社会发展的制约不仅体现在劳动力缺失、基本养老保险的支出总额加大，同时也加大了看病就医的开销和医疗物资的消耗。

光是人民和政府的重视还远远不够，我们需要寻找新的办法来解决新的问题。而解决随着老龄化严重带来的医疗问题，可以依靠新科技——康复机器人来解决。这就确定了康复机器人工作的重点就在于如何结合人体工程学，改善患者四肢运动的方式，并使得患者尽快摆脱病痛，健康地回到日常生活中[2]。

膝关节是人体最至关重要的关节之一，缺少了它，人无法自由地站立、行走和奔跑，并且会对人的心理造成不可恢复的创伤。因此，对膝关节康复研究具有及其重要的意义。膝关节康复机器人机构作为一种康复医疗设备，从人体工程学角度出发，能够帮助膝关节损伤或者膝关节存在运动障碍的患者恢复运动功能[3]。现在在中国，深受膝关节损伤之苦的老年人日益增多，但康复医师稀少，再加上传统医疗方法的自动化低，造成无法解放康复医师的情况，导致找医生康复成本过高还经常排队，陷入了十分尴尬的情况。诸多实验表明，对膝关节进行康复训练有助于患者肢体运动功能的恢复[4]。

康复机器人是能自主完成既定任务一种较为智能的机构，它能够辅助自身行动受阻的人们来完成特定的行为，让老年人们不靠自己的力量，被动地进行康复，有效缓解了老办法的缺陷。康复机器人在人们心中扮演着越来越重要的角色。

1.2国内外研究现状

康复机器人的研究开始于二十世纪八十年代[5]，欧美国家及日本等国家对康复机器人方面的研究较早[6]，并且这些国家的技术与其他国家相比，也较为先进，居于世界前位。从目前下肢康复机器人的研究成果看，按照功能目的可粗略的分为：辅助/替代类和训练/治疗类等，辅助类康复机器人的辅助对象为瘫痪程度相对较轻的人群，辅助瘫痪人士进行康复训练的动作，实现动作要求。而训练型康复机器人的针对对象是瘫痪程度比较严重的人群[7]，通过对人本身的训练，实现身体的运动能力的恢复，提高人体的身体素质。不同功能的康复机器人对人体的训练项目也不一样，比如下肢机器人帮助人体进行下肢康复训练，促进下肢运动能力的恢复，现有的下肢康复机器人大致可分为外骨骼式与末端驱动式两类[8]。

Lockheed Martin 公司研制出了了“eLEGS” ，它能够依靠外骨骼来支持人的站立和行走。“eLEGS”是一种可穿戴的仿生设备，需要连接患者的背部和腿部，它使用基于手势的人机界面来确定使用者的手势意图，然后将其转化为需要的外骨骼动作[9]。

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