下肢外骨骼偏瘫助行机器人研究

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随着科学技术的发展,下肢外骨骼的研究越来越广泛,尤其是对下肢外骨骼偏瘫助行机器人的研究如火如荼的进行着。下肢偏瘫外骨骼机器人可以帮助患者实现行走,在医学领域中,很多医生愿意使用先进的科学技术,获得科学的、合理的康复数据,进行合理的分析与指导,帮助患者恢复行走能力。(1)首先,对国内外外骨骼的研究现状和技术难点进行研究与分析,包括结构设计、控制方式和传感器设计等,根据国内外康复外骨骼的优缺点确立了本文中外骨骼整体设计方案。在本文中结合了人体运动学和仿生学原理,打破常规,确定了外骨骼的运动方式,设计了一款符合人体结构、单腿辅助行走的下肢外骨骼偏瘫助行机器人。根据静力学与动力学的分析,合理的选择了电机的型号,确定了外骨骼关键部位尺寸和外骨骼外形材料。为了适应身高、胖瘦不一的偏瘫患者,外骨骼机器人不仅仅可以调节自身尺寸,还需要考虑患者在穿戴后运动时的舒适性和安全性,所以需要在与人机接触的部位安装软性材质,避免患者在运动时擦伤,并且在运动关节设计限位装置,避免患者二次损伤。(2)其次,外骨骼辅助偏瘫患者行走对控制系统的设计比较严格。控制平台的研究包括运动捕捉传感器、脚底压力传感装置及控制器设计等。无线独立传感系统,简称WSSS,可以实时的捕捉人体姿态数据,归纳偏瘫患者健康腿的行走习惯和检测患腿运动数据的准确性。WSSS不能直接输出关节角度,所以在Python中进行解算和仿真,获得关节角度并验证数据的准确性;脚底压力传感装置触发外骨骼辅助患者行走,在本文中通过对脚底压力装置进行标定来获得实验者的真实体重,通过划分的步态特征,使外骨骼根据足底压力分布自动识别步态特征,为合理的控制提供了保障。(3)最后,将集成的系统进行实验分析。通过对偏瘫患者的数据分析,可以知道下肢外骨骼可以通过改善患者的运动幅度来辅助患者行走,因此在本文中模拟偏瘫患者使用外骨骼助力行走。通过脚底压力触发患腿学习健康腿行走,WSSS可以实时检测两条腿的运动数据,对不符合的数据进行处理,将处理后的数据发送给外骨骼。同时在Unity中显示行走过程,给患者和医生直观的显示,也可以将获得的数据储存进行离线的分析,给患者进行科学的指导。
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