题目：下肢康复机器人机构设计与运动控制的关键技术研究

本文主要研究的内容为下肢外骨骼康复机器人的结构设计与其运动分析。本文主要分为三个主要的部分，分别为下肢外骨骼整体的结构设计与运动分析，智能传感足的结构设计与改进，主动驱动式踝足矫形器的结构设计与分析。在下肢外骨骼结构设计部分，本文提出了一种新颖的三自由度下肢外骨骼康复机器 人构型，这是一种串并联混联的结构。在髋关节部位有一个转动自由度，在膝关节部位 有两个自由度。对于膝关节结构，本文提出了一种平面二自由度并联机构来模拟人体膝关节的运动。设计的结构能解决人体膝关节与外骨骼膝关节关节中心不对准的问题。通过下肢外骨骼康复机器人的前向与逆向运动学分析以及在ADAMS中的运动仿真，可以证明该机构的运动性能良好，同时可以证明在运动过程中不存在奇异位型。相比较传统 的下肢外骨骼康复机器人来说，本课题设计的机构工作空间更大。除了允许外骨骼膝关节有转动外，还可以让其轴心有一个微小的滑动，与人体膝关节的运动情况类似，这将更有利于病人的康复。之后，对下肢外骨骼康复机器人的工作空间的设计参数优化进行了分析。为了能实时监测人体的步态，本课题为下肢外骨骼康复机器人配套设计了智能传感足底。该足底具有检测足底压力与测量病人行走速度和位移的功能，与之前实验室已有的一款传感足设计相比，本设计设计更加紧凑，充分考虑了仿生设计的理念，结构工艺性能也有很大提升。之后，针对该新型传感足底设计了上下楼梯的实际穿戴实验，进一 步验证了本设计的可行性与可靠性。 在踝足矫形器结构设计部分，本课题提出一种基于压力传感器的主动驱动式的踝足矫形器，面向具有足下垂病态的患者，本装置在踝关节部位具有一个主动驱动的自由度。为了检测步态与行走状态，踝足矫形器底部有一个压力传感足。本部分主要分析了踝足 矫形器的结构设计，对其中的关键部件进行了有限元分析。文章对设计的结构进行了仿真或实验验证，表明本文的设计达到了设计要求，达到了设计目标。