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哈爾濱工程大學(xué) 2014 屆學(xué)士學(xué)位論文立題論證書(shū) 院（系） 機(jī)電工程學(xué)院 題目對(duì)應(yīng)專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 題目申報(bào)人 王克義 職 稱 講師 申報(bào)時(shí)間 2013.12.12 題目名稱 剛?cè)峄炻?lián)下肢康復(fù)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 題目來(lái)源 （劃√號(hào)，不可多選） 在研 科研項(xiàng)目 √ 生產(chǎn)實(shí)踐 自擬題目 題目類型 理工類 理論研究類（ ） 工程設(shè)計(jì)類（√） 軟件開(kāi)發(fā)類（ ） 科學(xué)實(shí)驗(yàn)類（ ） 綜合類（ ） （劃√號(hào)，不可多選）? 文管類 理論型（） 應(yīng)用型（） 文獻(xiàn)綜述型（） （劃√號(hào)，不可多選） 課 題 簡(jiǎn) 述 隨著老齡化的到來(lái)以及自然災(zāi)害和交通事故等原因，接受康復(fù)訓(xùn)練的群體人數(shù)變得越來(lái)越大，研究康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人技術(shù)，研制康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人產(chǎn)品，對(duì)和諧社會(huì)建設(shè)具有重要意義。 剛?cè)峄炻?lián)下肢康復(fù)機(jī)器人主要是針對(duì)下肢內(nèi)收外展/內(nèi)旋外旋運(yùn)動(dòng)而設(shè)計(jì)的，目的是同時(shí)實(shí)現(xiàn)下肢的上述運(yùn)動(dòng)模式。該機(jī)器人具有3個(gè)自由度，分別是平面2個(gè)移動(dòng)和腳踏板面的1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)。柔性機(jī)構(gòu)用于直接對(duì)腳踏板的牽引，而剛性支鏈?zhǔn)菫榱藢?shí)現(xiàn)繩索驅(qū)動(dòng)端位置的改變，實(shí)現(xiàn)不同的牽引形式。繩索和剛性支鏈構(gòu)成一種剛?cè)峄炻?lián)機(jī)器人的傳動(dòng)構(gòu)件。 本 課 題 預(yù) 期 目 標(biāo) 須填寫(xiě)本課題應(yīng)完成的工作，課題預(yù)期目標(biāo)和成果形式 主要工作： 根據(jù)課題需要滿足的要求，查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料，包括繩索牽引機(jī)構(gòu)和康復(fù)訓(xùn)練等方面，設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的總體方案，進(jìn)行機(jī)構(gòu)學(xué)分析，設(shè)計(jì)出該機(jī)器人各裝置的零部件，并分析部分裝置的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)；在三維機(jī)構(gòu)裝配圖基礎(chǔ)上進(jìn)行部分運(yùn)動(dòng)仿真。 課題預(yù)期目標(biāo)： 利用三維軟件完成機(jī)器人的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，出CAD工程圖，并根據(jù)驅(qū)動(dòng)要求選擇驅(qū)動(dòng)元件；利用三維機(jī)構(gòu)裝配圖進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，以此驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果。 成果形式： 工程圖0#圖紙3張，其中1張裝配圖，2張零部件圖； 畢業(yè)論文。 技術(shù)要求 上機(jī) 200 機(jī)時(shí) 圖紙 3 張 電路板 0 塊 閱讀文獻(xiàn) 25 篇 讀書(shū)筆記 2 萬(wàn)字 主 要 參 考 資 料 1.林龍震.pro/e 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，電子工業(yè)出版社，2004.4. 2.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，機(jī)械工業(yè)出版社，2004.8. 3.王克義,馬方超等.下肢內(nèi)收外展訓(xùn)練機(jī).中國(guó)發(fā)明專利.ZL201210173493.X. 4.Davis RB, Ounpuu S, et a1. A Comparision of two -dimensional and three -dimensional techniques for the determination of joint rotation angles [C]. Proceedings of the International Symposium on 3-D Analysis of Human Movement,Montreal, Canada, 1991: 67—70. 5.鄭文經(jīng)等.機(jī)械原理，高等教育出版社，2000.2. 6.機(jī)電一體化技術(shù)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)電一體化技術(shù)手冊(cè)，機(jī)械工業(yè)出版社，1999.7. 上方要加支撐裝置，以分擔(dān)人體重量。右側(cè)添加導(dǎo)引裝置防止繩對(duì)絞盤(pán)造成損害，正視圖框架左右1.2m，側(cè)視圖框架間距離1m。 右側(cè)添加的導(dǎo)引裝置簡(jiǎn)圖 說(shuō)明書(shū)摘要 本發(fā)明提供的是一種下肢內(nèi)收外展訓(xùn)練機(jī)器人，該機(jī)器人由支撐框架、兩套繩索牽引支鏈、一套剛?cè)峄炻?lián)支鏈和腳踏板組成。支撐框架由型材搭建而成。兩套繩索牽引支鏈均由裝有編碼器的力矩電動(dòng)機(jī)、絞盤(pán)、繩索組成，固定在支撐框架上的力矩電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)絞盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)柔性繩索運(yùn)動(dòng)，兩套繩索牽引支鏈的繩索另一端共同連接到腳踏板上的一點(diǎn)處。剛?cè)峄炻?lián)支鏈由裝有編碼器的力矩電動(dòng)機(jī)、絞盤(pán)、繩索、裝有編碼器的直流電動(dòng)機(jī)、絲杠螺母、滑軌、過(guò)輪和力矩傳感器組成，固定在支撐框架上的直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)由滑軌機(jī)構(gòu)約束的絲杠螺母機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)固定在螺母上的過(guò)輪平移運(yùn)動(dòng)；固定在支撐框架上的力矩電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)絞盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)柔性繩索運(yùn)動(dòng)，繩索的另一端通過(guò)力矩傳感器和過(guò)輪后連接到腳踏板上。本發(fā)明可用于下肢損傷患者進(jìn)行內(nèi)收外展康復(fù)訓(xùn)練，也可用于健康人的體育鍛煉。 6 摘要附圖 權(quán)利要求書(shū) 1、一種下肢內(nèi)收外展訓(xùn)練機(jī)器人，由支撐框架、兩套繩索牽引支鏈、一套剛?cè)峄炻?lián)支鏈和腳踏板組成。其特征是：支撐框架由型材搭建而成；兩套繩索牽引支鏈均由裝有編碼器的力矩電動(dòng)機(jī)、絞盤(pán)、繩索組成；剛?cè)峄炻?lián)支鏈由裝有編碼器的力矩電動(dòng)機(jī)、絞盤(pán)、繩索、裝有編碼器的直流電動(dòng)機(jī)、絲杠螺母、滑軌、過(guò)輪和力矩傳感器組成。 2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的下肢內(nèi)收外展訓(xùn)練機(jī)器人，其特征是：所述的兩套繩索牽引支鏈均是固定在支撐框架上的力矩電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)絞盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)柔性繩索運(yùn)動(dòng)。 3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的下肢內(nèi)收外展訓(xùn)練機(jī)器人，其特征是：所述的剛?cè)峄炻?lián)支鏈?zhǔn)枪潭ㄔ谥慰蚣苌系闹绷麟妱?dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)由滑軌機(jī)構(gòu)約束的絲杠螺母機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)固定在螺母上的過(guò)輪平移運(yùn)動(dòng)；而固定在支撐框架上的力矩電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)絞盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)柔性繩索運(yùn)動(dòng)，繩索的另一端通過(guò)力矩傳感器和過(guò)輪后連接到腳踏板上。 4、根據(jù)權(quán)利要求2所述的下肢內(nèi)收外展訓(xùn)練機(jī)器人，其特征是：所述的兩套繩索牽引支鏈的牽引繩索的一端共同連接到腳踏板上的一點(diǎn)處。 5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的下肢內(nèi)收外展訓(xùn)練機(jī)器人，其特征是：所述的剛?cè)峄炻?lián)支鏈的牽引繩索平分兩套繩索牽引支鏈的牽引繩索所夾角度。 6、根據(jù)權(quán)利要求3所述的下肢內(nèi)收外展訓(xùn)練機(jī)器人，其特征是：所述的剛?cè)峄炻?lián)支鏈的過(guò)輪平移方向不在三根牽引繩索所形成的平面上。 說(shuō)明書(shū) 下肢內(nèi)收外展訓(xùn)練機(jī)器人 （一）技術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明涉及一種康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人，特別是涉及一種對(duì)下肢進(jìn)行內(nèi)收外展康復(fù)訓(xùn)練的機(jī)器人，屬于康復(fù)訓(xùn)練器械。 （二）背景技術(shù) 醫(yī)學(xué)理論和實(shí)踐已經(jīng)證明，腦癱后遺癥或意外事故造成的肢體損傷患者需要進(jìn)行肢體訓(xùn)練，以便恢復(fù)肢體功能，防止肌肉“廢用性”萎縮和關(guān)節(jié)僵硬。為克服專業(yè)醫(yī)護(hù)人員的不足以及提高康復(fù)訓(xùn)練效果，出現(xiàn)了各種各樣的康復(fù)訓(xùn)練器械，一般是主動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練器械附著受訓(xùn)練者肢體上，通過(guò)運(yùn)動(dòng)期望軌跡帶動(dòng)肢體運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到康復(fù)訓(xùn)練作用。老人運(yùn)動(dòng)能力較弱，通過(guò)機(jī)器人輔助運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，能夠提高運(yùn)動(dòng)機(jī)能。設(shè)計(jì)一種剛?cè)峄炻?lián)下肢訓(xùn)練機(jī)器人，用以對(duì)訓(xùn)練者進(jìn)行下肢內(nèi)收外展運(yùn)動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練，同時(shí)繩索牽引不僅方便驅(qū)動(dòng)單元的布置，而且增強(qiáng)了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能和系統(tǒng)柔順性，能夠更好地滿足康復(fù)訓(xùn)練的需要。 目前，國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)主要有以下幾種： 河北工業(yè)大學(xué)碩士論文“仿生外骨骼式下肢康復(fù)機(jī)器人研究”中提到一種采用柔性連接解決下肢內(nèi)收外展運(yùn)動(dòng)，該內(nèi)收外展運(yùn)動(dòng)是被動(dòng)形式的。專利號(hào)為201010203502.6的專利名稱為“繩索牽引下肢步態(tài)康復(fù)機(jī)器人”的發(fā)明專利闡述了，通過(guò)繩索牽引實(shí)現(xiàn)下肢屈伸運(yùn)動(dòng)控制；專利號(hào)為201120144824.8的專利名稱為“側(cè)臥位下肢外展裝置”的實(shí)用新型闡述了，通過(guò)一套支撐板和框架體實(shí)現(xiàn)固定下肢，防止側(cè)臥時(shí)下肢的內(nèi)收、內(nèi)旋。專利號(hào)為CN20092234252U 20090803?的專利名稱為“髖關(guān)節(jié)訓(xùn)練裝置”的實(shí)用新型闡述了，通過(guò)滑輪組和擺動(dòng)桿裝置實(shí)現(xiàn)下肢髖關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)控制。 上述相關(guān)文獻(xiàn)所介紹的下肢康復(fù)訓(xùn)練裝置均未采用繩索牽引實(shí)現(xiàn)下肢內(nèi)收外展訓(xùn)練。 （三）發(fā)明內(nèi)容 本發(fā)明的目的在于提供一種下肢內(nèi)收外展訓(xùn)練機(jī)器人，用于對(duì)下肢損傷患者或老人的肌肉和關(guān)節(jié)功能進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：由框架構(gòu)成支撐系統(tǒng)；兩套繩索牽引支鏈的裝有編碼器的力矩電動(dòng)機(jī)固定在框架上，其驅(qū)動(dòng)絞盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)繩索運(yùn)動(dòng)，兩套繩索牽引支鏈的兩根繩索一端連接到腳踏板上的一點(diǎn)處；剛?cè)峄炻?lián)支鏈的裝有編碼器的直流電動(dòng)機(jī)固定在框架上，其驅(qū)動(dòng)受滑軌約束的絲杠螺母機(jī)構(gòu)，控制固定在螺母上的過(guò)輪平移運(yùn)動(dòng)，而固定在支撐框架上的裝有編碼器的力矩電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)絞盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)繩索運(yùn)動(dòng)，該繩索的另一端通過(guò)力矩傳感器和過(guò)輪后連接到腳踏板上。該機(jī)器人屬于并聯(lián)機(jī)構(gòu)。 本發(fā)明還有這樣一些結(jié)構(gòu)特征： 1、連接到腳踏板上的三根繩索處于同一平面上。 2、剛?cè)峄炻?lián)支鏈的牽引繩索平分兩套繩索牽引支鏈的牽引繩索所夾角度。 3、剛?cè)峄炻?lián)支鏈的過(guò)輪平移方向不在三根牽引繩索所形成的平面上。 4、三個(gè)驅(qū)動(dòng)繩索的力矩電動(dòng)機(jī)和一個(gè)驅(qū)動(dòng)絲杠的直流電動(dòng)機(jī)都安裝有編碼器。 5、剛?cè)峄炻?lián)支鏈的繩索在連接到腳踏板上之前經(jīng)過(guò)固定在框架上的力傳感器。 本發(fā)明下肢內(nèi)收外展訓(xùn)練機(jī)器人由支撐系統(tǒng)框架、兩套繩索牽引支鏈、一套剛?cè)峄炻?lián)支鏈和一個(gè)腳踏板組成。支撐系統(tǒng)框架由型材搭建而成，可根據(jù)需要任意移動(dòng)；兩套繩索牽引支鏈均由裝有編碼器的力矩電動(dòng)機(jī)、絞盤(pán)、繩索組成，兩個(gè)力矩電動(dòng)機(jī)分別固定在框架前后位置上的同一高度處，其驅(qū)動(dòng)絞盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)繩索牽引，兩根牽引繩索均連接到腳踏板側(cè)面中點(diǎn)處；一套剛?cè)峄炻?lián)支鏈由裝有編碼器的力矩電動(dòng)機(jī)、絞盤(pán)、繩索、裝有編碼器的直流電動(dòng)機(jī)、絲杠螺母、滑軌、過(guò)輪和力矩傳感器組成，固定在框架中間位置的直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)受滑軌約束的絲杠螺母機(jī)構(gòu)，固定在支撐框架上的力矩電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)絞盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)繩索運(yùn)動(dòng)，該繩索的另一端通過(guò)力矩傳感器和固定在螺母上的過(guò)輪后連接到腳踏板另一側(cè)中點(diǎn)處。結(jié)構(gòu)布置保證了連接到腳踏板上的三根繩索是處于同一平面的，且剛?cè)峄炻?lián)支鏈的牽引繩索平分兩套繩索牽引支鏈的牽引繩索所夾角度，剛?cè)峄炻?lián)支鏈的過(guò)輪平移方向不在三根牽引繩索所形成的平面上。這種機(jī)器人結(jié)構(gòu)布置形式能夠?qū)崿F(xiàn)下肢內(nèi)收外展運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練。 工作初，訓(xùn)練者一只腳站立在平臺(tái)上，另一只腳放置在腳踏板里并扣緊，根據(jù)需要可以配備減重裝置。工作時(shí)，由繩索牽引支鏈和剛?cè)峄炻?lián)支鏈共同控制腳踏板做規(guī)劃運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)下肢內(nèi)收外展康復(fù)訓(xùn)練。 （四）附圖說(shuō)明 圖1是本發(fā)明進(jìn)行訓(xùn)練時(shí)的主視圖； 圖2是本發(fā)明的主視圖； 圖3是本發(fā)明的俯視圖； 圖4是本發(fā)明的左視圖。 （五）具體實(shí)施方式 下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述說(shuō)明： 結(jié)合圖1-4，本發(fā)明下肢內(nèi)收外展訓(xùn)練機(jī)器人由支撐系統(tǒng)框架1、兩套繩索牽引支鏈、一套剛?cè)峄炻?lián)支鏈和一個(gè)腳踏板13組成。支撐系統(tǒng)框架1由型材搭建而成，可根據(jù)需要任意移動(dòng)；兩套繩索牽引支鏈均由裝有編碼器的力矩電動(dòng)機(jī)（12、14）、絞盤(pán)（11、15）、繩索（10、16）組成，兩個(gè)力矩電動(dòng)機(jī)（12、14）分別固定在框架1前后位置上的同一高度處，其驅(qū)動(dòng)絞盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)（11、15），實(shí)現(xiàn)繩索（10、16）牽引，兩根牽引繩索（10、16）均連接到腳踏板13側(cè)面中點(diǎn)處；一套剛?cè)峄炻?lián)支鏈由裝有編碼器的力矩電動(dòng)機(jī)2、絞盤(pán)3、繩索5、裝有編碼器的直流電動(dòng)機(jī)9、絲杠螺母7、滑軌8、過(guò)輪6和力矩傳感器4組成，固定在框架1中間位置的直流電動(dòng)機(jī)9驅(qū)動(dòng)受滑軌8約束的絲杠螺母7機(jī)構(gòu)，固定在支撐框架1上的力矩電動(dòng)機(jī)2驅(qū)動(dòng)絞盤(pán)3轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)繩索5運(yùn)動(dòng)，該繩索5的另一端通過(guò)力矩傳感器4和固定在螺母上的過(guò)輪6后連接到腳踏板13另一側(cè)中點(diǎn)處。結(jié)構(gòu)布置保證了連接到腳踏板13上的三根繩索（5、10、16）是處于同一平面的，且剛?cè)峄炻?lián)支鏈的牽引繩索5平分兩套繩索牽引支鏈的牽引繩索（10、16）所夾角度，剛?cè)峄炻?lián)支鏈的過(guò)輪6平移方向不在三根牽引繩索（5、10、16）所形成的平面上。這種機(jī)器人結(jié)構(gòu)布置形式能夠?qū)崿F(xiàn)下肢內(nèi)收外展運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練。 工作初，訓(xùn)練者一只腳站立在平臺(tái)上，另一只腳放置在腳踏板13里并扣緊，根據(jù)需要可以配備減重裝置。工作時(shí)，由繩索牽引支鏈和剛?cè)峄炻?lián)支鏈共同控制腳踏板13做規(guī)劃運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)下肢內(nèi)收外展康復(fù)訓(xùn)練。