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0 哈 爾 濱 工 程 大 學(xué) 2014 屆 學(xué) 士 學(xué) 位 論 文 立 題 論 證 書 院 系 機電工程學(xué)院 題目對應(yīng)專業(yè) 機械設(shè)計制造及其自 動化 題目申報人 王克義 職 稱 講師 申報時間 2013 12 12 題目名稱 剛?cè)峄炻?lián)下肢康復(fù)機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計 題目來源 劃 號 不可多 選 在研 科研項目 生產(chǎn)實踐 自擬題目 理工類 理論研究類 工程設(shè)計類 軟件開發(fā)類 科學(xué)實驗類 綜合類 劃 號 不可多選 題目類型 文管類 理論型 應(yīng)用型 文獻綜述型 劃 號 不可多選 課 題 簡 述 隨著老齡化的到來以及自然災(zāi)害和交通事故等原因 接受康復(fù)訓(xùn)練的群體 人數(shù)變得越來越大 研究康復(fù)訓(xùn)練機器人技術(shù) 研制康復(fù)訓(xùn)練機器人產(chǎn)品 對 和諧社會建設(shè)具有重要意義 剛?cè)峄炻?lián)下肢康復(fù)機器人主要是針對下肢內(nèi)收外展 內(nèi)旋外旋運動而設(shè)計的 目的是同時實現(xiàn)下肢的上述運動模式 該機器人具有 3 個自由度 分別是平面 2 個移動和腳踏板面的 1 個轉(zhuǎn)動 柔性機構(gòu)用于直接對腳踏板的牽引 而剛性 支鏈是為了實現(xiàn)繩索驅(qū)動端位置的改變 實現(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)機器人的傳動構(gòu)件 1 本 課 題 預(yù) 期 目 標 須填寫本課題應(yīng)完成的工作 課題預(yù)期目標和成果形式 主要工作 根據(jù)課題需要滿足的要求 查閱國內(nèi)外相關(guān)資料 包括繩索牽引機構(gòu)和康 復(fù)訓(xùn)練等方面 設(shè)計機構(gòu)的總體方案 進行機構(gòu)學(xué)分析 設(shè)計出該機器人各裝 置的零部件 并分析部分裝置的運動性質(zhì) 在三維機構(gòu)裝配圖基礎(chǔ)上進行部分 運動仿真 課題預(yù)期目標 利用三維軟件完成機器人的機構(gòu)設(shè)計 出 CAD 工程圖 并根據(jù)驅(qū)動要求選 擇驅(qū)動元件 利用三維機構(gòu)裝配圖進行運動仿真 以此驗證設(shè)計結(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 200 機時 圖紙 3 張 電路板 0 塊 閱讀文獻 25 篇 讀書筆記 2 萬字 主 要 參 考 資 料 1 林龍震 pro e 基礎(chǔ)設(shè)計 電子工業(yè)出版社 2004 4 2 機械設(shè)計手冊編委會 機械設(shè)計手冊 機械工業(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 中國發(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 機械原理 高等教育出版社 2000 2 6 機電一體化技術(shù)手冊編委會 機電一體化技術(shù)手冊 機械工業(yè)出版社 1999 7 2 上方要加支撐裝置 以分擔(dān)人體重量 右側(cè)添加導(dǎo)引裝置防止繩對絞盤造成損害 正視圖框 架左右 1 2m 側(cè)視圖框架間距離 1m 3 右側(cè)添加的導(dǎo)引裝置簡圖 4 說 明 書 摘 要 本發(fā)明提供的是一種下肢內(nèi)收外展訓(xùn)練機器人 該機器人由支撐框架 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機 絞盤 繩索組成 固定在支撐框 架上的力矩電動機驅(qū)動絞盤轉(zhuǎn)動 從而帶動柔性繩索運動 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處 剛?cè)峄炻?lián)支鏈由裝有編碼器的力矩電 動機 絞盤 繩索 裝有編碼器的直流電動機 絲杠螺母 滑軌 過輪和力矩傳 感器組成 固定在支撐框架上的直流電動機驅(qū)動由滑軌機構(gòu)約束的絲杠螺母機構(gòu) 實現(xiàn)固定在螺母上的過輪平移運動 固定在支撐框架上的力矩電動機驅(qū)動絞盤轉(zhuǎn) 動 帶動柔性繩索運動 繩索的另一端通過力矩傳感器和過輪后連接到腳踏板上 本發(fā)明可用于下肢損傷患者進行內(nèi)收外展康復(fù)訓(xùn)練 也可用于健康人的體育鍛煉 0 摘要附圖 權(quán) 利 要 求 書 1 一種下肢內(nèi)收外展訓(xùn)練機器人 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機 絞盤 繩索組成 剛?cè)峄炻?lián)支鏈由裝 有編碼器的力矩電動機 絞盤 繩索 裝有編碼器的直流電動機 絲杠螺母 滑軌 過輪和力矩傳感器組成 1 2 根據(jù)權(quán)利要求 1 所述的下肢內(nèi)收外展訓(xùn)練機器人 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機驅(qū)動絞盤轉(zhuǎn)動 從而帶動 柔性繩索運動 3 根據(jù)權(quán)利要求 1 所述的下肢內(nèi)收外展訓(xùn)練機器人 其特征是 所述的剛 柔混聯(lián)支鏈是固定在支撐框架上的直流電動機驅(qū)動由滑軌機構(gòu)約束的絲杠螺母 機構(gòu) 實現(xiàn)固定在螺母上的過輪平移運動 而固定在支撐框架上的力矩電動機 驅(qū)動絞盤轉(zhuǎn)動 帶動柔性繩索運動 繩索的另一端通過力矩傳感器和過輪后連 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)練機器人 其特征是 所述的剛 柔混聯(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)練機器人 其特征是 所述的剛 柔混聯(lián)支鏈的過輪平移方向不在三根牽引繩索所形成的平面上 說 明 書 下肢內(nèi)收外展訓(xùn)練機器人 一 技術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明涉及一種康復(fù)訓(xùn)練機器人 特別是涉及一種對下肢進行內(nèi)收外展康 復(fù)訓(xùn)練的機器人 屬于康復(fù)訓(xùn)練器械 2 二 背景技術(shù) 醫(yī)學(xué)理論和實踐已經(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 一般是主動康復(fù)訓(xùn)練器械附著受訓(xùn)練者肢體上 通過運動期望軌跡帶 動肢體運動 以達到康復(fù)訓(xùn)練作用 老人運動能力較弱 通過機器人輔助運動 訓(xùn)練 能夠提高運動機能 設(shè)計一種剛?cè)峄炻?lián)下肢訓(xùn)練機器人 用以對訓(xùn)練者 進行下肢內(nèi)收外展運動康復(fù)訓(xùn)練 同時繩索牽引不僅方便驅(qū)動單元的布置 而 且增強了系統(tǒng)動態(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 國內(nèi)外相關(guān)文獻主要有以下幾種 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)收外展運動 該內(nèi)收外展運動是被動形式的 專利號 為 201010203502 6 的專利名稱為 繩索牽引下肢步態(tài)康復(fù)機器人 的發(fā)明專利 闡述了 通過繩索牽引實現(xiàn)下肢屈伸運動控制 專利號為 201120144824 8 的專 利名稱為 側(cè)臥位下肢外展裝置 的實用新型闡述了 通過一套支撐板和框架 體實現(xiàn)固定下肢 防止側(cè)臥時下肢的內(nèi)收 內(nèi)旋 專利號為 CN20092234252U 20090803 的專利名稱為 髖關(guān)節(jié)訓(xùn)練裝置 的實用新型闡述了 通過滑輪組和 擺動桿裝置實現(xiàn)下肢髖關(guān)節(jié)運動控制 上述相關(guān)文獻所介紹的下肢康復(fù)訓(xùn)練裝置均未采用繩索牽引實現(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)練機器人 用于對下肢損傷患 者或老人的肌肉和關(guān)節(jié)功能進行康復(fù)訓(xùn)練 本發(fā)明的目的是這樣實現(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機固定在框架上 其驅(qū)動絞盤轉(zhuǎn)動 帶動繩索運動 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處 剛?cè)峄炻?lián)支鏈的裝 有編碼器的直流電動機固定在框架上 其驅(qū)動受滑軌約束的絲杠螺母機構(gòu) 控 制固定在螺母上的過輪平移運動 而固定在支撐框架上的裝有編碼器的力矩電 3 動機驅(qū)動絞盤轉(zhuǎn)動 帶動繩索運動 該繩索的另一端通過力矩傳感器和過輪后 連接到腳踏板上 該機器人屬于并聯(lián)機構(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)支鏈的過輪平移方向不在三根牽引繩索所形成的平面上 4 三個驅(qū)動繩索的力矩電動機和一個驅(qū)動絲杠的直流電動機都安裝有編碼 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 兩套繩索牽引支鏈均由裝有編碼器的力矩電動機 絞盤 繩索組 成 兩個力矩電動機分別固定在框架前后位置上的同一高度處 其驅(qū)動絞盤轉(zhuǎn) 動 實現(xiàn)繩索牽引 兩根牽引繩索均連接到腳踏板側(cè)面中點處 一套剛?cè)峄炻?lián) 支鏈由裝有編碼器的力矩電動機 絞盤 繩索 裝有編碼器的直流電動機 絲 杠螺母 滑軌 過輪和力矩傳感器組成 固定在框架中間位置的直流電動機驅(qū) 動受滑軌約束的絲杠螺母機構(gòu) 固定在支撐框架上的力矩電動機驅(qū)動絞盤轉(zhuǎn)動 帶動繩索運動 該繩索的另一端通過力矩傳感器和固定在螺母上的過輪后連接 到腳踏板另一側(cè)中點處 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)支鏈的過輪平移方向不在三根牽引繩索所形成的平面上 這種 機器人結(jié)構(gòu)布置形式能夠?qū)崿F(xiàn)下肢內(nèi)收外展運動訓(xùn)練 工作初 訓(xùn)練者一只腳站立在平臺上 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 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)劃運動 實現(xiàn)下肢內(nèi)收外展康復(fù)訓(xùn)練 四 附圖說明 圖 1 是本發(fā)明進行訓(xùn)練時的主視圖 圖 2 是本發(fā)明的主視圖 4 圖 3 是本發(fā)明的俯視圖 圖 4 是本發(fā)明的左視圖 五 具體實施方式 下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細地描述說明 結(jié)合圖 1 4 本發(fā)明下肢內(nèi)收外展訓(xùn)練機器人由支撐系統(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 兩套繩索牽引支鏈均由裝有編碼器的力矩電動 機 12 14 絞盤 11 15 繩索 10 16 組成 兩個力矩電動機 12 14 分別固定在框架 1 前后位置上的同一高度處 其驅(qū)動絞盤轉(zhuǎn)動 11 15 實現(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)面中點處 一套剛?cè)峄炻?lián)支鏈由裝有編碼器的力矩電動機 2 絞盤 3 繩索 5 裝有編碼器的直流電動機 9 絲杠螺母 7 滑軌 8 過輪 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機 9 驅(qū)動受滑軌 8 約束的絲杠螺 母 7 機構(gòu) 固定在支撐框架 1 上的力矩電動機 2 驅(qū)動絞盤 3 轉(zhuǎn)動 帶動繩索 5 運動 該繩索 5 的另一端通過力矩傳感器 4 和固定在螺母上的過輪 6 后連接到 腳踏板 13 另一側(cè)中點處 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 這種機器人結(jié)構(gòu)布置形式能夠 實現(xiàn)下肢內(nèi)收外展運動訓(xùn)練 工作初 訓(xùn)練者一只腳站立在平臺上 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 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)劃運動 實現(xiàn)下肢內(nèi)收外展康復(fù)訓(xùn)練 5 6