踝关节人机耦合生物力学特性分析

目的设计一种2-PSU/RR并联踝关节康复机器人,并对人体肌肉进行生物力学特性分析,研究踝关节康复机器人的康复策略。方法采用数值离散搜索法获得机器人的实际工作空间,探究结构参数变化对机器人动平台高度的影响。通过人体生物力学仿真软件AnyBody得到肌肉力、肌肉活动度等人体生物力学响应,研究动平台高度变化对肌肉行为的影响。结果机器人能够满足踝关节跖屈/背屈和内翻/外翻运动需求。适当增大定长杆的初始倾角和减小长度,使得踝关节康复机器人具有较低的整体高度。动平台高度依次递减10 mm,人体参与运动的肌肉力和肌肉活动度都有一定幅度下降。结论本研究为踝关节康复提供一种新的设计方案,为踝康复机器人运动分析提供理论指导,并通过修改机构参数加快患者脚踝康复。

基于足底力反馈的踝关节主被动康复策略

踝关节机能损伤人群数量增长与康复医师紧缺是现阶段面临的一个重要社会问题,为此,基于一款2-SPU/RR踝关节康复机器人提出一种主被动结合的辅助康复策略。首先建立虚拟样机模型和对应的结构简图,进行运动学分析,求解了机器人的工作空间,结果表明该机器人能够满足踝关节跖屈-背屈和内翻-外翻复合运动需求。然后针对目前康复机器人主要研究内容为被动康复问题,未能根据患者脚踝实际损伤情况进行康复,提出一种踝关节机器人主被动康复结合的方法。先预设康复运动轨迹,基于足底压力数据和力感知算法获得患者的运动意图,通过软硬件控制系统实现机器人主动跟随,同时将运动轨迹进行记录和数据化。最后对描迹轨迹进行优化,根据优化轨迹使用5段S型加减速控制方式进行定制化被动康复。主被动康复系统实现了机器人跟随控制与患者主动行为感知的结合,有助医师对踝关节机能损伤患者的诊断与治疗。