下肢助行器结构设计及运动仿真

对用于辅助下肢瘫痪患者重新站立行走的下肢助行器的总体方案及其工作原理进行了设计与分析。根据人机工程学中的人体结构测量及结构几何关系确定了各杆长度。在CATIA中建立了助行器的三维样机模型,通过ADAMS进行了运动仿真分析,得到了助行器的速度、力矩等参数,并与正常人体步态参数比较,验证了机构设计的合理性和方案的可行性。

下肢穿戴式助行器结构设计与仿真分析

设计了一款下肢穿戴式助行器,主要作用是辅助脑卒中、偏瘫等有下肢运动障碍的患者进行日常行走活动。首先,在对下肢运动机制、关节结构以及自由度组成分析的基础上,建立了下肢穿戴式助行器的三维结构模型;应用三维红外动作捕捉系统采集正常人行走步态数据,拟合出对应关节角度曲线;建立助行器简化D-H模型,对助行器进行了运动学建模分析;将动作捕捉实验(简称动捕实验)采集的步态数据作为仿真驱动,对助行器进行了运动学仿真验证。结果表明,仿真得到的关节角度变化曲线与实验采集到的角度曲线基本一致,角速度变化曲线与踝关节质心位置变化曲线符合正常人体行走规律,验证了下肢穿戴式助行器的结构设计的合理性。

下肢穿戴式助行器步态规划与稳定性分析

偏瘫患者由于大脑损伤导致一侧下肢运动障碍,无法自主进行日常行走,下肢穿戴式助行器可以辅助其获得行走的能力;但是,想要和普通人一样走出正常的步态,需要对下肢穿戴式助行器进行步态规划,步态规划是人机耦合行走并保持稳定性的基础和关键。首先,分析人体下肢各关节运动的情况,对下肢穿戴式助行器进行整体机构设计。其次,进行了步态规划,将助行器腿部各关节之间的部分看成均质刚性连杆,提取完整步行周期中各关节的9个特殊时间点,分析了各个时间点关节的坐标与角度;结合Matlab软件中的三次样条插值的方法,仿真出关节的运动轨迹。最后,对步态规划数据进行分析,得到重心投影点坐标,拟合出重心投影点的运动轨迹,并对该轨迹是否始终落在支撑区域进行了分析。结果证明,重心投影点始终处于支撑域内,这说明该步态规划符合稳定性要求。

一种腿轮结合的助行器设计及仿真

针对现有下肢康复助行器存在的使用时需反复抬起而造成的费时费力和对不平坦的地形适应力较差等缺陷,提出了一种内置动力系统的腿轮结合的康复助行器设计方案。该方案通过前腿后轮的设计,利用前侧腿部与地面的摩擦力以及助行器腿部的自锁能力,带动后轮向前运动,从而可以使康复助行器具备一定的爬坡能力,对不平坦的地面有更强的适应性。设计了助行器总体结构,确定了传动方式及各主要部件尺寸参数,并对行走过程中机构各极限位置进行理论分析和计算。利用SOLIDWORKS建立模型,对关键部件强度进行静力学分析,最后利用ADAMS软件建立运动模型,设定实验参数进行仿真分析,得出运动时的速度、加速度、步距等参数,测量实物样机运动过程中的数据,将仿真出的结果与实验数据进行对比,验证了设计方案的可行性。