康复论文提纲

论文题目：(2-CRS-PU)＆R混联式踝关节康复机构的设计与性能分析

摘要：本文提出一种新型的（2-CRS-PU）＆R混联式踝关节康复机构,相较于目前常见的康复设备,该机构的制造成本更低、精度更高、康复性能更优异,可满足患者的日常康复需求。本论文主要从以下几个方面对踝关节康复机构进行研究:1.对踝关节康复机构的构型进行设计。在分析踝关节生理结构与运动机理的基础上,根据康复机构设计原则与构型综合原理,设计了一种基于（2-CRS-PU）＆R混联机构的踝关节康复机构,该机构的自由度为三转一移,可实现踝关节的跖屈背伸、内收外展、内翻外翻以及牵伸康复运动,能满足踝关节康复的自由度需求。2.对踝关节康复机构进行运动学分析与仿真。根据粒子群算法、封闭矢量法以及求导法,分别求得2-CRS-PU并联机构的位置正解、逆解以及运动影响系数矩阵;基于Adams对（2-CRS-PU）＆R康复机构进行运动学仿真,得到动平台与各驱动支链的参数大小,分析结果表明,该康复机构的运动范围能满足踝关节康复需求。3.对2-CRS-PU并联机构进行灵巧度性能分析。基于一阶运动影响系数矩阵,在Matlab中对条件数评价指标与可操作度评价指标下的灵巧度进行算例分析,得到机构的广义参数关于局部条件数LCI与可操作度W的灵巧度变化性能图谱,分析结果表明,2-CRS-PU并联机构具有较优异的传递性能,能有效保障踝关节的安全。4.对踝关节康复机构进行动力学分析与仿真。基于虚功原理法,根据各支链相对于动平台的速度与加速度映射关系,推导出2-CRS-PU并联机构的动力学模型;在Adams中对（2-CRS-PU）＆R康复机构进行逆动力学仿真,得到各支链的驱动力与动平台的力矩大小变化趋势,分析结果表明,踝关节康复机构运行平稳且无刚性冲击,不会对踝关节造成二次伤害。5.对踝关节康复机构进行康复效果分析。基于Any Body构建（2-CRS-PU）＆R康复机构的人机耦合模型,对其进行单一康复运动仿真,得到不同康复运动下踝部相关肌肉的活动量Activity、肌肉收缩量Lm以及肌肉力Fm,其中肌肉活动量大小始终未超过1,肌肉收缩量与肌肉力大小变化保持在正常范围内,分析结果表明,踝部肌肉在康复过程中得到了有效的锻炼,踝关节康复效果良好。

关键词：(2-CRS-PU)＆R;踝关节;运动学分析;灵巧度;动力学分析;康复效果分析

学科专业：机械工程

摘要

abstract

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 踝关节康复机器人研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 并联机构理论研究现状分析

1.3.1 运动学理论研究现状

1.3.2 动力学理论研究现状

1.4 本文主要研究内容

1.5 本章小结

2 踝关节康复机理与机构构型设计

2.1 引言

2.2 踝关节生理结构与运动机理介绍

2.2.1 踝关节的生理结构

2.2.2 踝关节的运动机理

2.3 混联式踝关节康复机构构型设计

2.3.1 康复机构设计原则

2.3.2 康复机构整体构型设计

2.4 踝关节康复机构自由度分析

2.5 本章小结

3 混联式踝关节康复机构运动学分析与仿真

3.1 引言

3.2 2-CRS-PU并联机构位置分析

3.2.1 位置逆解分析

3.2.2 位置正解分析

3.2.3 Matlab位置解算例分析

3.3 2-CRS-PU并联机构速度与加速度分析

3.3.1 一阶运动影响系数矩阵与速度分析

3.3.2 二阶运动影响系数矩阵与加速度分析

3.3.3 Matlab速度与加速度算例分析

3.4 Adams运动学仿真与分析

3.4.1 虚拟样机模型创建

3.4.2 单一康复运动学仿真与分析

3.5 本章小结

4 2-CRS-PU并联机构灵巧度性能分析

4.1 引言

4.2 经典灵巧度评价指标介绍

4.2.1 条件数评价指标

4.2.2 可操作度评价指标

4.3 2-CRS-PU并联机构灵巧度算例分析

4.3.1 条件数评价指标下的灵巧度算例分析

4.3.2 可操作度评价指标下的灵巧度算例分析

4.4 本章小结

5 混联式踝关节康复机构动力学分析与仿真

5.1 引言

5.2 基于虚功原理法的动力学建模

5.2.1 支链驱动速度与动平台广义速度的映射关系

5.2.2 支链驱动加速度与动平台广义加速度的映射关系

5.2.3 2-CRS-PU并联机构动力学模型求解

5.3 Matlab动力学数值算例分析

5.4 Adams逆动力学仿真与分析

5.5 本章小结

6 混联式踝关节康复机构康复效果分析

6.1 引言

6.2 人机耦合模型构建

6.3 AnyBody单一康复运动仿真

6.4 AnyBody踝关节康复效果分析

6.4.1 踝关节跖屈、背伸康复运动

6.4.2 踝关节内收、外展康复运动

6.4.3 踝关节内翻、外翻康复运动

6.4.4 踝关节牵伸康复运动

6.5 本章小结

7 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

致谢