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万方数据 万方数据 分类号： 密级： U D C ： 编号： 工学硕士学位论文 踝关节康复器的结构设计及研究 硕 士 研 究 生 ：孙志强 指 导 教 师 ：王岚 教授 学 位 级 别 ：工学硕士 学 科 、 专 业 ：机械电子工程 所 在 单 位 ：机电工程学院 论 文 提 交 日 期 ：2014 年 1 月 论 文 答 辩 日 期 ：2014 年 3 月 学 位 授 予 单 位 ：哈尔滨工程大学 万方数据 万方数据 Classified Index: U.D.C: A Dissertation for the Degree of M. Eng Structural design and research on the Ankle Rehabilitation Candidate: Sun Zhiqiang Supervisor: Prof. Wang lan Academic Degree Applied for: Master of Engineering Specialty: Mechatronic Engineering Date of Submission: Jan. 2014 Date of Oral Examination: Mar. 2014 University: Harbin Engineering University 万方数据 万方数据 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。 有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注 明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声 明的法律结果由本人承担。 作者(签字)： 日期： 年 月 日 哈尔滨工程大学 学位论文授权使用声明 本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作 的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送 交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进 行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的 全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一 署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。 本论文(□在授予学位后即可 □在授予学位 12 个月后 □解密后)由哈尔滨工程 大学送交有关部门进行保存、汇编等。 作者(签字)： 导师(签字)： 日期： 年 月 日 年 月 日 踝关节 踝关节康复器的结构设计及研究 万方数据 万方数据 摘 要 作为一种辅助康复训练产品，踝关节康复器意在恢复关节功能，用来对踝关节损伤 患者进行康复训练、护理、强度训练。现代社会，人们对踝关节的护理要求越来越迫切， 开展对踝关节康复器的研究，具有重要的理论意义及实际应用价值，不仅对提高人民生 活水平有帮助，也符合我国“十二五”规划关于服务机器人发展的要求。 本文设计了一种串联式踝关节康复器，并进行相关分析。在对踝关节康复器相关技 术的国内外现状进行深入研究基础上，结合已有技术，确定踝关节康复器的机械结构方 案。对康复器进行 CAE 分析及动力学分析仿真，并对样机进行了实验研究。 首先，依照人机工程学原理，研究踝关节在不同测量状态、不同位姿状态下的运动 角度，研究人体踝关节结构及动作规律，明确了踝关节康复器的功能要求，进行结构方 案的设计。将踝关节运动进行分解成三部分，确定串联式踝关节康复器设计思路，用三 维软件 Pro/E 对三部分模块分别进行设计。 其次，在总体结构确定的基础上，结合踝关节康复器的工况，对关键零部件进行了 静力学分析，并进行了改进优化。在此基础上，对整体结构进行模态分析，明确其固有 频率及各阶振型，为以后利用振动提高康复效果提供依据。 另外，通过欧拉角旋转的方式建运动学模型，对系统进行了正逆运动学分析，根据 正运动学模型求解出脚尖投影点的工作空间。采用 MATLAB/SimMechanics 模块搭建物 理模型，并对机构进行动力学仿真。建立所选电机的模型，对踝关节康复器进行可视化 物理仿真。进行了踝关节康复器模型单自由度双闭环的伺服控制仿真，为实现踝关节康 复器合理的控制提供理论依据和参数。 最后，研制了踝关节康复器的试验样机，基于 dSPACE 半物理仿真平台，对样机进 行实验研究，包括空载不同周期下的单自由度系统的位置伺服控制实验和真人负载下的 控制实验。试验结果表明，样机工作性能稳定，满足设计要求。 关键词：踝关节康复器；CAE 分析；SimMechanics 动力学仿真；样机实