步行是一項(xiàng)貫穿人類日常生活的基本運(yùn)動(dòng)形式。盡管各式交通工具發(fā)展迅猛,但其依然無法超越步行在短距離、室內(nèi)以及非結(jié)構(gòu)性復(fù)雜場景下移動(dòng)的優(yōu)勢。盡管步行運(yùn)動(dòng)易于掌握且高效,但是長時(shí)間的遠(yuǎn)距離步行、相關(guān)肌骨系統(tǒng)衰退等原因會(huì)加重步行中的肌肉負(fù)荷,導(dǎo)致步行難度增加。傳統(tǒng)康復(fù)領(lǐng)域只針對發(fā)生病變的身體部位,在嚴(yán)格限定的環(huán)境和方法下進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練,并不能達(dá)到日常生活中的助行目標(biāo)。為此,本文創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)了一套輕便、高效、人機(jī)友好的踩足助行外骨骼系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)對于有一定行走能力的人提供步行跖屈力輔助,從而提高步行效率的目的。系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為結(jié)構(gòu)、硬件和軟件三個(gè)部分。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參考平面四桿模型,建立了驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)角與踝關(guān)節(jié)角度之間的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程,并針對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵尺寸參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。硬件部分搭建了包括主控制器Arduino、五通道實(shí)時(shí)人體感知模塊以及驅(qū)動(dòng)執(zhí)行裝置在內(nèi)的完整硬件體系。軟件部分實(shí)現(xiàn)了四路足底壓力傳感器信號和一路角度傳感器信號的實(shí)時(shí)傳輸與讀取,并基于人體感知信息實(shí)現(xiàn)了對電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制,實(shí)現(xiàn)步態(tài)支撐末期的跖屈力輔助。依據(jù)設(shè)計(jì)思路進(jìn)行了右側(cè)樣機(jī)制作,并設(shè)計(jì)了基于腓腸肌表面肌電信號的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),以對裝置的性能進(jìn)行評估... 

【文章來源】：浙江大學(xué)浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：105 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１?Ｏｂｅｒ后頁式被動(dòng)踩足外骨骼［７］??

圖１．２?ＤＡＣＳ?ＡＦＯ踝足矯形外骨骼［８］??曰本的國際醫(yī)療福利大學(xué)的研究人員開發(fā)了一款背屈輔助踝足矯形外骨骼??ＤＡＣＳＡＦ？，用來防止偏癱患者的足下垂癥狀［８］，如圖１．２。這款踝足矯形外骨骼??重約３００ｇ，由兩片熱塑性塑料片連接而成，連接鉸鏈設(shè)置在踝關(guān)節(jié)的側(cè)面和后面。??在外骨骼腔體內(nèi)側(cè)小腿后方，嵌入了一個(gè)彈簧，可以提供背屈方向的助力，峰值??力矩可以達(dá)到１７Ｎ＿ｍ（每旋轉(zhuǎn)１０°）。當(dāng)足跟著地時(shí)，彈簧抵抗壓縮以限制不必要??的跖屈運(yùn)動(dòng)，從而防止“足拍地”步態(tài)。支撐期，外骨骼的結(jié)構(gòu)起到了穩(wěn)定踩關(guān)??節(jié)的作用；而在擺動(dòng)期，由于彈簧阻尼的作用，踩關(guān)節(jié)減少了跖屈運(yùn)動(dòng)，從而防??止了足下垂，更輕松地實(shí)現(xiàn)了足尖清地。??３??

預(yù)先將能量儲(chǔ)存起來，然后在需要驅(qū)動(dòng)力的時(shí)候，采用適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)??再將儲(chǔ)存的能量釋放出來。美囯伊利諾伊大學(xué)厄巴納－香檳分校的研究者就研制??了一款儲(chǔ)能型的踩足外骨骼［９］，見圖１．３。這款外骨骼的設(shè)計(jì)目標(biāo)是：使支撐期的??踝關(guān)節(jié)能夠自由轉(zhuǎn)動(dòng)，而在擺動(dòng)期輔助完成足尖清地。支撐期，內(nèi)置于鞋底的氣??泵隨著體重施加壓力而壓縮氣體，這些氣體在擺動(dòng)期觸發(fā)一個(gè)鎖定裝置，這個(gè)裝??置可以防止足下垂步態(tài)。而在下一個(gè)足跟著地時(shí)刻，后跟處的閥門打開，釋放出??氣體，踝關(guān)節(jié)的鎖定裝置被解鎖，在支撐期實(shí)現(xiàn)自由轉(zhuǎn)動(dòng)。???１?Ｆｉｗｏｄｅ?￣ｉ???ＩＣｃｍＢｉｔｏＭＢｄｒ］???心版?＿?ｅ，ｒａＭ?ｊ???ｄｅｍｃｎｌ??????＿?＿?—?＿?＿?—?ｒｏｔａｔｉｏｎ?ａｘｉｓ?ｘ？ｉｒ?ｂｕｆｆａｊ??———?—?—?——??ｒ＾ｎ?ｉ＾１１??＾?＾?＾?［?Ｌｅｉ?ｓｓ??（Ｈｅａｌ?Ｃｏｎｔａｃｔ）?（Ｆｏｏｔ?Ｆｌａｔ）?（Ｈｅｅｌ?Ｏｆｉ）?（Ｔｏｅ?Ｏｆｆ）?ｆ?；＃??圖１．４曰本大阪大學(xué)研制的無源氣動(dòng)踝足外骨骼［ｉｅ］??４??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]面向下肢助力外骨骼的腳底測力系統(tǒng)研究[J]. 郝大彬,韓亞麗,朱松青,楊虞融,徐強(qiáng).  機(jī)械科學(xué)與技術(shù). 2017(06)
[2]正常步態(tài)和偏癱步態(tài)的特點(diǎn)及對比[J]. 楊雅琴,張通.  中國康復(fù)理論與實(shí)踐. 2003(10)
[3]長期立位、行走和坐位對女工的職業(yè)危害[J]. 蔣學(xué)之,夏蕊娟,張幼辰,邵民,王秀貞,章慧如,陳彩云,王簃蘭,蔡國華,馬爕榮,楊潤生,駱知儉,毛曉全.  職業(yè)醫(yī)學(xué). 1990(02)



本文編號：3238221