康复医疗下肢外骨骼关节设计与仿真开题报告

1. 研究目的与意义

背景：

现在马路上的车辆越来越多，从而交通事故也越来越多，再者人口老龄化导致引起的骨质疏松的人越来越多，传统的人工或简单的医疗设备已经不能满足患者的康复需求。此外，中国的医疗卫生水平不断提高，医疗设备的行业规模呈现逐步扩大的趋势，康复机器人板块也呈现上升趋势。

意义：

2. 课题关键问题和重难点

拟解决的关键问题：

1. 分析三个关节在矢状面内的运动。由于人体单下肢的自由度数是7(髋关节 3，膝关节1，踝关节3），三个关节的组合可以做复杂的空间运动。其中矢状面内的运动是人体下肢的主运动。而各关节的运动不是单独某块肌肉伸缩的结果，均是对应的肌群在神经系统的支配下协同工作来实现的。

2. 考虑人体下肢自由度的同时，也必须要考虑人体各关节的运动范围。为了保证安全性，设计机械结构时，机构各个自由度的运动范围设定都必须要以人的最大运动范围作为参考，在保护穿戴者安全的同时，提高机械外骨骼的穿戴舒适性。

3. 国内外研究现状（文献综述）

国外研究现状：

下肢康复外骨骼方面的研究起始于1960年，由于当时技术的限制，这些装备没有实现当时预期的目标，但是为后续研究打下了基础，最近几十年，尤其是lokomat（如图1所示）应用于临床以后，下肢康复机器人逐渐成为世界各国研究的热点。国外很多企业和研究所都开展了相关研究，并且在基础理论和应用方面都取得了很多里程碑式的成就。目前，针对下肢瘫痪、脊髓损伤及步态矫正，已有多款产品实现了商业化阶段。

4. 研究方案

1. 髋关节设计

髋关节的运动主要用于实现两大功能:一是髋关节的弯曲/伸展方向自由度，控制步态运动时下肢提腿向行进方向的“迈步”动作，二是外展/内收方向自由度，控制行进过程中重心的调节，具有保持平衡和改变行走方向功能。因此，针对步行状态时的下肢机械外骨豁髋关节的设计，也必须保留其这两个方向上的自由度。

基于仿生学理论，本次对髋关节设计是通过盘式电机与齿轮连接，实现转接盘内的齿轮传动，从而带动髋关节至膝关节处的传动轴，使腰部设计和传动轴之间有一定的扭转，另外在齿轮处安装减速器，实现髋关节在一定范围的转动，从而实现关节处的弯曲/伸展。

5. 工作计划

2023.1.2～2023.1.15完成英文翻译，提交英文翻译给指导老师批阅。英文翻译经指导老师批阅合格并确定后，译文和原文均上传至“毕业设计管理系统”，译文封面用标准模板。查阅文献资料，撰写开题报告。

2023.1.16～2023.2.5 指导老师审核译文和开题报告，根据指导老师意见完成修改，批阅合格并确认后，开题报告封面用标准模板，上传至“毕业设计管理系统”。

2023.2.6～2023.3.19按照开题报告的方案，开始毕设课题的计算及设计。