摘要
踝关节是人体最重要的负重关节之一，踝关节状态的好坏直接决定着人的生活质量和运动质量。在人口老龄化的背景下，踝关节损伤现象变得愈发常见。踝关节康复机器人作为一种康复医学与机器人学交叉融合的产物，在踝关节康复领域发挥着重要作用。本文提出一种新型的基于并联机构的踝关节康复机器人，使患者在康复训练过程中能根据损伤状态及时调整模式，既能实现单一的康复主运动模式，又能实现复合康复运动模式。全文主要研究内容概括如下。 首先，分析人体踝关节生理结构及运动特征，总结出踝关节进行单一基础动作的运动变化范围。提出了一种2-UPS/RPU/RPS并联机构与转动副R串联而形成的(2-UPS/RPU/RPS)amp;R新型踝关节康复机器人，包括可调升降固定装置。根据踝关节的肌肉恢复程度，可以将康复过程分为重度期和恢复期，患者在重度期以踝关节单一康复运动模式为主；在恢复期则以多种单一运动结合的复合康复模式，提出了两者之间的切换模式。设计了合理的支链长度，使踝关节康复机器人能够始终在安全运动范围内进行被动康复治疗，保证康复机器人的安全运行。基于足弓的类型差异，设计了一种自适应柔性脚垫，以适应更多类型的患者的康复需求。 其次，运用螺旋理论求解(2-UPS/RPU/RPS)amp;R踝关节康复机器人的自由度性质，求得2-UPS/RPU/RPS并联机构具有2R1T的运动特性，并求得该并联机构的逆运动学。运用数值分析法求得2-UPS/RPU/RPS并联机构的可达工作空间。结果表明，该并联机构的可达工作空间可满足康复运动需求，空间连续且无突变点。基于该并联机构的位置逆解结果求解其运动性能，得到该踝关节康复机器人关于驱动支链输入和动平台输出之间的速度关系，并分析了在动平台高度为变量的情况下该并联机构所具有的灵巧度。 然后，在Adams中建立虚拟样机模型，模拟单一康复运动。给每条支链设定相应的驱动函数，进行正运动学仿真分析，可以得到动平台位姿变化曲线图谱。然后进行逆运动学仿真分析，在康复机器人的回转中心设置点驱动，以动平台主动运动带动支链的位移，得到动平台和四条支链的位姿变化情况。通过正运动学和逆运动学的相互验证可知，该踝关节康复机器人满足预期设定标准。 最后，基于AnyBody人体模型资源库建立(2-UPS/RPU/RPS)amp;R人机一体化模型，模拟患者单侧运动障碍进行康复效果评估。针对踝关节基础康复运动进行仿真，amp;nbsp;得到了关于局部肌肉的相关参数曲线图。仿真结果表明，踝关节康复机器人的康复训练能够起到较好的康复效果；且在设定合理驱动情况下，康复机器人均能在设定的安全范围内平稳进行，避免引起二次损伤。
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