摘要
在当前社会，人们有了高质量的生活，人们接触到更多种类的体育运动，且注重体育锻炼的时间和质量。然而，随之而来的运动伤害问题也日益突出，尤其是踝关节损伤，它不仅影响到专业运动员的职业生涯，也影响到普通人的日常生活和运动参与度。因此，开发一种有效的踝关节康复机构，以促进踝关节损伤之后的快速恢复，对于提高生活质量和促进社会体育活动具有重要意义。本研究旨在设计一种新型的(2-CPU/PU)amp;R混联式踝关节康复机构，以解决当前踝关节康复过程中如康复运动形式单一、康复效率低下和康复过程中患者疼痛感强烈等一些关键问题，本论文的主要工作： 首先，通过研究踝关节的生理结构，分析其运动能力，明确了踝关节的主要运动方式和活动范围，确定了康复机构所需的自由度数、运动形式及运动范围，为康复机构的设计提供了科学依据。 其次，设计了一种(2-CPU/PU)amp;R机构，促进踝关节损伤之后的快速恢复，利用三维建模软件建立了踝关节康复机构的三维模型，让其模拟踝关节的自然运动，并对其轨迹和范围分析，满足受损踝关节的康复训练机构的设计要求。 接着，通过螺旋理论计算2-CPU/PU的自由度，G-K公式校验了该机构的自由度；然后，对该机构进行了运动学分析，分别对并联机构的位置正逆解进行计算分析，求解逆解相对容易，利用闭环矢量法，正解计算繁琐且计算量大，故利用粒子群优化算法(PSO)分析，并利用MATLAB软件绘制适应度曲线；根据所求的位置逆解，运用数值搜索法绘制了机构工作空间，利用微分法求得了机构的速度雅可比矩阵，通过分析得出该机构满足踝关节的康复需求。 最后，运用Adams软件对机构进行了机构验证，对自由度进行了再次校验，并对机构进行了正运动学仿真和逆运动仿真，验证了机构运行平稳安全，运动性能良好；运用AnyBody软件，通过机构带动人体环境下的踝处，通过分析康复机构带动踝关节运动过程中踝关节处相关肌肉的参数变化，表明康复训练过程中踝关节处的肌肉能够得到有效锻炼，并且机构不会对受损踝关节造成再次损伤，证明该机构的康复训练效果良好。 通过这些工作，设计了(2-CPU/PU)amp;R混联式踝关节康复机构并验证其有效性和安全性。研究表明，该机构能够模拟踝关节的自然运动，为患者提供了一个既安全又有效的康复训练平台。机构的设计充分考虑了踝关节运动的复杂性和多样性，通过控制运动轨迹和范围，以达到最佳的康复效果。运动学仿真分析和康复效果评估结果表明，该康复机构能够有效地帮助踝关节损伤患者加速恢复过程，提高康复效率。此外，机构的设计也展示了机械工程技术在医疗康复领域的应用潜力，为未来踝关节及其他关节康复机构的设计和研究提供了重要参考。
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