河南理工大學(xué)鶴壁工程技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)摘要I緒論課題背景及意義隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的顯著提升，交通事故數(shù)量持續(xù)攀升，各類致病因素不斷增加，其中脊髓損傷的增長趨勢最為顯著。而作為脊柱損傷中的并發(fā)癥，脊髓損傷常引發(fā)損傷平面以下肢體的顯著功能障礙[1]。在現(xiàn)行臨床實(shí)踐中，踝關(guān)節(jié)功能康復(fù)主要依賴物理治療師通過人工操作實(shí)施背伸/跖屈、內(nèi)翻/外翻以及內(nèi)收/外展等被動(dòng)訓(xùn)練，該方法雖在功能恢復(fù)方面具有顯著療效，但存在若干固有局限性：治療師個(gè)體受制于生理極限，難以持續(xù)維持理想的訓(xùn)練強(qiáng)度與時(shí)長；同時(shí)，現(xiàn)有評估體系過度依賴治療師的主觀經(jīng)驗(yàn)判斷，缺乏量化客觀指標(biāo)。這不僅影響康復(fù)進(jìn)程的精準(zhǔn)監(jiān)測，也制約了基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的治療方案優(yōu)化[2]。針對下肢功能障礙患者群體而言，脫離輪椅實(shí)現(xiàn)站立功能往往構(gòu)成其首要康復(fù)目標(biāo)，而站立位康復(fù)訓(xùn)練不僅能夠維持循環(huán)系統(tǒng)與神經(jīng)系統(tǒng)的生理功能，還可進(jìn)一步促進(jìn)其功能改善，同時(shí)有效預(yù)防長期臥床或坐位引發(fā)的各類繼發(fā)性并發(fā)癥，這一臨床效益顯著提升了患者的康復(fù)預(yù)后?；诖?，開發(fā)下肢康復(fù)輔助設(shè)備不僅體現(xiàn)了醫(yī)療技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新突破，更具有重要的臨床應(yīng)用價(jià)值，能夠?yàn)榛颊咛峁?shí)質(zhì)性的康復(fù)支持。在機(jī)器人設(shè)計(jì)與技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，醫(yī)療機(jī)器人領(lǐng)域的研究日益受到學(xué)界關(guān)注并呈現(xiàn)出持續(xù)增長態(tài)勢，其中外骨骼輔助機(jī)器人的問世標(biāo)志著康復(fù)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域取得重大突破；該技術(shù)最初主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，旨在通過增強(qiáng)士兵負(fù)重能力以緩解長期高強(qiáng)度負(fù)荷對其身體造成的損害，并在此過程中獲得了廣泛的實(shí)際應(yīng)用[3]。在軍事裝備領(lǐng)域，多項(xiàng)尖端技術(shù)產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用，其中由美國麻省理工學(xué)院研發(fā)的軍用外骨骼系統(tǒng)尤為突出，該裝備系在DARPA"增強(qiáng)人體體能外骨骼(EHPA)"項(xiàng)目資助下完成研制[4-5]，其技術(shù)特征包括：采用串聯(lián)彈性驅(qū)動(dòng)器(SEA)實(shí)現(xiàn)髖關(guān)節(jié)屈伸運(yùn)動(dòng)控制，運(yùn)用磁流變阻尼器實(shí)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)被動(dòng)屈伸調(diào)節(jié)，并在踝關(guān)節(jié)部位集成彈性元件以輔助屈伸動(dòng)作，整套系統(tǒng)具備36公斤的有效負(fù)載能力。隨著外骨骼技術(shù)在軍事領(lǐng)域的成功應(yīng)用，其技術(shù)成果迅速向醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域延伸，特別是在下肢康復(fù)訓(xùn)練方面取得了顯著成效，這促使社會(huì)各界對康復(fù)機(jī)器人的臨床價(jià)值形成廣泛共識(shí)?；谶@一技術(shù)發(fā)展趨勢，本研究創(chuàng)新性地將delta型機(jī)器人結(jié)構(gòu)進(jìn)行改良優(yōu)化，研制出一種新型旋轉(zhuǎn)臺(tái)式踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置，該設(shè)備通過機(jī)械結(jié)構(gòu)的重新設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練的有效輔助功能[6]?？祻?fù)訓(xùn)練機(jī)器人的研發(fā)與應(yīng)用為肢體功能障礙患者提供了重要的康復(fù)輔助手段，不僅顯著提升了患者的康復(fù)效率，使其能夠盡早脫離輪椅和病床的限制，而且有效預(yù)防了多種并發(fā)癥的發(fā)生[7]。具體而言，該技術(shù)能夠避免因長期缺乏運(yùn)動(dòng)引發(fā)的肌肉萎縮與關(guān)節(jié)畸形問題，減少臥床導(dǎo)致的泌尿系統(tǒng)、消化循環(huán)系統(tǒng)功能障礙及尿路感染風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)顯著降低褥瘡的發(fā)生概率，并防止下肢神經(jīng)系統(tǒng)因長期缺乏刺激而持續(xù)萎縮。這些臨床效益充分體現(xiàn)了康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人在醫(yī)療康復(fù)領(lǐng)域的重要價(jià)值，其進(jìn)一步發(fā)展亟需科研人員的持續(xù)投入與協(xié)同創(chuàng)新。國內(nèi)外踝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人研究現(xiàn)狀踝關(guān)節(jié)康復(fù)治療技術(shù)經(jīng)歷了由傳統(tǒng)人工干預(yù)向智能化機(jī)器人輔助的顯著轉(zhuǎn)型。在技術(shù)發(fā)展的初始階段，臨床實(shí)踐主要采用物理治療師主導(dǎo)的手法治療結(jié)合基礎(chǔ)訓(xùn)練器械的干預(yù)模式，具體表現(xiàn)為通過人工拉伸、按摩等被動(dòng)干預(yù)手段改善關(guān)節(jié)活動(dòng)度，并輔以彈力帶、啞鈴等簡易設(shè)備進(jìn)行肌力訓(xùn)練，然而該模式存在治療師個(gè)體經(jīng)驗(yàn)依賴性強(qiáng)、訓(xùn)練參數(shù)精確性不足等固有局限[8]。隨著工程技術(shù)的發(fā)展，電動(dòng)化康復(fù)設(shè)備逐步應(yīng)用于臨床，典型代表為具備基礎(chǔ)屈伸和旋轉(zhuǎn)功能的踝關(guān)節(jié)訓(xùn)練裝置，這類設(shè)備雖然能夠提供標(biāo)準(zhǔn)化的被動(dòng)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練方案，顯著提升了康復(fù)效率，但在運(yùn)動(dòng)模式多樣性和治療方案個(gè)體化適配方面仍存在明顯缺陷。1.2.1國外踝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人研究現(xiàn)狀外骨骼康復(fù)機(jī)器人的研發(fā)歷程可追溯至20世紀(jì)80年代初期，并于90年代迎來技術(shù)突破期。該領(lǐng)域最初的研究目標(biāo)旨在通過機(jī)械裝置增強(qiáng)人體生理功能。當(dāng)前國際市場上具有代表性的企業(yè)包括以色列Rewalk公司、日本Cyberdyne公司、美國EksoBionics公司以及瑞士HOCOMAAG公司等，這些機(jī)構(gòu)不僅成功研制出多款康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人產(chǎn)品，更實(shí)現(xiàn)了其在臨床實(shí)踐中的規(guī)?；瘧?yīng)用[9-11]。國際學(xué)術(shù)界在踝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人研發(fā)領(lǐng)域已取得一系列突破性進(jìn)展。以色列Rewalk公司研發(fā)的ReWalkPersonal和ReWalkRehabilitation兩款功能性外骨骼產(chǎn)品具有差異化應(yīng)用場景[12]：前者主要面向家庭及工作環(huán)境下的日常輔助使用，不具備醫(yī)療康復(fù)功能；后者則專為臨床康復(fù)治療設(shè)計(jì)，通過提供物理治療干預(yù)手段，可有效緩解癱瘓患者的肢體疼痛癥狀、改善肌肉痙攣狀態(tài)，同時(shí)具有促進(jìn)腸道消化功能及提升新陳代謝速率等療效，此外該產(chǎn)品未來還將拓展至中風(fēng)與腦癱患者群體等潛在臨床應(yīng)用領(lǐng)域。而日本Cyberdyne公司[13]研發(fā)的最具突破性的在于實(shí)現(xiàn)了基于患者意念的精準(zhǔn)控制機(jī)制。該系統(tǒng)通過部署于外骨骼表面的高靈敏度傳感器陣列，實(shí)時(shí)捕捉人體神經(jīng)系統(tǒng)和肌肉組織在運(yùn)動(dòng)意圖產(chǎn)生時(shí)釋放的微弱生物電信號，并據(jù)此驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成相應(yīng)的動(dòng)作響應(yīng)。美國EksoBionics公司[14]在仿生技術(shù)應(yīng)用研究方面處于國際領(lǐng)先地位，其創(chuàng)新性地將仿生學(xué)原理運(yùn)用于康復(fù)機(jī)器人研發(fā)，取得了顯著成效。1.2.2國內(nèi)踝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人研究現(xiàn)狀國內(nèi)針對外骨骼技術(shù)的研究起步相對滯后，但近年來發(fā)展迅速，已獲得國家自然科學(xué)基金、863計(jì)劃及科技支撐計(jì)劃等國家級科研項(xiàng)目的重點(diǎn)資助與支持。國內(nèi)多所高校及科研機(jī)構(gòu)在外骨骼機(jī)器人領(lǐng)域開展了系統(tǒng)性研究并取得顯著進(jìn)展：浙江大學(xué)研發(fā)團(tuán)隊(duì)相繼開發(fā)出可穿戴式下肢輔助行走外骨骼、肌電信號控制的康復(fù)醫(yī)療下肢外骨骼、懸掛式康復(fù)訓(xùn)練外骨骼以及踝關(guān)節(jié)外骨骼原型系統(tǒng)；哈爾濱工業(yè)大學(xué)的研究重點(diǎn)集中于上下肢康復(fù)訓(xùn)練外骨骼的研制；海軍航空工程學(xué)院成功研制出動(dòng)力驅(qū)動(dòng)型外骨骼助力腿實(shí)驗(yàn)樣機(jī)；電子科技大學(xué)通過融合電機(jī)驅(qū)動(dòng)與液壓驅(qū)動(dòng)技術(shù)，構(gòu)建了具備行走、轉(zhuǎn)體及下蹲等多功能的外骨骼系統(tǒng)，并采用多通道智能人機(jī)交互與分布式實(shí)時(shí)控制技術(shù)顯著提升了系統(tǒng)穩(wěn)定性與可靠性；中國科學(xué)院研發(fā)的下肢外骨骼機(jī)器人采用創(chuàng)新性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在單條機(jī)械腿集成6個(gè)自由度。國內(nèi)多所知名高校及科研機(jī)構(gòu)已積極開展外骨骼技術(shù)的相關(guān)研究，其中包括清華大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)、東南大學(xué)、南京理工大學(xué)、上海大學(xué)等高等院校，以及陸軍第二炮兵學(xué)院、中科院合肥智能研究所等專業(yè)研究單位[15]。國內(nèi)外踝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人的不足及改進(jìn)1.3.1當(dāng)前不足（1）康復(fù)機(jī)器人的設(shè)計(jì)問題平臺(tái)式的踝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人，在設(shè)計(jì)上和人體適配得不太好，機(jī)器的轉(zhuǎn)動(dòng)部位和人踝關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)部位很難完全對齊，這樣一來，在訓(xùn)練過程中很容易造成二次傷害；穿戴式的康復(fù)機(jī)器人，活動(dòng)范圍太小，大多只能做腳掌上下彎曲的動(dòng)作，沒辦法滿足踝關(guān)節(jié)全方位活動(dòng)的需求。（2）驅(qū)動(dòng)方式不太理想：用剛性驅(qū)動(dòng)的踝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人，動(dòng)作很僵硬，慣性又大，訓(xùn)練時(shí)很容易傷到患者；而用柔性驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人，因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)變化不規(guī)律，想要準(zhǔn)確控制它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)非常困難。（3）控制方法有所局限：位姿控制主要是讓患者被動(dòng)訓(xùn)練，比較適合康復(fù)初期；柔順控制雖然能讓患者主動(dòng)訓(xùn)練，但對不同患者的適應(yīng)性不好，而且在訓(xùn)練過程中，機(jī)器和人之間的互動(dòng)效果也并不理想。1.3.2改進(jìn)之處（1）結(jié)構(gòu)創(chuàng)新：采用delta機(jī)械臂與旋轉(zhuǎn)平臺(tái)相結(jié)合的混合結(jié)構(gòu)，具有高精度、高剛度與靈活轉(zhuǎn)動(dòng)的特性，確?？祻?fù)訓(xùn)練穩(wěn)定性與運(yùn)動(dòng)靈活性。（2）功能創(chuàng)新：提供被動(dòng)運(yùn)動(dòng)、主動(dòng)輔助運(yùn)動(dòng)等多樣化康復(fù)模式，能夠模擬日常真實(shí)運(yùn)動(dòng)場景，提升康復(fù)訓(xùn)練實(shí)用性與便捷性。（3）體驗(yàn)創(chuàng)新：采用減震橡膠腳墊提升舒適度，并設(shè)置多重安全保護(hù)機(jī)制，保證患者安全有效地進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。本文研究的主要內(nèi)容本文以踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人為核心研究對象，創(chuàng)新性地采用delta并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為足部支撐平臺(tái)的基礎(chǔ)構(gòu)型，通過增設(shè)旋轉(zhuǎn)自由度實(shí)現(xiàn)了踝關(guān)節(jié)多維度康復(fù)訓(xùn)練功能。文中系統(tǒng)闡述了該機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案及其關(guān)鍵技術(shù)特征，重點(diǎn)分析了delta機(jī)構(gòu)獨(dú)特的自由度配置原理，并對關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)說明。第3章2踝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)簡化踝關(guān)節(jié)作為人體下肢重要的負(fù)重關(guān)節(jié)，其解剖結(jié)構(gòu)由脛骨遠(yuǎn)端關(guān)節(jié)面、腓骨關(guān)節(jié)面腓骨外踝關(guān)節(jié)面與距骨滑車共同構(gòu)成，在解剖學(xué)上亦被稱為距骨小腿關(guān)節(jié)。從形態(tài)學(xué)角度觀察，小腿脛骨下端關(guān)節(jié)面與內(nèi)外踝共同形成呈"冂"字形的關(guān)節(jié)窩結(jié)構(gòu)（如圖2-1所示），該結(jié)構(gòu)精確匹配距骨滑車這一關(guān)節(jié)頭的幾何特征。值得注意的是，距骨滑車關(guān)節(jié)面呈現(xiàn)前寬后窄的特殊形態(tài)特征：滑車關(guān)節(jié)當(dāng)足部處于背屈狀態(tài)時(shí)，滑車前部較寬的解剖結(jié)構(gòu)能夠充分嵌入關(guān)節(jié)窩，從而顯著增強(qiáng)關(guān)節(jié)穩(wěn)定性；然而在跖屈狀態(tài)下，如下坡動(dòng)作時(shí)，跖屈滑車后部較窄的解剖特點(diǎn)導(dǎo)致其與關(guān)節(jié)窩的匹配度降低，此時(shí)關(guān)節(jié)不僅出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象，還可能產(chǎn)生側(cè)向位移，這種生物力學(xué)特性使得踝關(guān)節(jié)在跖屈位時(shí)極易發(fā)生扭傷。臨床數(shù)據(jù)顯示扭傷，此類損傷中以內(nèi)翻型最為常見，這主要?dú)w因于外踝的解剖學(xué)特征——其較內(nèi)踝更長的長度和更低的位置，有效限制了距骨的外翻活動(dòng)范圍。圖2-1人體踝關(guān)節(jié)基于前述踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)形式的解析可以得出，該關(guān)節(jié)在日?；顒?dòng)中的基本運(yùn)動(dòng)模式主要體現(xiàn)為背伸/跖屈、內(nèi)收/外展以及內(nèi)翻/外翻三種形式，同時(shí)需要指出的是，踝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)功能實(shí)現(xiàn)與下肢整體活動(dòng)密切相關(guān)，特別是在腿部運(yùn)動(dòng)過程中往往會(huì)引起足部產(chǎn)生平移現(xiàn)象。由此可見，從生物力學(xué)建模的角度出發(fā)，人體踝足系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)特征可抽象為空間坐標(biāo)系中繞三個(gè)正交軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與沿三個(gè)軸向的平移運(yùn)動(dòng)，這種六自由度的空間運(yùn)動(dòng)模型能夠較為全面地描述其運(yùn)動(dòng)學(xué)特性。如圖2-2所示的解剖學(xué)運(yùn)動(dòng)模型，足部在三維空間中的運(yùn)動(dòng)可分解為繞三個(gè)正交軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與沿三個(gè)軸向的平移運(yùn)動(dòng)：繞X軸完成背伸與跖屈運(yùn)動(dòng)，繞Y軸實(shí)現(xiàn)內(nèi)翻與外翻運(yùn)動(dòng)，繞Z軸執(zhí)行內(nèi)收與外展運(yùn)動(dòng)，同時(shí)足部在空間中的線性位移則表現(xiàn)為沿X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸方向的平動(dòng)。圖2-2踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)簡化對踝關(guān)節(jié)機(jī)器人的設(shè)計(jì)要求基于對踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)特征、損傷機(jī)制、康復(fù)干預(yù)手段以及康復(fù)機(jī)器人分階段控制策略的系統(tǒng)性分析，要實(shí)現(xiàn)理想的踝關(guān)節(jié)功能康復(fù)效果，康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)需滿足以下關(guān)鍵性能指標(biāo)：為確保踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練的生物力學(xué)適配性，本研究基于人體踝足復(fù)合體的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，將踝足運(yùn)動(dòng)簡化為具有六個(gè)空間自由度的剛體運(yùn)動(dòng)模型。該模型包含繞X、Y、Z三軸的旋轉(zhuǎn)自由度以及沿這三個(gè)正交軸向的平移自由度，這一運(yùn)動(dòng)學(xué)特性要求康復(fù)機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)必須完整實(shí)現(xiàn)上述六自由度運(yùn)動(dòng)能力。為確保踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練的有效實(shí)施，首要前提在于實(shí)現(xiàn)充分的關(guān)節(jié)活動(dòng)度，這構(gòu)成了后續(xù)肌力與耐力訓(xùn)練的基礎(chǔ)性條件?？祻?fù)機(jī)器人的設(shè)計(jì)參數(shù)需嚴(yán)格遵循人體生理特征，其運(yùn)動(dòng)范圍應(yīng)至少達(dá)到正常踝關(guān)節(jié)活動(dòng)度的標(biāo)準(zhǔn)閾值，否則將難以滿足臨床康復(fù)的基本需求。研究表明，踝關(guān)節(jié)活動(dòng)度的改善不僅是康復(fù)訓(xùn)練的初始環(huán)節(jié)，更是影響整體康復(fù)效果的關(guān)鍵因素。本系統(tǒng)具備多模式訓(xùn)練功能設(shè)計(jì)，針對踝關(guān)節(jié)康復(fù)治療過程中不同階段的差異化需求，可提供針對性的訓(xùn)練方案。根據(jù)臨床康復(fù)醫(yī)學(xué)理論，踝關(guān)節(jié)功能恢復(fù)通常劃分為三個(gè)具有顯著特征的治療階段，各階段對機(jī)器人輔助訓(xùn)練的技術(shù)要求存在明顯差異。具體而言，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的訓(xùn)練模式包括：基于軌跡跟蹤的關(guān)節(jié)活動(dòng)度改善訓(xùn)練、采用阻抗控制策略的肌力與耐力增強(qiáng)訓(xùn)練，以及適用于康復(fù)后期的主動(dòng)運(yùn)動(dòng)功能訓(xùn)練等。為確?？祻?fù)訓(xùn)練過程的安全性，康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計(jì)需重點(diǎn)考慮患者肢體保護(hù)機(jī)制，鑒于訓(xùn)練期間設(shè)備與人體直接接觸的特性，必須嚴(yán)格防范二次傷害風(fēng)險(xiǎn)，這一安全需求對患者的康復(fù)進(jìn)程具有決定性影響。結(jié)構(gòu)簡單，成本低，使用方便。2.3機(jī)器人總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為確保踝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)性能與輕量化需求得到兼顧，本研究在材料選擇方面優(yōu)先考量了機(jī)械強(qiáng)度與質(zhì)量特性的平衡?；诠I(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的成熟經(jīng)驗(yàn)，最終確定采用具有優(yōu)異綜合性能的6016系列鋁合金作為主要結(jié)構(gòu)材料。該材料的詳細(xì)力學(xué)性能參數(shù)如表2-1所示。表2-16016合金鋁力學(xué)性能名稱性能參數(shù)極限抗拉強(qiáng)度124Mpa屈服強(qiáng)度55.2Mpa延伸率25%延性系數(shù)68.9Gpa彎曲極限強(qiáng)度228Mpa泊松比0.33疲勞強(qiáng)度62.1Mpa本文設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)臺(tái)式踝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人采用四自由度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在繼承傳統(tǒng)delta機(jī)械臂優(yōu)勢的基礎(chǔ)上創(chuàng)新性地整合了旋轉(zhuǎn)平臺(tái)機(jī)構(gòu)，不僅充分滿足了臨床踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練的功能需求，而且通過優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定性與靈活性的動(dòng)態(tài)平衡，該機(jī)構(gòu)三維結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。圖2-3踝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人機(jī)器人采用上下雙層平臺(tái)的結(jié)構(gòu)形式，上下層平臺(tái)之間借助三條并聯(lián)擺臂進(jìn)行連接，每一條擺臂均由伺服電機(jī)來驅(qū)動(dòng)，動(dòng)力依靠帶輪減速系統(tǒng)進(jìn)行傳遞，以此來控制擺臂的伸縮動(dòng)作，上運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的底部利用虎克鉸與靜平臺(tái)相連，這樣可對平臺(tái)相對扭轉(zhuǎn)起到約束作用，頂部則依靠球鉸連接動(dòng)平臺(tái)，允許平臺(tái)在三維空間范圍內(nèi)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。當(dāng)擺臂電機(jī)同步運(yùn)轉(zhuǎn)或者差動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，會(huì)帶動(dòng)上運(yùn)動(dòng)平臺(tái)完成背伸/跖屈、內(nèi)翻/外翻、內(nèi)收/外展等多個(gè)維度的運(yùn)動(dòng)，模擬出踝關(guān)節(jié)的生理活動(dòng)軌跡，旋轉(zhuǎn)臺(tái)單獨(dú)配置電機(jī)，依靠二級減速帶輪來驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)圍繞垂直軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，為踝關(guān)節(jié)提供額外的旋轉(zhuǎn)自由度，使訓(xùn)練模式得到拓展，具體結(jié)構(gòu)組成如圖2-4所示。足底分布著壓力傳感器與角度傳感器，它們可實(shí)時(shí)采集患者的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)反饋至控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)依據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，結(jié)合臨床康復(fù)方案，動(dòng)態(tài)地調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速、扭矩以及運(yùn)動(dòng)范圍，比如在被動(dòng)訓(xùn)練模式下，電機(jī)會(huì)按照預(yù)設(shè)的軌跡驅(qū)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，以此幫助患者恢復(fù)關(guān)節(jié)活動(dòng)度，在主動(dòng)輔助模式下，傳感器可感知患者主動(dòng)發(fā)力的信號，電機(jī)則會(huì)提供自適應(yīng)的阻抗力，提高肌力訓(xùn)練的效果。當(dāng)傳感器檢測到運(yùn)動(dòng)超出安全閾值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)觸發(fā)制動(dòng)機(jī)制，切斷動(dòng)力輸出，防止出現(xiàn)二次損傷，在整個(gè)過程當(dāng)中，6016鋁合金框架可提供剛性支撐，橡膠腳墊可以吸收電機(jī)振動(dòng)，滑動(dòng)套筒可提高平臺(tái)穩(wěn)定性，遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)時(shí)同步訓(xùn)練數(shù)據(jù)，可供醫(yī)生調(diào)整方案，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化康復(fù)。該機(jī)構(gòu)依靠機(jī)械結(jié)構(gòu)與智能控制的協(xié)同配合，把傳統(tǒng)人工康復(fù)的經(jīng)驗(yàn)性操作轉(zhuǎn)變?yōu)榭闪炕⒕珳?zhǔn)可控的機(jī)器人輔助訓(xùn)練，提高了康復(fù)效率與安全性。1-直線滑動(dòng)直筒2-X軸運(yùn)動(dòng)電機(jī)3-腳墊4-步進(jìn)電機(jī)支座5-連接件26-支撐件27-上平臺(tái)下支承板8-旋轉(zhuǎn)支承座9-位移感應(yīng)片10-L支座11-Z軸底板12-單片機(jī)圖2-4結(jié)構(gòu)功能模型本研究借鑒Stewart并聯(lián)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)理念，結(jié)構(gòu)原理如圖2-5所示，采用雙層平臺(tái)結(jié)構(gòu)方案，通過擺臂機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的精確調(diào)控，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作；上下平臺(tái)之間采用虎克鉸鏈連接擺臂組件，該設(shè)計(jì)可有效約束兩平臺(tái)間的相對扭轉(zhuǎn)自由度，確保系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性。該機(jī)構(gòu)采用并聯(lián)機(jī)器人典型的擺臂設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)原理如圖2-6所示。此類結(jié)構(gòu)在機(jī)械性能方面展現(xiàn)出諸多顯著優(yōu)勢。無累積誤差，精度較高；相較于將驅(qū)動(dòng)裝置安裝在動(dòng)平臺(tái)上的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，本文提出的結(jié)構(gòu)創(chuàng)新性地將驅(qū)動(dòng)裝置布置于定平臺(tái)或其鄰近區(qū)域，這一設(shè)計(jì)顯著降低了運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量，從而有效提升了系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)速度與動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。結(jié)構(gòu)緊湊，剛度高，承載能力大；完全對稱的并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有較好的各向同性；工作空間較??；圖2-5Stewart機(jī)器人的并聯(lián)結(jié)構(gòu)圖2-6并聯(lián)結(jié)構(gòu)簡圖2.4傳動(dòng)部分及運(yùn)動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.4.1上運(yùn)動(dòng)平臺(tái)設(shè)計(jì)（1）機(jī)械部分分析如圖2-5所示，位于結(jié)構(gòu)頂部的黑色組件為橡膠材質(zhì)的腳墊裝置，該部件憑借其優(yōu)異的柔韌性特性，能夠有效吸收并緩沖電機(jī)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的細(xì)微振動(dòng)，從而顯著降低機(jī)械震動(dòng)對患者可能造成的不良影響。本研究采用三立柱推桿結(jié)構(gòu)作為核心支撐組件，該結(jié)構(gòu)在系統(tǒng)運(yùn)行過程中主要承擔(dān)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定與力學(xué)支撐的雙重功能。推桿機(jī)構(gòu)與Delta并聯(lián)機(jī)構(gòu)形成隨動(dòng)耦合關(guān)系，通過精確設(shè)計(jì)的伸縮運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作。為確保系統(tǒng)安全性，特別設(shè)置了推桿行程的機(jī)械限位裝置，該設(shè)計(jì)可有效約束支撐平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍。此防護(hù)機(jī)制能夠避免因平臺(tái)過度傾斜導(dǎo)致的異常工況，從而顯著降低患者踝關(guān)節(jié)在康復(fù)訓(xùn)練過程中遭受二次損傷的潛在風(fēng)險(xiǎn)。本研究采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為中間驅(qū)動(dòng)臂的核心動(dòng)力裝置，該電機(jī)通過精密設(shè)計(jì)的帶輪機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)臂下軸實(shí)現(xiàn)機(jī)械連接，從而有效完成減速與動(dòng)力傳遞功能，確保系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)過程的穩(wěn)定性。特別地，通過精確控制電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了工作平臺(tái)在空間中的平移與翻轉(zhuǎn)雙重運(yùn)動(dòng)模式。為確保運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的穩(wěn)定性能，本研究采用滑動(dòng)套筒結(jié)構(gòu)環(huán)繞平臺(tái)周邊進(jìn)行加固，該設(shè)計(jì)可有效承載平臺(tái)負(fù)載并顯著延長機(jī)械結(jié)構(gòu)的使用壽命。通過球鉸連接機(jī)構(gòu)將上下平板進(jìn)行固定，該機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)兩平板間的多角度自由調(diào)節(jié)，從而精準(zhǔn)模擬人體踝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)運(yùn)動(dòng)特征。圖圖2-7上平臺(tái)運(yùn)動(dòng)三維模型如圖2-6所示，該并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為核心構(gòu)型展開設(shè)計(jì)，通過三條空間對稱分布且結(jié)構(gòu)完全相同的運(yùn)動(dòng)支鏈實(shí)現(xiàn)底座與手柄平臺(tái)之間的連接，其上下連桿通過轉(zhuǎn)動(dòng)副實(shí)現(xiàn)鉸接，支鏈上端部借助球鉸副與操作手柄相連，而下端部則通過虎克鉸與底座組件相連接。靜平臺(tái)作為固定基準(zhǔn)面，其上均勻布置有正交安裝的虎克鉸，各鉸鏈的兩個(gè)轉(zhuǎn)軸均配備伺服力矩電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。值得注意的是，靜平臺(tái)中心位置設(shè)置有一根垂直安裝的頂桿，該結(jié)構(gòu)兼具動(dòng)平臺(tái)支撐與機(jī)械校零雙重功能。在運(yùn)動(dòng)檢測方面，系統(tǒng)在上下連桿連接的轉(zhuǎn)動(dòng)副處集成有高精度編碼器，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測角位移變化。這種將驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定于靜平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案，配合并聯(lián)機(jī)構(gòu)特有的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，使得系統(tǒng)整體呈現(xiàn)出顯著的技術(shù)特性：包括但不限于高定位精度、優(yōu)異的動(dòng)態(tài)剛度表現(xiàn)、卓越的承載能力、靈敏的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性以及緊湊的結(jié)構(gòu)布局等綜合性能優(yōu)勢。（2）自由度分析基于公式（2-1）的數(shù)學(xué)分析框架，本文對并聯(lián)機(jī)構(gòu)的自由度特性進(jìn)行了系統(tǒng)性的理論推導(dǎo)與計(jì)算驗(yàn)證。（2-1）式中F表示機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)目；n表示包括機(jī)架的構(gòu)件數(shù)目；g表示運(yùn)動(dòng)副的數(shù)目；fi表示第i個(gè)動(dòng)副的自由度數(shù)目；由式(2-1)可知該并聯(lián)機(jī)構(gòu)的自由度為6。2.4.2圖2-8旋轉(zhuǎn)臺(tái)該旋轉(zhuǎn)裝置采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)帶輪實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過二級減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，既確保了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，又有效提升了運(yùn)動(dòng)控制的精度。2.5本章小結(jié)本章首先系統(tǒng)闡述了踝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人的整體架構(gòu)設(shè)計(jì)方案，繼而從機(jī)構(gòu)自由度與材料力學(xué)性能等關(guān)鍵參數(shù)展開深入探討，特別針對上平臺(tái)與旋轉(zhuǎn)平臺(tái)兩大核心組件進(jìn)行了專項(xiàng)解析。研究結(jié)果表明，該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案具備良好的工程可行性，同時(shí)為后續(xù)運(yùn)動(dòng)學(xué)建模與分析奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。3材料選擇及校核總體傳動(dòng)結(jié)構(gòu)分析本研究基于傳統(tǒng)delta機(jī)械臂構(gòu)型創(chuàng)新性地集成旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，提出一種四自由度旋轉(zhuǎn)臺(tái)式踝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人設(shè)計(jì)方案，該設(shè)計(jì)在確保系統(tǒng)穩(wěn)定性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)靈活性，能夠充分滿足踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練的功能需求。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，借鑒Stewart并聯(lián)機(jī)器人構(gòu)型特點(diǎn)，采用上下雙層框架配合中間擺臂機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)布局，從而實(shí)現(xiàn)對平臺(tái)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的精確調(diào)控。外形結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。圖3.1總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1.1上運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)分析及材料選擇（1）腳墊采用橡膠材質(zhì)，位于上端黑色部分。本材料具有顯著的柔韌性特征，其優(yōu)異的減震性能可有效吸收并緩解電機(jī)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的細(xì)微振動(dòng)，從而顯著降低此類機(jī)械振動(dòng)對患者可能造成的不良影響。在材料選型與實(shí)現(xiàn)過程中，首先基于減震性能指標(biāo)和人體工程學(xué)舒適度要求，對橡膠材料的硬度參數(shù)與厚度規(guī)格進(jìn)行科學(xué)篩選；繼而通過系統(tǒng)的市場調(diào)研與實(shí)驗(yàn)室小樣性能測試相結(jié)合的方法，最終確定最優(yōu)材料型號。該選型過程主要依托工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與實(shí)測數(shù)據(jù)支撐，無需進(jìn)行復(fù)雜的力學(xué)理論計(jì)算。（2）三立柱（推桿）采用具有穩(wěn)定與支撐功能的機(jī)械構(gòu)件，該構(gòu)件在運(yùn)行過程中伴隨delta機(jī)構(gòu)同步執(zhí)行伸縮運(yùn)動(dòng)，并通過對運(yùn)動(dòng)行程的精確限定來實(shí)現(xiàn)對平臺(tái)旋轉(zhuǎn)角度的有效調(diào)控。本文設(shè)計(jì)的核心優(yōu)勢在于通過優(yōu)化平臺(tái)穩(wěn)定性控制機(jī)制，能夠有效避免因平臺(tái)傾斜角度超出安全閾值而導(dǎo)致的患者踝關(guān)節(jié)繼發(fā)性損傷風(fēng)險(xiǎn)。在機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)與選型過程中，首先基于平臺(tái)承載重量、運(yùn)動(dòng)行程及支撐力需求，運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊中桿件受力計(jì)算公式，對推桿的關(guān)鍵尺寸參數(shù)進(jìn)行精確計(jì)算。考慮到材料性能對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響，本研究選用高強(qiáng)度鋁合金作為推桿材料，該材料不僅具有優(yōu)異的強(qiáng)度重量比，能夠滿足支撐力要求，同時(shí)其輕量化特性有利于運(yùn)動(dòng)部件的性能優(yōu)化。具體而言，通過計(jì)算平臺(tái)最大承載工況下推桿的受壓狀態(tài)，結(jié)合鋁合金材料的許用應(yīng)力參數(shù)，推導(dǎo)出推桿所需的最小橫截面積，并據(jù)此確定其直徑等關(guān)鍵尺寸。為確保設(shè)計(jì)的可靠性，在完成選型后，進(jìn)一步通過有限元分析方法模擬平臺(tái)在極限傾斜狀態(tài)下的受力情況，對推桿結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行全面的驗(yàn)證評估。（3）驅(qū)動(dòng)臂采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，通過將電機(jī)與驅(qū)動(dòng)臂下軸進(jìn)行機(jī)械連接，并借助帶輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)減速與動(dòng)力傳遞功能，從而實(shí)現(xiàn)對平臺(tái)位移及翻轉(zhuǎn)動(dòng)作的精確控制。優(yōu)勢：能夠保證運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)多維度運(yùn)動(dòng)控制。在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與關(guān)鍵部件選型過程中，基于平臺(tái)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)運(yùn)用電機(jī)選型計(jì)算公式進(jìn)行理論分析，重點(diǎn)計(jì)算負(fù)載轉(zhuǎn)矩與功率需求等核心參數(shù)；鑒于伺服電機(jī)具有轉(zhuǎn)速與位置控制精度高的技術(shù)優(yōu)勢，故將其選定為驅(qū)動(dòng)元件以滿足平臺(tái)精密運(yùn)動(dòng)控制要求；傳動(dòng)系統(tǒng)中的帶輪選型則依據(jù)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速、平臺(tái)目標(biāo)轉(zhuǎn)速及傳動(dòng)比等參數(shù)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，通過嚴(yán)格的力學(xué)計(jì)算確定其直徑尺寸與槽型結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵特征參數(shù)；在材料選擇方面，采用具有優(yōu)異力學(xué)性能的高強(qiáng)度鑄鐵，該材料兼具高強(qiáng)度特性和良好的耐磨性能；完成選型后，通過構(gòu)建平臺(tái)運(yùn)動(dòng)工況仿真模型，對電機(jī)-帶輪系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性、傳動(dòng)效率等關(guān)鍵性能指標(biāo)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，從而確保整體設(shè)計(jì)滿足工程應(yīng)用要求。（4）滑動(dòng)套筒布置在平臺(tái)周圍，用球鉸機(jī)構(gòu)固定在上下板上。該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有多重優(yōu)勢：不僅能夠有效承載平臺(tái)載荷以確保機(jī)械裝置的使用壽命，其采用的球鉸連接機(jī)構(gòu)還可實(shí)現(xiàn)上下平板間的多角度調(diào)節(jié)功能，從而完美匹配人體踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)需求。在平臺(tái)承載重量與預(yù)期使用壽命的約束條件下，本研究首先通過力學(xué)計(jì)算確定滑動(dòng)套筒的載荷承受要求，進(jìn)而對其內(nèi)徑、外徑及長度等關(guān)鍵尺寸參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化選型?；谀湍ズ辖痄搩?yōu)異的耐磨性能和機(jī)械強(qiáng)度特性，本研究將其確定為套筒制造材料。此外，通過建立長期運(yùn)行工況下的受力磨損仿真模型，對滑動(dòng)套筒的耐久性能進(jìn)行了系統(tǒng)驗(yàn)證，以確保其滿足設(shè)計(jì)壽命指標(biāo)。機(jī)構(gòu)自由度特性研究：針對此并聯(lián)構(gòu)型，對其進(jìn)行自由度計(jì)算。在明確各參數(shù)物理意義的基礎(chǔ)上，通過理論推導(dǎo)獲得該機(jī)構(gòu)的自由度值為6，這一數(shù)值特征充分契合踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練過程中對多自由度運(yùn)動(dòng)的空間需求。其運(yùn)動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。圖3-2上運(yùn)動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)3.1.2旋轉(zhuǎn)臺(tái)傳動(dòng)分析及材料選擇本文采用基于電機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶輪旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，通過引入二級減速傳動(dòng)系統(tǒng)，在確保機(jī)構(gòu)運(yùn)行穩(wěn)定性的同時(shí)，顯著提升了運(yùn)動(dòng)控制的精度。優(yōu)勢在于能夠確保旋轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)高精度且平穩(wěn)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而有效滿足踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練過程中對旋轉(zhuǎn)動(dòng)作的各項(xiàng)技術(shù)要求。基于旋轉(zhuǎn)臺(tái)負(fù)載特性、目標(biāo)轉(zhuǎn)速及精度指標(biāo)要求，需對電機(jī)功率和扭矩等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行理論計(jì)算?？紤]到步進(jìn)電機(jī)具有優(yōu)異的步進(jìn)控制精度特性，故優(yōu)先選用該類型電機(jī)以滿足系統(tǒng)對旋轉(zhuǎn)精度的嚴(yán)格要求。在具體選型過程中，通過系統(tǒng)分析旋轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、摩擦阻力矩等機(jī)械特性參數(shù)，并結(jié)合電機(jī)性能曲線進(jìn)行匹配計(jì)算，最終確定最優(yōu)電機(jī)型號。為驗(yàn)證選型合理性，后續(xù)通過實(shí)測手段對旋轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性及定位精度等關(guān)鍵性能指標(biāo)進(jìn)行測試，從而確保所選電機(jī)完全符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求?；趥鲃?dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求，本文通過理論計(jì)算確定了帶輪的關(guān)鍵幾何參數(shù)，包括直徑尺寸等，其計(jì)算過程綜合考慮了電機(jī)額定轉(zhuǎn)速、旋轉(zhuǎn)臺(tái)工作轉(zhuǎn)速以及系統(tǒng)傳動(dòng)比等技術(shù)指標(biāo)。在材料選擇方面，采用高強(qiáng)度工程塑料作為帶輪制造材料，該材料具有質(zhì)量輕、機(jī)械強(qiáng)度適中以及傳動(dòng)噪聲低等顯著優(yōu)勢。為進(jìn)一步驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的可靠性，運(yùn)用數(shù)值模擬方法對旋轉(zhuǎn)臺(tái)在不同工況條件下的帶輪傳動(dòng)性能進(jìn)行了系統(tǒng)分析，重點(diǎn)考察了實(shí)際傳動(dòng)比與理論值的吻合度以及帶輪打滑等潛在問題，從而確保整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)完全符合預(yù)期的技術(shù)指標(biāo)要求。旋轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3-3所示。圖3-3旋轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)3.2上平臺(tái)傳動(dòng)計(jì)算（1）功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩（輸出軸）：功率（3-1）指代帶傳動(dòng)過程中的效率，對應(yīng)有：（3-2）轉(zhuǎn)速（3-3）轉(zhuǎn)矩（2）最小直徑（輸出軸）的確定：考慮到實(shí)際使用當(dāng)中的承載受力情況，材質(zhì)是45號鋼，調(diào)質(zhì)，。因此在這個(gè)基礎(chǔ)上還要考慮到鍵槽的存在，因此放大處理12%，選定A=110，因此：驅(qū)動(dòng)軸結(jié)構(gòu)選定直徑為。3.3帶的計(jì)算3.3.1帶輪設(shè)計(jì)確定帶輪基準(zhǔn)直徑：查表知道主動(dòng)輪的最小基準(zhǔn)直徑為：根據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑系列與實(shí)際情況，取計(jì)算從動(dòng)輪（大皮帶輪）的基準(zhǔn)直徑，取傳動(dòng)比為1:2：（3-4）根據(jù)基準(zhǔn)直徑系列，?。候?yàn)算帶的速度：（3-5）速度在

5-25m/s內(nèi)，合適。3.3.2帶的選擇計(jì)算確定設(shè)計(jì)功率，選取V帶類型：查表可得工作情況系數(shù)：，PC=KA×依據(jù)電機(jī)功率和轉(zhuǎn)速，所以選取普通A型V帶。確定普通V帶的基準(zhǔn)長度和傳動(dòng)中心距：根據(jù)0.7（dd1+dd2）≦a0≦2（dd1+dd2）初步確定中心距 0.7（30+50）=56mma02（50+30）=160mm要求工作平穩(wěn)，選取中心距a0=160mm。初算帶的基準(zhǔn)長度Ld：Ld‘≈2a=式中 Ld為帶的標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)長度； Ld’為帶的初算基準(zhǔn)長度；a0為初選中心距。帶的中心距離在一定范圍內(nèi)是可以調(diào)節(jié)的。同理旋轉(zhuǎn)平臺(tái)選擇相同的同步帶傳動(dòng)。3.4軸的選擇與校核3.4.1裝配方案軸是機(jī)械傳動(dòng)中非常重要的零件之一，其裝配方案需要考慮多種因素。以下是一些通用的軸裝配方案：清洗和涂油：在進(jìn)行軸裝配之前，應(yīng)該對所有相關(guān)零件進(jìn)行清洗和涂油處理，以確保組裝后的軸具有較高的精度和壽命。配合匹配：為了確保軸與其他部件之間的配合良好，必須對軸和配合零件進(jìn)行精確配合匹配。常用的配合類型包括滑動(dòng)配合、間隙配合、過盈配合等。確定軸向間隙：在軸裝配時(shí)，需考慮軸與其它配合部件的相對位置關(guān)系，以確定合適的軸向間隙。軸向間隙過小會(huì)導(dǎo)致軸無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而軸向間隙過大則會(huì)使得軸的支撐力不足。軸承安裝：軸承安裝的質(zhì)量直接影響到軸的使用壽命和穩(wěn)定性。應(yīng)該在裝配軸承時(shí)仔細(xì)查看其尺寸和質(zhì)量，并嚴(yán)格遵循軸承安裝規(guī)范。補(bǔ)償軸向位移：在某些情況下，運(yùn)轉(zhuǎn)的軸可能會(huì)因?yàn)楦鞣N原因而產(chǎn)生軸向位移?？梢酝ㄟ^調(diào)整軸承或增加補(bǔ)償墊來解決這個(gè)問題。軸向預(yù)緊量：當(dāng)軸需要承受較大的負(fù)載時(shí)，應(yīng)該在裝配完成后確定軸向預(yù)緊量，以確保軸具有更高的剛性和穩(wěn)定性。總之，在進(jìn)行軸的裝配時(shí)，需要考慮到多種因素，例如配合匹配、軸向間隙、軸承安裝、軸向預(yù)緊量等，以確保裝配出高質(zhì)量、高穩(wěn)定性和高壽命的軸。還需要通過各個(gè)部分的配合需求情況來確定軸段尺寸。3.4.2滾動(dòng)軸承分析之后發(fā)現(xiàn)軸向力是比較小的，因此軸承的類型采用的是深溝油軸承，在結(jié)合了現(xiàn)如今公開記載情況之后對應(yīng)是。型號在結(jié)合了現(xiàn)如今公開記載情況之后對應(yīng)是16006型號軸承，尺寸，軸承的定位是在軸肩以及擋圈作用下完成的，而外圈部分的定位是定距環(huán)結(jié)構(gòu)，分析之后確定，軸肩不能夠超過軸承內(nèi)圈尺寸。3.4.3周向定位軸還有大臂之間的連接是在鍵的作用下實(shí)現(xiàn)的，考慮到，平鍵尺寸在結(jié)合了現(xiàn)如今公開記載情況之后對應(yīng)是，銑刀完成鍵槽加工過程，長度是30mm。揉環(huán)在內(nèi)六角圓柱頭螺釘?shù)淖饔孟赂敵鲚S連接在一起，型號方面確定是M3。軸跟主動(dòng)臂之間的配合公差是H7n3.4.4圓角半徑軸端位置的倒角數(shù)值是。3.4.5載荷計(jì)算受力情況如圖3-4所示：圖3-4軸受力圖分析后存在：力矩分析（右端位置）：（3-8）運(yùn)算之后有：彎矩圖如圖3-5所示：圖3-5彎矩圖扭矩圖如圖3-6所示：圖3-6扭矩圖分析之后發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)截面是處于G,F1的位置。3.4.6強(qiáng)度校核在截面分析的基礎(chǔ)上，利用強(qiáng)度校核來判斷其是否滿足使用需求，在結(jié)合了現(xiàn)如今公開記載情況之后對應(yīng)是：（3-9）最短直徑位置的彎曲應(yīng)力在結(jié)合了現(xiàn)如今公開記載情況之后對應(yīng)是（3-10）扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力在結(jié)合了現(xiàn)如今公開記載情況之后對應(yīng)是（3-11）合應(yīng)力在結(jié)合了現(xiàn)如今公開記載情況之后對應(yīng)是：正常使用不存在問題。3.4.7疲勞強(qiáng)度校核分析之后存在：彎曲應(yīng)力幅在結(jié)合了現(xiàn)如今公開記載情況之后對應(yīng)是：彎曲平均應(yīng)力幅在結(jié)合了現(xiàn)如今公開記載情況之后對應(yīng)是：扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力幅和平均應(yīng)力幅在結(jié)合了現(xiàn)如今公開記載情況之后對應(yīng)是：τ（1）材質(zhì)基本力學(xué)參數(shù):材質(zhì)是45號鋼，調(diào)質(zhì)，，，材料特性系數(shù)在結(jié)合了現(xiàn)如今公開記載情況之后對應(yīng)是（2）效應(yīng)力集中系數(shù)和（考慮鍵槽存在）：在結(jié)合了現(xiàn)如今公開記載情況之后對應(yīng)是Bd1=935（3）有效應(yīng)力集中系數(shù)在結(jié)合了現(xiàn)如今公開記載情況之后對應(yīng)是。（4）尺寸系數(shù)在結(jié)合了現(xiàn)如今公開記載情況之后對應(yīng)是,扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)在結(jié)合了現(xiàn)如今公開記載情況之后對應(yīng)是。（5）表面系數(shù)在結(jié)合了現(xiàn)如今公開記載情況之后對應(yīng)是。（6）不進(jìn)行表面處理的話對應(yīng)有，綜合系數(shù)在結(jié)合了現(xiàn)如今公開記載情況之后對應(yīng)是：（3-12）（3-13）（7）安全系數(shù)：（3-14）（3-15）（3-16）存在安全系數(shù)S=1.8~2.5,,故安全系數(shù)滿足要求。3.5軸承校核16008型深溝球軸承在結(jié)合了現(xiàn)如今公開記載情況之后對應(yīng)是：，3.5.1當(dāng)量動(dòng)載荷：（3-17）上式中X——系數(shù)（徑向）Y——系數(shù)（軸向）——載荷系數(shù)，在結(jié)合了現(xiàn)如今公開記載情況之后對應(yīng)是分析之后有：相對軸向載荷，，在結(jié)合了現(xiàn)如今公開記載情況之后對應(yīng)是，故有：3.5.2軸承壽命：（3-18）球軸承在結(jié)合了現(xiàn)如今公開記載情況之后對應(yīng)是。溫度系數(shù)在結(jié)合了現(xiàn)如今公開記載情況之后對應(yīng)是。C——基本額定動(dòng)載荷，。因此有：3.6鍵的校核強(qiáng)度校核（擠壓應(yīng)力）：（3-19）其中T——轉(zhuǎn)矩，k——接觸高度（鍵槽跟鍵之間），l——工作長度，d——直徑，對應(yīng)有，故使用過程不存在問題。第4章踝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人的電機(jī)選型4踝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人的電機(jī)選型上平臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)選型本研究采用了一種由三個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的上平臺(tái)結(jié)構(gòu)，并額外配置了一個(gè)獨(dú)立電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)平臺(tái)，在此基礎(chǔ)上，現(xiàn)提出以下預(yù)設(shè)計(jì)算條件：承重最大重量：100kg最大瞬時(shí)加速度：0.3m/s2最大抬升速度為：0.1/s帶輪直徑選擇：小帶輪直徑12mm大帶輪直徑36mm最大力臂：200mm在同步抬升三臺(tái)電機(jī)的工況下，若假設(shè)系統(tǒng)負(fù)載均勻分配，則通過計(jì)算單臺(tái)電機(jī)的理論輸出力矩即可完成電機(jī)選型，該簡化計(jì)算方法基于等分載荷的基本假設(shè)。每臺(tái)電機(jī)所承受的力為30kg,所以根據(jù)牛頓第二定律F1式中m——每臺(tái)電機(jī)所承受的重量，kgA——最大瞬時(shí)加速度由所需的最大啟動(dòng)力為：（4-2）式中——單個(gè)電機(jī)承受的重量由帶輪直徑可知電機(jī)減速為：（4-3）式中d2——大帶輪直徑d1——小帶輪直徑電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為：（4-4）式中v——小帶輪線速度，v=0.3m/s電機(jī)功率：（4-5）估算電機(jī)最小功率：（4-6）式中——同步帶傳動(dòng)的機(jī)械效率，取0.92?！獫L動(dòng)軸承的機(jī)械效率，取0.98。電機(jī)轉(zhuǎn)矩計(jì)算：（4-7）旋轉(zhuǎn)平臺(tái)電機(jī)選型旋轉(zhuǎn)電機(jī)經(jīng)過了兩級減速，有兩級同步帶輪進(jìn)行減速：預(yù)設(shè)平臺(tái)最大承重：100kg最大力臂：120mm最大瞬時(shí)加速度：0.2m/s2最大速度：0.1m/s最小帶輪直徑d=10mm電機(jī)所需承受的力為：（4-8）電機(jī)轉(zhuǎn)速為：（4-9）式中v——小帶輪轉(zhuǎn)速1.2m/s估算電機(jī)最小功率：（4-10）計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)矩：（4-11）螺栓聯(lián)接受力分析在工程應(yīng)用中，螺紋聯(lián)接的失效模式呈現(xiàn)出顯著的載荷依賴性特征：靜載荷作用下主要體現(xiàn)為螺紋區(qū)的塑性形變或螺栓體的拉伸斷裂；交變載荷工況下則以螺栓的疲勞斷裂為主要失效機(jī)制；而對于承受橫向載荷的絞制孔用螺栓聯(lián)接系統(tǒng)，其典型失效形式包括螺栓桿的剪切斷裂以及桿件與連接孔接觸面發(fā)生的擠壓破壞現(xiàn)象。針對M12規(guī)格的10.9級普通螺栓，其屈服強(qiáng)度對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)擰緊力矩設(shè)定為120N·m。為提高螺紋連接結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與可靠性，需在裝配過程中施加預(yù)緊力，此舉可有效提升連接部位的剛性特征，抑制螺栓在載荷作用下的相對位移現(xiàn)象，同時(shí)顯著改善其防松性能。在裝配過程中施加的擰緊扳手力矩T主要承擔(dān)雙重作用：一方面需克服螺紋副間產(chǎn)生的阻力矩T1，另一方面還需抵消螺母與被連接件支撐面之間的摩擦力矩T2，該力矩參數(shù)可通過力矩扳手法進(jìn)行精確調(diào)控。公式：（4-12）在螺紋公稱直徑d=12mm的條件下，當(dāng)施加的擰緊力矩T達(dá)到120N·m時(shí)，根據(jù)擰緊力矩系數(shù)K與預(yù)緊力N之間的函數(shù)關(guān)系（如下表4-1所示），可建立相應(yīng)的力學(xué)模型。表4-1各種摩擦表面在有無潤滑下的K值摩擦表面狀態(tài)K值有潤滑無潤滑精加工表面0.10.12一般工表面0.13-0.150.18-0.21表面氧化0.20.24鍍鋅0.180.22粗加工表面-0.26-0.3上表查得，一般加工表面在無潤滑的情況下K=0.2。則預(yù)緊力：（4-13）在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩傳遞過程中，螺栓所承受的極限工作載荷主要源于系統(tǒng)輸出的最大轉(zhuǎn)矩，其數(shù)值達(dá)到850N·m，這一轉(zhuǎn)矩值直接決定了螺栓所受的最大工作載荷。螺栓的最大拉力：基于螺栓公稱應(yīng)力截面面積As=113.1mm2的測量結(jié)果，本研究對螺栓構(gòu)件在軸向載荷作用下的最大拉伸應(yīng)力特性進(jìn)行了分析。50910.716N/（113.110-6m2）=450.139MPa（4-14）根據(jù)第四強(qiáng)度理論，螺栓在預(yù)緊狀態(tài)下的計(jì)算應(yīng)力:（4-15）強(qiáng)度條件：（4-16）在確定螺栓預(yù)緊力時(shí)，需遵循材料屈服極限的約束條件，具體表現(xiàn)為預(yù)緊應(yīng)力應(yīng)嚴(yán)格控制在材料屈服極限80%的范圍內(nèi)，這一原則確保了螺紋連接件在擰緊過程中的安全性，故滿足強(qiáng)度要求。基于螺栓連接結(jié)構(gòu)的力學(xué)傳遞特性分析，通過理論計(jì)算將離合器花鍵軸的最大轉(zhuǎn)矩850N·m轉(zhuǎn)化為作用于單個(gè)螺栓的剪切載荷，其中轉(zhuǎn)矩傳遞機(jī)制主要依靠螺栓組與電機(jī)軸之間的剛性連接實(shí)現(xiàn)。（4-17）式中r=35mm由上計(jì)算分析可以得出10.9級M6的普通螺栓滿足應(yīng)力要求。河南理工大學(xué)鶴壁工程技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)第5章安全性剖析5安全性剖析5.1結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)5.1.1力學(xué)冗余及強(qiáng)度校核優(yōu)化踝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)在力學(xué)性能上不容小覷。其主體結(jié)構(gòu)采用6016系列鋁合金，我們通過力學(xué)計(jì)算，精準(zhǔn)把握它在不同工作狀況下的受力情形，進(jìn)而開展強(qiáng)度校核工作。像三立柱推桿、驅(qū)動(dòng)臂等關(guān)鍵部件，更是采用了冗余設(shè)計(jì)，特意留出一定的安全系數(shù)。打個(gè)比方，計(jì)算推桿承受壓力時(shí)，會(huì)充分考慮平臺(tái)滿載甚至意外過載的狀況，保證即便是在極端情形下，結(jié)構(gòu)也不會(huì)出現(xiàn)損壞。此外，還借助有限元分析等方法對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)一步強(qiáng)化其強(qiáng)度與穩(wěn)定性。5.1.2人體工學(xué)與防碰撞設(shè)計(jì)從人體工學(xué)的視角出發(fā)，康復(fù)機(jī)器人的外形和尺寸是依據(jù)人體踝關(guān)節(jié)及下肢的生理特點(diǎn)來規(guī)劃的。上運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的腳墊選用柔軟的橡膠材質(zhì)，它不僅具備減震吸震的功能，還能在患者腳部與平臺(tái)接觸時(shí)，給予舒適的緩沖。與此同時(shí)，機(jī)器人的整體構(gòu)造進(jìn)行了防碰撞設(shè)計(jì)，通過合理規(guī)劃運(yùn)動(dòng)空間，設(shè)置緩沖區(qū)域，有效避免在運(yùn)動(dòng)過程中與患者身體其他部位或者周圍物體發(fā)生碰撞。另外，機(jī)器人各部件的邊角都做了圓角處理，降低碰撞可能帶來的傷害。5.1.3結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，我們采用了模塊化設(shè)計(jì)思路，這樣方便安裝、拆卸與維護(hù)。各個(gè)模塊之間通過螺栓、銷釘?shù)冗B接件牢固連接，并且做了防松處理。對于關(guān)鍵連接部位，會(huì)定期進(jìn)行檢查和維護(hù)，確保長時(shí)間使用也不會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)、脫落等問題，切實(shí)保障結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性。此外，還對結(jié)構(gòu)的密封性進(jìn)行了設(shè)計(jì)，防止灰塵、水汽等進(jìn)入內(nèi)部，影響機(jī)械性能和電氣元件的正常運(yùn)作。5.2智能控制系統(tǒng)安全機(jī)制5.2.1閉環(huán)反饋與緊急制動(dòng)智能控制系統(tǒng)是保障機(jī)器人安全運(yùn)行的核心所在。通過安裝在機(jī)器人各個(gè)部位的傳感器，像角度傳感器、壓力傳感器等，實(shí)時(shí)收集運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)以及患者的狀態(tài)信息，構(gòu)建起閉環(huán)反饋系統(tǒng)。一旦檢測到異常，比如運(yùn)動(dòng)超出預(yù)先設(shè)定的范圍，或者患者受力過大等情況，系統(tǒng)會(huì)立刻觸發(fā)緊急制動(dòng)機(jī)制，切斷電機(jī)電源，讓機(jī)器人停止運(yùn)動(dòng)，避免對患者造成傷害。同時(shí)，系統(tǒng)還會(huì)記錄異常發(fā)生的時(shí)間、位置以及相關(guān)數(shù)據(jù)，方便后續(xù)分析和故障排查。5.2.2多模式安全切換與數(shù)據(jù)追溯康復(fù)機(jī)器人具備多種訓(xùn)練模式，包括被動(dòng)運(yùn)動(dòng)、主動(dòng)輔助運(yùn)動(dòng)、主動(dòng)運(yùn)動(dòng)等。在不同模式切換的過程中，控制系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行安全檢查，調(diào)整相關(guān)參數(shù)，確保切換過程平穩(wěn)、安全。而且，系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)記錄和存儲(chǔ)患者的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，涵蓋運(yùn)動(dòng)軌跡、受力狀況、訓(xùn)練時(shí)長等信息。這些數(shù)據(jù)既可供醫(yī)生評估患者的康復(fù)進(jìn)展，也便于在出現(xiàn)問題時(shí)追溯數(shù)據(jù)，查找原因并采取相應(yīng)的改進(jìn)舉措。5.3臨床使用安全規(guī)范5.3.1患者適配與風(fēng)險(xiǎn)評估在患者使用踝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人之前，要對患者進(jìn)行全面的身體檢查和適配評估。詳細(xì)了解患者的病史、受傷情況、身體狀況等信息，依據(jù)評估結(jié)果來判斷患者是否適合使用這款康復(fù)機(jī)器人，以及確定合適的訓(xùn)練方案。對于存在特殊情況的患者，比如患有嚴(yán)重心血管疾病、關(guān)節(jié)畸形等，要進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估，制定個(gè)性化的安全防護(hù)措施和訓(xùn)練計(jì)劃，確?；颊咴诳祻?fù)訓(xùn)練過程中的安全。5.3.2醫(yī)護(hù)人員操作培訓(xùn)對使用踝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人的醫(yī)護(hù)人員開展專業(yè)培訓(xùn)，讓他們熟悉機(jī)器人的結(jié)構(gòu)、工作原理、操作方法以及安全注意事項(xiàng)。培訓(xùn)內(nèi)容包括正常操作流程、緊急情況處理、故障排查等方面。通過理論學(xué)習(xí)和實(shí)際操作演練，確保醫(yī)護(hù)人員能夠熟練、正確地操作機(jī)器人，在遇到問題時(shí)能夠及時(shí)、有效地采取措施，保障患者的安全和康復(fù)訓(xùn)練的順利開展。5.4安全標(biāo)準(zhǔn)與認(rèn)證我們嚴(yán)格依照相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范，對踝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造和檢驗(yàn)。積極申請相關(guān)的安全認(rèn)證，比如醫(yī)療器械認(rèn)證等，確保機(jī)器人在安全、性能等方面都符合要求。通過獲取權(quán)威認(rèn)證，來證明機(jī)器人的安全性和可靠性，為其在臨床應(yīng)用中的推廣和使用提供有力保障。河南理工大學(xué)鶴壁工程技術(shù)學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)結(jié)論本文對于踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練裝置的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，核心在于研發(fā)一種能夠?yàn)榕R床踝關(guān)節(jié)功能恢復(fù)提供有效輔助的治療設(shè)備。本研究在緒論章節(jié)系統(tǒng)闡述了踝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人研發(fā)的課題背景及其臨床價(jià)值，著重指出人口老齡化背景下日益增長的康復(fù)需求賦予該研究顯著的社會(huì)意義。通過全面梳理國內(nèi)外康復(fù)機(jī)器人領(lǐng)域的研究進(jìn)展，深入剖析了現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)勢與局限性，從而為后續(xù)設(shè)計(jì)方案的制定提供了明確的理論依據(jù)，并在此基礎(chǔ)上確立了本文的研究內(nèi)容?；邗钻P(guān)節(jié)康復(fù)的醫(yī)學(xué)需求，本文首先對踝關(guān)節(jié)生物力學(xué)特性進(jìn)行簡化建模，進(jìn)而確立康復(fù)機(jī)器人的核心功能指標(biāo)。在總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，系統(tǒng)完成了包括上運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)在內(nèi)的關(guān)鍵機(jī)械構(gòu)型設(shè)計(jì)，并通過優(yōu)化傳動(dòng)系統(tǒng)方案，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制的高精度與高穩(wěn)定性。機(jī)器人系統(tǒng)的整體性能在很大程度上取決于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的合理性，為此需要綜合考慮運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)和負(fù)載特性來優(yōu)化上平臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)及旋轉(zhuǎn)平臺(tái)電機(jī)的配置方案。同時(shí)，為確保機(jī)械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定運(yùn)行，必須對關(guān)鍵連接部件進(jìn)行詳細(xì)的力學(xué)特性分析，從而驗(yàn)證其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足安全性與可靠性要求?；谏鲜龇治?，本文成功構(gòu)建了一套踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。該設(shè)計(jì)方案不僅具備顯著的學(xué)術(shù)理論意義，同時(shí)為踝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人的工程化應(yīng)用奠定了實(shí)踐基礎(chǔ)。后續(xù)研究可在現(xiàn)有成果基礎(chǔ)上持續(xù)改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，通過性能優(yōu)化進(jìn)一步提升康復(fù)效果，從而為踝關(guān)節(jié)康復(fù)治療領(lǐng)