基于MATLAB的膝关节康复机器人的运动学分析及仿真

2.2现有机构控制系统分析
理论具有重要价值。下肢康复机器人技术转化为机器人产品，对
现有机构的控制系统由伺服电机、控制器、驱动器、电源组 于提高患者的康复质量、减轻社会负担具有重要意义。
成。电机固定在人体支撑组件上并与曲柄摇杆机构相连，通过电
参考文献：
机提供动力，通过控制器对电机转速的控制进而控制摇杆的旋
究康复机器人的控制系统提供必要的理论依据和参数。
1正常青年人步态运动学分析及仿真
1.1正常青年人步态运动学分析
[4]
表 1正常步态周期内膝关节角度变化值
站立期
摆动期
足跟 脚掌 支撑 着地 着地 中期
足跟 加速器
离地
摆动 中期
减速期
膝
关伸 屈 屈
伸屈
屈
屈
节
0° 15° 15°~0° 0° 35°~60° 60°~30° 30°~0°
[3]
摆脱病残折磨，是康复工作者工作的重点 。然而，下肢瘫痪者人
仿真图如下：
数众多，康复医师相对缺乏，传统疗法自动化水平低、效率差，进
膝关节角度 /°
口康复设备价格太高……诸多问题使得研制性价比高的康复机
器人这项工作变得迫在眉睫。有关研究表明，膝关节在人体日常
活动中起着非常重要的作用，对膝关节进行康复训练有助于患
[3]车玉莹.脑卒中肢体功能康复现状研讨[J].中国健康月刊:
3结论
学术版,2016.
本文通过对正常青年人的一g6uyw
通过查阅相关论文资料，得到正常青年人在一个步态周期内不 2f=cp.2018.
2
2
步态周期 /% 图 2一个步行周期内的膝关节角速度变化图
膝关节角加速度 /[*（100/1.1）]°/s 膝关节角加速度 /[*（100/1.1）]°/s
作者简介：尚芳，女，1997年出生，山西省阳泉市人，吉林农业科 技学院机械与土木工程学院 2016级机械设计制造及其自动化 专业学生。 通讯作者：常影，女，1988年出生，吉林省长春市人，博士研究生， 讲师，研究方向：农机设计、模具设计、康复机器人及逆向建模等。 基金项目：吉林省大学生科技创新创业项目（吉农院合字[2018] 第 2018072号）。
数量的增加以及社会老龄化的趋势，康复行业发展也变得十分
通过对所得数据进行分析和计算，利用 MATLAB进行编程，
紧迫。而患者生存质量直接关系到肢体功能恢复的程度。如何运 并绘出一个步态周期内的膝关节角度变化图如图 1、角速度变化
用现代先进康复治疗技术，改善患者肢体运动功能，使患者尽快 图如图 2、角加速度变化图如图 3。
[1]颜庆.下肢康复机器人控制及实验研究[D].哈尔滨工程大
转角度和速度。
学,2004.
本文通过对正常青年人步态运动规律的分析，即可为控制
[2]王志强.站立康复功能辅助机器人系统的控制及其关键技
器提供必要的理论依据和参数，使得康复机器人更人性化，有效 术研究[D].哈尔滨工业大学,2014.
加快患者康复速度。
步态周期 /% 图 3一个步态周期内的膝关节角加速度变化图
年第 期

河北
机电·教育·推广
HEBEINONGJI
农机
2膝关节康复机器人运动学分析
的膝关节运动角度数据进行分析和计算，得到对应时刻膝关节
2.1现有机构运动原理分析
的运动角速度及角加速度，最终绘出一个步态周期内膝关节的
膝关节康复机器人机构由大腿杆、曲柄摇杆机构、小腿杆、 角度、角速度、角加速度变化图。
4结论及意义
但是现在，随着互联网的发展和社交网络的大众化，用户会在网
通过上面的分析可以看到，全渠道营销在农机行业是值得
上社区发表自己的看法，会通过社交媒体来表达自己对产品的 尝试而且是有意义的，虽然目前农机行业还没有全渠道营销的
电机控制系统、人体支撑组件五部分。其中，曲柄摇杆机构由三
本文所做的研究对现有康复机器人机构（曲柄摇杆机构）需
杆机构组成，分别为曲柄、摇杆、连接杆。通过电机带动使曲柄旋 具备的运动规律及伺服控制器的参数设置提供了理论依据和数
转从而带动摇杆实现一定角度的旋转。
据基础。对于跟踪机器人国际前沿技术、完善和发展康复机器人
站立、步行和上下楼梯是人体日常生活中重复较多的活动。然 膝关节屈曲，站立相中期再度伸展，随后膝关节再度屈曲，并在
而，对于下肢瘫痪、肌肉或脊髓受伤的患者和下肢肌肉无力的老 迈步相早期达到了高峰，这时膝关节屈曲角度达到 60度。
[2]
年患者来说，这是无法完成的 。近年来，随着下肢运动障碍患者
1.2正常青年人步态运动学仿真
河摘 要：近年来，随着下肢运动障碍患者逐年增多以及社会老龄化的趋势，康复行业发展变得十分紧迫。本文在原有下 肢康复训练机构（曲柄摇杆机构）的基础上，通过研究正常青年人步态下的膝关节运动规律，并利用 MATLAB进行运动学 仿真，得到一个正常青年人在步态下膝关节的运动角度、角速度及角加速度在一个步行周期内的变化关系图，为康复机器人 控制系统的研究提供必要的理论依据和参数。
同时刻的膝关节运动角度变化数值。利用 MATLAB对收集得到

（上接 34页）感。在过去用户一方面在后续的购买中继续选购同 护”用户给予线下的认可和支持。
一品牌，另外一方面则会向周边的亲朋好友推荐所购买的产品。
者肢体运动功能的恢复。
本文在原有下肢康复训练机构（曲柄摇杆机构）的基础上，
通过研究正常青年人步态下的膝关节运动规律并利用 MATLAB
2
进行运动学仿真，得到一个正常青年人在步态下膝关节的运动
步态周期 /%
角度、角速度及角加速度在一个步行周期内的变化关系图。为研
图 1一个步行周期内的膝关节角度变化图
2
关键词：膝关节；步态运动；MATLAB
基于 MATLAB的
膝关节康复机器人的运动学分析及仿真
吉林农业科技学院机械与土木工程学院 尚芳 常影 刘大瑞 华智聪 刘闯 刘聪
引言
在一个步态周期中，膝关节出现了两次屈曲和伸展。足跟
[1]
康复训练机器人技术是机器人技术在医学领域的新应用 。 着地前即迈步相末期，下肢伸展进入站立相早期后小幅屈曲，即