摘要

康复训练机器人的主要功能是帮助患者完成各种运动功能的恢复训练，该类产品有行走训练、手臂运动训练、脊椎运动训练等。康复机器人有两种：辅助型康复机器人和康复训练机器人。辅助型康复机器人主要是帮助肢体运动有困难的患者完成各种动作，该类产品有机器人轮椅、机器人护士、机器人假肢、机械外骨骼等。

康复机器人是康复医学和机器人技术的完美结合，康复机器人技术在欧美等国家得到了科研工作者和医疗机构的普遍重视，许多研究机构都开展了有关的研究工作，近年来取得了一些有价值的成果。对于中风、偏瘫、下肢运动机能损伤等患者来说，脚踝康复机构有着很好的治疗效果。从踝关节康复理论分析可知，踝关节共涉及伸屈、内外翻、内外旋三个自由度，最主要的是伸屈、内外翻两个自由度，也是决定患者是否康复的最主要的两种运动。而现存的踝关节康复机构，大多只能锻炼踝关节伸屈这一个自由度，不利于患者的全面康复。

从图中可知，第一种方案，用一对大锥齿轮完成传动，第二种方案，用一对直齿轮和一对小锥齿轮代替一对大的锥齿轮。综合比较利弊，择优选择，最终决定选用第二种传动方案，以减小空间尺寸，减轻机构重量。

关键词：康复训练机器人，锥齿轮，脚踝康复机构

ABSTRACT

The main function of rehabilitation training robot is to help patients complete recovery training various motor function, these products have a walking training, sports training arm, spine sports training. There are two rehabilitation robot: robot-assisted rehabilitation and rehabilitation robots. Robot-assisted rehabilitation is to help patients with limb movement difficult to complete a variety of actions, such products are wheelchair robots, robot nurses, prosthetic robot, mechanical exoskeleton like.

Rehabilitation robot is the perfect combination of medical rehabilitation and robotics, rehabilitation robotics in Europe and other countries have received widespread attention researchers and medical institutions, many research institutions have carried out relevant research work in recent years has made some valuable results. For patients with stroke, paralysis, lower limb motor function injury, the ankle rehabilitation agencies have a very good therapeutic effect. The two most important from ankle rehabilitation theory analysis, involving a total of ankle flexion, varus, internal and external rotation three degrees of freedom, the most important is flexion, varus two degrees of freedom, in determining whether the patient rehabilitation movement. The existing ankle rehabilitation institutions, most of them only ankle flexion exercise a degree of freedom that is not conducive to a comprehensive rehabilitation of patients.

From the figure, the first option, with a pair of bevel gear transmission is completed, the second solution, using a pair of spur gear and a pair of small bevel gear instead of a pair of bevel gears. Comprehensive comparison of the pros and cons, choose the best, and ultimately decided to use the second transmission scheme to reduce the size of the space, reduce body weight.

Keywords: rehabilitation robotics, bevel gear, ankle rehabilitation agencies                 

目  录

第1章 绪论

1.1 国内外研究现状

1.2 本课题研究的内容及方法

1.2.1主要的研究内容

1.2.2设计要求

第2章  脚踝康复机构方案的设计

第3章 踝关节康复机构的结构设计

3.1电机驱动和减速器的选择

3.1.1踝关节运动角度和摆动速度

3.1.2电机、减速器的选择

3.2设计系统尺寸

3.2.1确定脚踏板和框架尺寸

3.2.2确定传动方杆尺寸

3.2.3确定系统的尺寸图

3.3 齿轮设计与计算

3.4 轴的设计与计算

3.4.1 输入轴的设计与计算

3.4.2 中间轴的设计与计算

3.4.3 输出轴的设计与计算

3.5 轴承的校核

3.5.1 输入轴上轴承寿命计算

3.5.2 中间轴上轴承寿命计算

3.5.3 输出轴上轴承寿命计算

3.6 键的选择和校核

3.6.1 键的选择

3.6.2 键的校核

第4章 机架的设计

4.1对机架结构的基本要求

4.2机架的结构

4.3横梁设计

4.4机架的基本尺寸的确定

4.5主要梁的强度校核

结论

参考文献

致 谢

第1章 绪论

1.1 国内外研究现状

国内外许多研究机构都在这方面取得了不错的研究结果。脚踝康复机构发展主要经历了几个阶段。由早期的简单步行训练机发展到现在功能丰富、符合人体运动机理的脚踝康复机构。早期发展的下肢康复训练系统是借助于跑步机、悬吊系统等帮助患者进行运动训练，此种产品结构简单、价格便宜，但训练过程中必须有专业人员的帮助，而且并不符合人体运动机理，还不能称为康复训练机器人，只能是一种半自动的康复训练机械，它的功能单一、价格便宜，而且需要在专业护理人员的帮助下进行康复训练，这种机械对下肢病情比较轻的病人较合适。

康复训练机器人的主要功能是帮助患者完成各种运动功能的恢复训练，该类产品有行走训练、手臂运动训练、脊椎运动训练等。康复机器人有两种：辅助型康复机器人和康复训练机器人。辅助型康复机器人主要是帮助肢体运动有困难的患者完成各种动作，该类产品有机器人轮椅、机器人护士、机器人假肢、机械外骨骼等。

康复机器人是康复医学和机器人技术的完美结合，康复机器人技术在欧美等国家得到了科研工作者和医疗机构的普遍重视，许多研究机构都开展了有关的研究工作，近年来取得了一些有价值的成果。对于中风、偏瘫、下肢运动机能损伤等患者来说，脚踝康复机构有着很好的治疗效果。

1.2 本课题研究的内容及方法

1.2.1主要的研究内容

在查阅了国内外大量的有关脚踝康复机构设计理论及相关知识的资料和文献基础上，综合考虑脚踝康复机构结构特点、具体作业任务特点以及脚踝康复机构的推广应用，分析确定使用脚踝康复机构实现自动化目的。

为了实现上述目标，本文拟进行的研究内容如下:

1  根据现场作业的环境要求本身的结构特点，确定康复机器人整体设计方案。

2  确定康复机器人的性能参数，对初步模型进行静力学分析，根据实际情况选择电机。

3  从所要功能的实现出发，完成康复机器人各零部件的结构设计；

4  完成主要零部件强度与刚度校核。

1.2.2设计要求

1  根据所要实现的功能，提出康复机器人的整体设计方案；

2  完成康复机器人结构的详细设计；

3  通过相关设计计算，完成电机选型；

4  完成结构的设计总装配图、主要零件图。

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