5、康复机器人与膝关节假体的创新设计与研究

康复机器人与膝关节假体的创新设计与研究

1. ParReEx - 肘部康复机器人的设计与分析

1.1 设计背景与目标

ParReEx - 肘部机器人系统最初是为中风后上肢受损患者的康复而设计的。初步临床测试表明，它还可用于改善其他神经运动障碍患者（包括臂丛神经损伤患者）的健康状况。此次新设计是基于临床试验中收集的实验数据进行的，旨在解决q1电机偶尔卡顿、减少ABS组件大弹性带来的脆弱感以及提升双手操作功能等问题。

1.2 分析方法与过程

• 结构分析 ：从结构角度对新设计进行分析，检查其元件是否有显著变形。通过西门子NX Pre/Post模块进行有限元分析（FEM），施加以下静态载荷：在符合人体工程学的手柄上施加5N的力，在手部支撑处施加100N的力，在前臂支撑处施加10N的力，所有力均沿OZ轴（与重力相反）施加。对于一名90kg男性，前臂最大重量为1.5kg，手部最大重量为0.585kg。
• 动态分析 ：引入摩擦系数（根据使用的材料对，聚酰胺 - 钢的动摩擦系数μdynamic = 0.04），以研究两个电机是否能够有效地驱动新设计。

1.3 分析结果

• 有限元分析结果 ：结果显示最大位移小于1mm，完全满足设计要求。
• 动态分析结果 ：q1电机模拟的平均扭矩值为4Nm，q2电机为11.7Nm。

1.4 模拟参数与电机特性