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摘要下肢康复机构能够有效地完成下肢损伤患者的肢体康复训练任务，对提高患者生活质量、促进家庭和睦具有重要的实际意义。变刚度关节作为下肢康复机构的重要组成部分，能够提高人体下肢在康复过程中的安全性，同时具有节省能量、输出柔性力矩等优势。下肢康复机构为课题组项目中一款安装于爬楼轮椅平台上的康复机构，该机构能够在患者乘坐轮椅时进行下肢的康复训练，通过结合轮椅上的座椅位姿调节机构共同完成下肢关节的康复训练。下肢康复机构在进行肢体康复过程中需要与人体协作，按照人体下肢在不同康复时期的运动能力，调节机构运动轨迹以完成康复训练任务。为避免人体下肢在康复过程中受到二次损伤，并满足关节旋转角度、扭矩的变化要求，基于通口本体设计方法，设计出一种新型变刚度关节，以提高下肢康复机构对肢体进行训练时的安全性及可靠性。课题主要从以下几个方面进行研究：<br>　　（1）简述通口本体设计方法，建立人体膝关节肌肉骨骼模型，分析膝关节刚度变化特性及通口属性；将人体关节中通口的功能属性与机械关节相匹配，并对机械变刚度关节的功能及通口属性进行分析，得到多个变刚度关节方案；通过建立人体坐标系获取人体关节运动参数，结合下肢康复机构工作过程中对变刚度关节的运动要求，利用模糊层次分析法对多个变刚度关节方案进行了评价，从而选出一个最优方案。<br>　　（2）提出一种新型变刚度关节，对关节变刚度原理进行分析，结合下肢康复机构康复训练要求及阿基米德螺线变化特性，建立关节变力矩输出模型，得到关节输出扭矩及刚度的变化规律。构建关节三维模型，分析关节输出力矩调节方式及重要组成部分的设计过程，并对弹性元件进行设计校核。<br>　　（3）对建立的数学模型进行理论仿真，并分析关节输出扭矩及刚度变化特性；利用有限元分析软件，对片簧的设计校核进行验证；基于Adams软件，利用设计完成的关节三维模型，搭建仿真实验平台。通过仿真实验得到关节输出扭矩特性，并与理论分析对比，同时对关节进行位置跟随仿真实验，判断负载作用下关节运动的稳定性，验证变刚度关节方案的可行性及合理性。