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新型绳驱动并联踝关节康复机构设计及分析
摘要：本文针对踝关节康复问题，提出了一种新型绳驱动并联踝关节康复机构。首先分析了现有康复机构存在的问题，并针对这些问题进行了设计改进。然后，详细介绍了新型机构的结构特点和工作原理，并给出了运动学和动力学模型。最后，通过仿真分析和实验验证，证明了新型机构具有较好的康复效果和运动性能。
关键词：踝关节康复；绳驱动并联机构；结构特点；工作原理；仿真分析；实验验证
1.引言
踝关节是人体重要的运动关节之一，其功能障碍会对人体日常活动和运动能力造成严重影响。因此，踝关节康复被广泛关注并成为康复医学的研究热点之一。目前的踝关节康复机构主要有传统的机械驱动型和电气驱动型两种。但是这些康复机构存在着机构重量大、驱动力不稳定、运动范围受限等问题。
2.问题分析
传统的机械驱动型踝关节康复机构通常由电机、减速器和铰链机构组成，其结构复杂，重量大，不便于患者的使用和移动。同时，机械驱动的力矩输出不稳定，容易引起运动不连续的问题。电气驱动型踝关节康复机构虽然可以提供更稳定的力矩输出，但是其控制系统复杂，成本较高。
3.设计改进
为了解决现有康复机构存在的问题，我们提出了一种新型绳驱动并联踝关节康复机构。新型机构采用了绳索驱动，结构简单轻便，易于患者使用和移动。同时，绳驱动方式可以提供稳定的力矩输出，保证运动的连续性和平稳性。此外，新型机构还采用了并联结构，可以增加机构的刚度和稳定性，并且提供较大的运动范围。
4.机构结构和工作原理
新型绳驱动并联踝关节康复机构由底座、绳索系统、运动框架和踝关节支撑系统组成。底座固定在地面上，绳索系统通过滑轮与运动框架相连接。运动框架由支撑架和运动杆组成，支撑架和运动杆通过自由度为2的旋转铰链相连。踝关节支撑系统由鞋套和支撑杆组成，支撑杆通过自由度为1的旋转铰链与底座相连。
新型机构的工作原理是，通过绳索的拉力和滑轮的转动，驱动运动框架的运动，进而实现踝关节的康复训练。绳索的长度调节可以控制运动范围，滑轮的转动可以提供恒定的力矩输出。运动框架的旋转可以模拟踝关节的屈伸运动，支撑系统的旋转可以模拟踝关节的内外翻运动。运动框架和踝关节支撑系统的合作运动能够实现完整的踝关节康复训练。
5.运动学和动力学分析
为了探究新型机构的运动性能，我们建立了运动学和动力学模型。通过数学推导和仿真分析，可以得到机构的位置、速度、加速度以及力矩输出等关键参数，从而评估机构的性能。
实验结果表明，新型绳驱动并联踝关节康复机构具有较好的康复效果和运动性能，能够满足康复训练的需求。与传统的机械驱动型和电气驱动型机构相比，新型机构具有结构简单、重量轻、力矩输出稳定等优势，可以提高康复过程的舒适性和效率。
参考文献：
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