基于肌肉-肌腱简化模型的串联式步态矫形器驱动参数设计与仿真

关键词：膝内翻治疗  步态矫形器  驱动参数设计

摘要：

      摘要 目的：为满足膝内翻患者康复训练的多样化需求，提出了一种针对矢状面和冠状面进行矫正的串联机构形式的步态矫形器；考虑到患者的个体差异性较大，提出一种统一的数学模型，用于计算患者在康复运动中所需的矫正力，以实现对膝内翻内倾角的有效矫正。 方法：利用OPENSIM软件对人体下肢运动的极限角度进行仿真，求取机构的运动学逆解；对人体下肢肌肉-肌腱间的作用力模型进行简化，建立关于矫正膝内翻内倾角所需矫正力的数学模型，通过数学模型推导康复机构的最佳驱动参数；推导求解了各机构关键部件的运动方程，绘制了各部件相应的运动轨迹。利用ANSYS建立了机构动力学模型，确保机构对康复运动的执行能力，以避免因运动不规范导致对患者的二次伤害。 结果：将仿真结果与所求解的理论运动轨迹对比，机构各部件运动稳定性与同步性较好，在最大负载34kg时，大腿部分在X、Y、Z三个方向上加速度的最大均方根误差为1.88mm/S2，误差率1.2%；小腿部分最大均方误差为4.1mm/S2，误差率5.7%；滑块部分最大均方误差为6.70mm/S2，误差率6.7%。 结论：验证了所给出的矫形器机构在治疗过程中运动的可执行性，对于临床上纠正膝内翻内倾角具有一定的理论意义和工程应用价值。

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