【摘要】：手是人類探索自然奧秘最重要的工具,手部運(yùn)動(dòng)障礙會(huì)極大的影響人們的生活,針對(duì)目前手部康復(fù)治療設(shè)備存在的諸多問(wèn)題,本文設(shè)計(jì)研發(fā)了用于幫助手部運(yùn)動(dòng)障礙患者康復(fù)的外骨骼康復(fù)機(jī)械手,使患者的手指能夠在外骨骼機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下進(jìn)行被動(dòng)的屈曲和伸展訓(xùn)練,旨在幫助患者保持肌肉力量、防止肌肉萎縮,最終促進(jìn)手部運(yùn)動(dòng)神經(jīng)系統(tǒng)的康復(fù)。本文在國(guó)內(nèi)外研究的基礎(chǔ)上對(duì)外骨骼康復(fù)機(jī)械手進(jìn)行了如下的研究工作：①本文首先研究分析了人手骨骼和關(guān)節(jié)的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)特點(diǎn),提出了手部骨骼的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)模型,并建立了示指的正運(yùn)動(dòng)學(xué)和逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模型；②根據(jù)人手解剖學(xué)結(jié)構(gòu)以及肌肉肌腱的生物力學(xué)特性,建立了示指的骨骼肌肉肌腱動(dòng)力學(xué)模型；③出于對(duì)外骨骼機(jī)械手安全性的考慮,本文在示指運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上提出一種外骨骼欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),根據(jù)手指指尖運(yùn)動(dòng)軌跡測(cè)量實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)以及相關(guān)國(guó)家人體尺寸標(biāo)準(zhǔn),最終設(shè)計(jì)計(jì)算了外骨骼康復(fù)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)尺寸并建立了其虛擬樣機(jī)模型；④利用多體動(dòng)力學(xué)分析軟件ADAMS對(duì)外骨骼康復(fù)機(jī)械手虛擬樣機(jī)模型和骨骼肌肉肌腱動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了聯(lián)合仿真分析,詳細(xì)分析了外骨骼康復(fù)機(jī)械手在不同運(yùn)動(dòng)模式下外骨骼與人體肌肉肌腱之間的相互作用情況,分析了不同運(yùn)動(dòng)模式對(duì)手指肌肉訓(xùn)練強(qiáng)度的影響；⑤在外骨骼康復(fù)機(jī)械手虛擬樣機(jī)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)制作了其物理樣機(jī)模型,物理樣機(jī)模型主要包括機(jī)械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。外骨骼康復(fù)機(jī)械手的控制系統(tǒng)又分為下位機(jī)控制系統(tǒng)和上位機(jī)測(cè)控系統(tǒng),下位機(jī)控制系統(tǒng)的核心處理器采用飛思卡爾公司生產(chǎn)的16位單片機(jī)MC9S12XS128,主要負(fù)責(zé)控制外骨骼機(jī)械手各個(gè)驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng),負(fù)責(zé)檢測(cè)外骨骼康復(fù)機(jī)械手?jǐn)?shù)據(jù)手套的傳感器信號(hào),還負(fù)責(zé)與PC上位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。外骨骼康復(fù)機(jī)械手上位機(jī)測(cè)控系統(tǒng)利用美國(guó)NI公司的LabVIEW編寫(xiě)程序和界面,上位機(jī)測(cè)控系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)控制、接收、顯示和存儲(chǔ)下位機(jī)發(fā)送來(lái)的傳感器數(shù)據(jù),上位機(jī)測(cè)控系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的重要平臺(tái)；⑥開(kāi)展了外骨骼康復(fù)機(jī)械手的實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與虛擬樣機(jī)仿真結(jié)果較為接近,驗(yàn)證了虛擬樣機(jī)模型和外骨骼康復(fù)機(jī)械手設(shè)計(jì)的正確性,此外,也發(fā)現(xiàn)了外骨骼機(jī)械手存在的一些設(shè)計(jì)問(wèn)題,根據(jù)實(shí)驗(yàn)和仿真的數(shù)據(jù)分析了問(wèn)題的原因,為今后外骨骼康復(fù)機(jī)械手的進(jìn)一步研究改進(jìn)提供了依據(jù)。
【圖文】：

腿膝蓋Ｗ下（包括膝蓋）的部位，下肢傷殘的患者中大約９０％術(shù)后將要面臨截肢逡逑的不幸。上肢傷殘的患者大多因?yàn)椴僮鳈C(jī)器時(shí)不慎被機(jī)器卷入，造成上肢截肢或逡逑者偏痛，圖１．１位其中一位患者的受傷手臂。逡逑＇邐＊邐４逡逑．＇．Ｖ逡逑圖１．１上巧神經(jīng)系統(tǒng)損傷逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｕｐｐｅｒ邋ｌｉｍｂ邋ｎｅｕｒｏｌｏｇｉｃａｌ邋ｄａｍａｇｅ逡逑該患者雖然保住了手臂，但仍然存在大面積的骨折，造成手和手臂神經(jīng)系統(tǒng)逡逑的嚴(yán)重?fù)p傷。該患者剛做完手術(shù)，手臂上使用鋼條進(jìn)行固定，幫助斷裂的骨頭自逡逑我修復(fù)，患者的手部呈現(xiàn)屈曲狀態(tài)，不能自主的控制手指的伸展和彎曲，，患者感逡逑覺(jué)手臂和手的皮膚仿佛。賣(mài)厚＂了，如同帶了手套一般，患者不能跟隨自己的意識(shí)逡逑進(jìn)行動(dòng)作，這種病因是由于手臂的神經(jīng)系統(tǒng)損傷，大腦發(fā)出的生物電信號(hào)不能傳逡逑４逡逑

Ｆｉｇ．邋１．２邋ｓＥＭＧ邋Ｂｉｏ邋ｆｅｅｄｂａｃｋ邋ＦＥＳＰｉ］逡逑功能電刺激室主要采用一臺(tái)生物反饋功能電刺激儀（ｓＥＭＧ邋Ｂｉｏｆｅｅｄｂａｃｋ邋ＦＥＳ）逡逑進(jìn)行治療，如圖１．２所示。逡逑＾

本文編號(hào)：2563147