【摘要】：手是人類探索自然奧秘最重要的工具,手部運動障礙會極大的影響人們的生活,針對目前手部康復治療設(shè)備存在的諸多問題,本文設(shè)計研發(fā)了用于幫助手部運動障礙患者康復的外骨骼康復機械手,使患者的手指能夠在外骨骼機構(gòu)的帶動下進行被動的屈曲和伸展訓練,旨在幫助患者保持肌肉力量、防止肌肉萎縮,最終促進手部運動神經(jīng)系統(tǒng)的康復。本文在國內(nèi)外研究的基礎(chǔ)上對外骨骼康復機械手進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)的解剖學結(jié)構(gòu)及其運動特點,提出了手部骨骼的機構(gòu)運動模型,并建立了示指的正運動學和逆運動學模型；②根據(jù)人手解剖學結(jié)構(gòu)以及肌肉肌腱的生物力學特性,建立了示指的骨骼肌肉肌腱動力學模型；③出于對外骨骼機械手安全性的考慮,本文在示指運動學和動力學模型的基礎(chǔ)上提出一種外骨骼欠驅(qū)動機構(gòu),根據(jù)手指指尖運動軌跡測量實驗的數(shù)據(jù)以及相關(guān)國家人體尺寸標準,最終設(shè)計計算了外骨骼康復機械手的結(jié)構(gòu)尺寸并建立了其虛擬樣機模型；④利用多體動力學分析軟件ADAMS對外骨骼康復機械手虛擬樣機模型和骨骼肌肉肌腱動力學模型進行了聯(lián)合仿真分析,詳細分析了外骨骼康復機械手在不同運動模式下外骨骼與人體肌肉肌腱之間的相互作用情況,分析了不同運動模式對手指肌肉訓練強度的影響；⑤在外骨骼康復機械手虛擬樣機的基礎(chǔ)上設(shè)計制作了其物理樣機模型,物理樣機模型主要包括機械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。外骨骼康復機械手的控制系統(tǒng)又分為下位機控制系統(tǒng)和上位機測控系統(tǒng),下位機控制系統(tǒng)的核心處理器采用飛思卡爾公司生產(chǎn)的16位單片機MC9S12XS128,主要負責控制外骨骼機械手各個驅(qū)動器的運動,負責檢測外骨骼康復機械手數(shù)據(jù)手套的傳感器信號,還負責與PC上位機系統(tǒng)進行實時通信。外骨骼康復機械手上位機測控系統(tǒng)利用美國NI公司的LabVIEW編寫程序和界面,上位機測控系統(tǒng)主要負責實時控制、接收、顯示和存儲下位機發(fā)送來的傳感器數(shù)據(jù),上位機測控系統(tǒng)是實現(xiàn)人機交互的重要平臺；⑥開展了外骨骼康復機械手的實驗研究。實驗結(jié)果與虛擬樣機仿真結(jié)果較為接近,驗證了虛擬樣機模型和外骨骼康復機械手設(shè)計的正確性,此外,也發(fā)現(xiàn)了外骨骼機械手存在的一些設(shè)計問題,根據(jù)實驗和仿真的數(shù)據(jù)分析了問題的原因,為今后外骨骼康復機械手的進一步研究改進提供了依據(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為操作機器時不慎被機器卷入，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)逡逑的嚴重損傷。該患者剛做完手術(shù)，手臂上使用鋼條進行固定，幫助斷裂的骨頭自逡逑我修復，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，，患者感逡逑覺手臂和手的皮膚仿佛。賣厚＂了，如同帶了手套一般，患者不能跟隨自己的意識逡逑進行動作，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生物反饋功能電刺激儀（ｓＥＭＧ邋Ｂｉｏｆｅｅｄｂａｃｋ邋ＦＥＳ）逡逑進行治療，如圖１．２所示。逡逑＾

本文編號：2563147