發(fā)布時(shí)間：2018-07-16 16:00

【摘要】：目前,隨著我國人口老齡化趨勢(shì)加劇,腦卒中患者的數(shù)量不斷攀升。腦卒中是由急性腦血管疾病引起的持續(xù)性的大腦精神功能缺損。研究表明,神經(jīng)功能受損后,經(jīng)過科學(xué)的康復(fù)訓(xùn)練可使中樞神經(jīng)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和功能上具有代償和重組能力�？祻�(fù)機(jī)器人結(jié)合了機(jī)器人技術(shù)和康復(fù)醫(yī)學(xué),可代替醫(yī)生完成簡單、重復(fù)的康復(fù)訓(xùn)練動(dòng)作。將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合到康復(fù)機(jī)器人中,可提高患者在康復(fù)過程的積極性,積極主動(dòng)地參與康復(fù)訓(xùn)練可以提高患者的治愈率。因此本課題開發(fā)的基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的三自由度上肢康復(fù)機(jī)器人具有非常重要的應(yīng)用前景和研究意義。本文研究了運(yùn)動(dòng)康復(fù)理論基礎(chǔ),針對(duì)康復(fù)治療的階段不同,提出了主動(dòng)式和被動(dòng)式兩種康復(fù)運(yùn)動(dòng)模式。規(guī)劃了康復(fù)機(jī)器人在被動(dòng)模式下的運(yùn)動(dòng)路徑,設(shè)計(jì)了直線和圓弧軌跡。利用ADAMS建立上肢康復(fù)機(jī)器人的虛擬樣機(jī),對(duì)其進(jìn)行逆運(yùn)動(dòng)學(xué)求解,通過分析仿真得到的角度曲線,證明規(guī)劃的運(yùn)動(dòng)軌跡能夠滿足被動(dòng)模式的康復(fù)訓(xùn)練需求。設(shè)計(jì)了康復(fù)機(jī)器人的控制系統(tǒng),采用"PC+運(yùn)動(dòng)控制卡"開放式控制結(jié)構(gòu)。對(duì)位置伺服控制系統(tǒng)進(jìn)行了 PID控制器設(shè)計(jì),基于ADAMS和MATLAB聯(lián)合仿真,驗(yàn)證控制器設(shè)計(jì)的正確性。完成了控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和電氣設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)了被動(dòng)運(yùn)動(dòng)模式中規(guī)劃軌跡的控制程序,最終實(shí)現(xiàn)康復(fù)機(jī)器人末端按規(guī)劃的路徑運(yùn)動(dòng)。本文將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與康復(fù)機(jī)器人結(jié)合,針對(duì)被動(dòng)和主動(dòng)模式的不同,在VC++6.0平臺(tái)上設(shè)計(jì)了多款康復(fù)訓(xùn)練環(huán)境。被動(dòng)式康復(fù)環(huán)境主要是對(duì)關(guān)節(jié)活動(dòng)度進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練;主動(dòng)式康復(fù)環(huán)境主要是鍛煉患肢的運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性,該環(huán)境是結(jié)合實(shí)際生活場(chǎng)景開發(fā)的,有助于將鍛煉得到的能力用于實(shí)際生活中。文中對(duì)搭建的康復(fù)機(jī)器人樣機(jī)進(jìn)行調(diào)試,實(shí)驗(yàn)證明康復(fù)機(jī)器人末端能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)劃的運(yùn)動(dòng)軌跡,同時(shí)完成了虛擬環(huán)境與康復(fù)機(jī)器人的通訊。文中所做的工作,為后續(xù)康復(fù)機(jī)器人遠(yuǎn)程控制和康復(fù)評(píng)價(jià)奠定了基礎(chǔ)。
[Abstract]:At present, the number of stroke patients is increasing with the increasing trend of population aging in China. Stroke is a persistent mental impairment of the brain caused by acute cerebrovascular disease. The research shows that after the nerve function is damaged, the central nervous system can be compensated and reorganized in structure and function after scientific rehabilitation training. Rehabilitation robots combine robotics with rehabilitation medicine and can replace doctors in simple and repetitive rehabilitation exercises. Combining virtual reality technology with rehabilitation robot can improve the enthusiasm of patients in the rehabilitation process and actively participate in rehabilitation training can improve the cure rate of patients. Therefore, the virtual reality based three degree of freedom upper limb rehabilitation robot developed in this paper has a very important application prospect and research significance. This paper studies the theoretical basis of motor rehabilitation and puts forward two kinds of active and passive rehabilitation sports models according to the different stages of rehabilitation treatment. The path of rehabilitation robot in passive mode is planned and the trajectory of straight line and arc is designed. The virtual prototype of the upper limb rehabilitation robot is built by Adams, and the inverse kinematics is solved. By analyzing the angle curve obtained by simulation, it is proved that the planned motion track can meet the needs of passive rehabilitation training. The control system of rehabilitation robot is designed, and the open control structure of PC motion control card is adopted. The pid controller is designed for the position servo control system. The simulation based on Adams and MATLAB verifies the correctness of the controller design. The hardware and electrical design of the control system are completed, and the control program of the trajectory planning in the passive motion mode is designed. Finally, the path motion of the end of the rehabilitation robot is realized according to the planned path. In this paper, virtual reality technology is combined with rehabilitation robot, aiming at the difference between passive and active modes, several rehabilitation training environments are designed on the platform of VC 6.0. The passive rehabilitation environment mainly carries on the rehabilitation training to the joint movement degree, the active rehabilitation environment mainly exercises the movement accuracy and the stability of the affected limb, the environment is developed according to the actual life scene. It helps to apply the ability gained by exercise in real life. In this paper, the prototype of the rehabilitation robot is debugged. The experiment shows that the terminal of the rehabilitation robot can realize the planned motion trajectory, and the communication between the virtual environment and the rehabilitation robot is completed at the same time. The work in this paper lays a foundation for remote control and rehabilitation evaluation of rehabilitation robot.
【學(xué)位授予單位】：大連海事大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP242

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本文編號(hào)：2126893