【摘要】：近年來,隨著社會人口的老齡化加重,由于腦卒中或腦外傷等原因引起的偏癱人數愈來愈多。另外,生產事故和交通意外等也造成了很多的肢體運動功能障礙患者,其中手部運動功能障礙嚴重影響了患者的日常生活。手部外骨骼康復機器人可以幫助患者恢復手部運動功能,其通過輔助患者進行日常生活的手部運動,配合腦部意識進行協(xié)調訓練,從而修復受損的運動神經。針對人手的運動規(guī)律和骨骼特征,本文提出一種用于手部康復的雙向運動軟體致動器設計方法,設計了柔性光纖傳感器,實現了軟體致動器對自身曲率感知,開展了軟體致動器的動態(tài)模型辨識和滑�？刂破髟O計工作,構建了基于雙向運動軟體致動器的具有力位反饋功能的手部外骨骼康復系統(tǒng),論文的主要內容如下:(1)從骨骼解剖學的角度分析了人手的運動和骨骼結構特點,歸納總結了手部運動障礙患者的主要康復需求,確定了雙向軟體致動器的彎曲角度范圍和自由度,提出了正弦波紋型軟體致動器的參數優(yōu)化方法,設計了分段式變剛度結構的雙向運動軟體致動器,實現了擬人手運動的雙向軟體致動器設計。(2)針對軟體致動器的運動特點,設計了一種基于PMMA光纖的柔性光纖彎曲傳感器,通過將該傳感器集成于軟體致動器并進行了彎曲角度與光損耗的關系式標定實驗,實現了軟體致動器的運動狀態(tài)自感知能力,并通過表面輪廓觸摸試驗驗證了柔性光纖傳感器的可靠性。(3)針對軟體致動器的非線性和氣動系統(tǒng)的時滯性特點,結合自主設計研發(fā)的柔性光纖彎曲傳感器,進行了不同氣壓輸出下的軟體致動器階躍響應實驗,得到了不同輸入下的二階過阻尼系統(tǒng)方程,通過最小二乘法將參數擬合從而辨識出軟體致動器的系統(tǒng)模型,利用一階泰勒公式將系統(tǒng)局部線性化進而設計了滑�？刂破�,并通過正弦軌跡跟隨試驗驗證了系統(tǒng)模型和控制器的有效性。(4)基于研制的雙方向運動軟體致動器,設計了力位混合控制的手運動康復系統(tǒng),完成了手運動康復系統(tǒng)的軟硬件邏輯結構設計,開發(fā)了具有3D圖像顯示的人機交互軟件程序,并通過試驗驗證各模塊的可靠性和安全性,并為患者設計了多種康復訓練模式:主動力輔助模式、互動交互模式和指定動作訓練模式等。
【圖文】：

華 中 科 技 大 學 碩 士 學 位 論 文性的材料所緩沖，這不僅保證了患者康復過程的安全，并且患會感到十分舒適。手部外骨骼研究現狀年，，哈佛大學提出了一種氣動康復手套，如圖 1-1 所示。它可于人手的屈曲運動。其中的柔性致動器由具有彈性的柔性硅膠設計了多個內部聯通的矩形突出腔體，當壓縮氣體作為動力源相互擠壓從而產生了彎曲運動。并且該氣動手套采用開放式結便、安全的貼合人手，輔助患者完成閉合運動。

圖 1-2 新加坡國立大學軟體外骨骼nagiotis Polygerinos 和 Zheng Wang 等人研制手套[11][12]，如圖 1-3 所示。其致動器由模具，在對腔體加壓下可以形成特定的彎曲、扭曲構設計，用以匹配各個手指的運動范圍，當加為低阻抗。為了方便操作軟體機器人手套，元，包括流體壓力傳感器和調節(jié)壓力的閉環(huán)控人具有便攜式的腰帶背包和開放式的手掌設
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP242;TP212

【參考文獻】

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1 畢千;手部外骨骼系統(tǒng)基礎理論及其控制技術研究[D];浙江大學;2015年

本文編號：2588391