肘關節(jié)和腕關節(jié)是日常生活中最容易受到損傷的關節(jié),受傷之后需要合理的康復訓練才能恢復。本文基于肘腕關節(jié)的康復運動特點,提出一種新型繩傳動混聯(lián)肘腕康復機器人,并對其進行了運動學、工作性能等方面的研究。首先,分析了肘腕關節(jié)的解剖學結構和康復訓練醫(yī)學機理,從原理上設計了（2-SPS/U）&RR的串并混聯(lián)機構構型。在構型設計的基礎上,完成了肘腕康復機器人的整體結構設計,其結構由移動支撐裝置、驅動模塊及肘腕康復機構三個部分組成,驅動模塊采用線管鋼絲繩傳動系統(tǒng),具有結構簡單、布局靈活、可以將驅動系統(tǒng)和執(zhí)行機構分離等優(yōu)點,同時設計了多處尺寸調節(jié)裝置,可以適應不同身高體重的病人。其次,對新型繩傳動混聯(lián)肘腕康復機器人進行了運動學分析。首先求解了腕部并聯(lián)機構的運動學正反解,并根據(jù)具體實例驗證了其運動學解的正確性。繪制了腕部并聯(lián)機構的運動曲線,結果表明動平臺以恒定角速度運動時驅動繩索運動平穩(wěn),說明了腕部并聯(lián)機構的可行性。然后將腕部并聯(lián)機構等效為虎克鉸與肘部康復機構串聯(lián),將整個混聯(lián)機構等效為一個串聯(lián)機構,基于D-H法求解了其運動學方程和雅克比矩陣,并驗證了運動學方程的正確性,為后面的分析提供了理論依據(jù)。... 

【文章來源】： 馬志廣 河北工業(yè)大學

【文章頁數(shù)】：78 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

MIT-MANUS機器人

院的N.Hogan和H.LKerbs研究完成了一臺具有重量補償作用的名為MIT–MANUS的上肢康復訓練機器人[12]，如圖1.1所示。該機器人是一種五連桿機構，具有2個自由度。該機器人可以通過牽引患者的手臂來帶動肘關節(jié)和肩關節(jié)的康復訓練，而且患者可以根據(jù)自身的情況設置運動軌跡以適合自己的康復。該機器人還可以采集康復訓練過程中的信息，并且可以將運動信息反映在電腦上給人實時反饋[13-15]。后來他們在MANUS的基礎上提出了2-DOF腕關節(jié)康復機構[16-17]，與肘部和肩部訓練模塊結合構成了一個完整的系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有4個自由度，如圖1.2所示。圖1.1MIT-MANUS機器人圖1.2改進后的MIT-MANUS機器人2000年，美國加州大學與芝加哥康復研究所提出了一種具有1個主動自由度，2個被動自由度的3-DOF上肢康復機器人ARM-Guide[18-19]，如圖1.3所示。其主動自由度是由直線導軌來帶動前臂的屈曲，直線導軌由電機驅動。在進行康復訓練的時候，患者需要將上臂綁在康復機器人的夾板上，然后由機器人帶動手臂沿著滑軌運動。后來該機器人經(jīng)過改進，增加了活動度測量功能，并且增加了傳感器可以將患者康復訓練過程中的力信號傳給計算機，通過計算機的分析處理得出數(shù)據(jù)，醫(yī)生就可以根據(jù)數(shù)

河北工業(yè)大學碩士學位論文3據(jù)進行個性化定制，制定適合患者的康復訓練方案。但是該上肢康復機器人的自由度較少，訓練模式比較單一。2002年，英國利茲大學研發(fā)了一種iPAM雙臂康復機器人系統(tǒng)[20]，如圖1.4所示。該系統(tǒng)由氣動肌肉驅動，由雙機械臂牽引患者的上肢，實現(xiàn)上肢關節(jié)的康復訓練。該系統(tǒng)可以記錄康復訓練過程中手臂與機械臂的力，用于醫(yī)生進行分析，制定康復訓練方案。圖1.3ARM-Guide機器人圖1.4iPAM機器人意大利帕多瓦大學提出了一種三自由度的上肢康復機器人NeReBot[21]，如圖1.5所示。該機器人采用繩索驅動，通過牽引患者的上肢對患者的肩、肘進行康復訓練，而且該系統(tǒng)具有圖形采集功能。日本大阪大學研制了一款名為EMUL的上肢康復機器人[22]，如圖1.6所示。該機器人采用串聯(lián)機構，通過牽引患者的手部實現(xiàn)腕部、肘部、肩部的康復訓練，具有6個自由度，并且具有重力補償和游戲模塊，增加了安全性、趣味性。圖1.5NeReBot機器人圖1.6EMUL機器人Balgrist大學附屬醫(yī)院和瑞士皇家理工學院共同研制了6-DOF上肢康復訓練機器人，名為ARMin[23]，如圖1.7所示。該機器人可以實現(xiàn)肩關節(jié)的旋轉、屈曲、大臂轉

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：2991223