隨著目前頸椎病患者的數(shù)量急劇增加以及嚴(yán)重的年輕化趨勢,越來越多的學(xué)者開始研究頸椎病的治療方案。此時結(jié)合了康復(fù)醫(yī)學(xué)和機器人技術(shù)的康復(fù)機器人應(yīng)運而生,除了起到了一定的康復(fù)效果,也體現(xiàn)了一定的優(yōu)勢。本文針對頸椎病患者,設(shè)計了一款智能頸椎牽引康復(fù)機器人,包括機器人的本體結(jié)構(gòu)、軟硬件系統(tǒng)和控制策略,通過本體實驗和臨床實驗驗證,實現(xiàn)康復(fù)醫(yī)學(xué)及機械本體提出的牽引要求和精度要求。本文首先對目前已有的頸椎康復(fù)設(shè)備進行了研究和總結(jié),得出其存在的問題,為后續(xù)設(shè)計機器人提供了參考。接著研究和分析了頸椎病的病因病理和運動機理,得出頸椎病治療的關(guān)鍵點。根據(jù)選擇的牽引治療方法,研究其康復(fù)機制和牽引要素。最后綜合目前設(shè)備存在的問題和頸椎牽引的關(guān)鍵要素,設(shè)計了精準(zhǔn)定量的頸椎牽引康復(fù)機器人。機器人有三個自由度,使用三個電機進行控制,實現(xiàn)頸椎的位姿和牽引力的控制。為了實現(xiàn)頸椎牽引康復(fù)機器人的精準(zhǔn)定量和康復(fù)要求,需要設(shè)計對應(yīng)的控制策略。首先對設(shè)計的機器人運用矢量法和牛頓歐拉法進行運動學(xué)和動力學(xué)數(shù)學(xué)建模,并且使用Sim Mechanics工具對機械系統(tǒng)建模。通過對比兩者仿真得到的繩索長度和屈伸角度以及驅(qū)動力矩的關(guān)系,驗證數(shù)學(xué)建... 

【文章頁數(shù)】：93 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
    1.1 課題背景及研究的目的和意義
    1.2 國內(nèi)外在該方向的研究現(xiàn)狀及分析
        1.2.1 國內(nèi)外頸椎康復(fù)設(shè)備研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀簡析
    1.3 本文的主要研究內(nèi)容
第2章 頸椎康復(fù)機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計
    2.1 引言
    2.2 頸椎運動機理分析
        2.2.1 人體解剖學(xué)基礎(chǔ)知識
        2.2.2 頸椎生理結(jié)構(gòu)
        2.2.3 頸椎運動學(xué)分析
    2.3 頸椎病的病因病理及治療方案分析
        2.3.1 頸椎病的病因病理綜述
        2.3.2 頸椎康復(fù)醫(yī)療方案及其對應(yīng)的康復(fù)機理
    2.4 頸椎康復(fù)機器人方案確定
        2.4.1 牽引要素分析
        2.4.2 牽引方案細(xì)則確定
    2.5 頸椎康復(fù)機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計
        2.5.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計概述
        2.5.2 整體設(shè)計
        2.5.3 按摩椅概述
        2.5.4 旋轉(zhuǎn)機構(gòu)概述
        2.5.5 牽引機構(gòu)概述
        2.5.6 頸椎機器人重要器件選型計算
    2.6 本章小結(jié)
第3章 頸椎康復(fù)機器人運動學(xué)和動力學(xué)分析
    3.1 引言
    3.2 運動學(xué)分析
        3.2.1 逆運動學(xué)分析及仿真
        3.2.2 正運動學(xué)分析
        3.2.3 工作空間求解
    3.3 動力學(xué)分析
        3.3.1 靜力學(xué)建模
        3.3.2 動力學(xué)建模
        3.3.3 SimMechanics系統(tǒng)建模
    3.4 本章小結(jié)
第4章 頸椎康復(fù)機器人的控制策略研究
    4.1 引言
    4.2 控制策略設(shè)計分析
        4.2.1 基于康復(fù)醫(yī)學(xué)的控制策略要求
        4.2.2 控制策略解決方案
    4.3 牽引運動與屈伸運動控制策略研究與仿真
        4.3.1 基于力/位混合控制的柔順力控制策略研究
        4.3.2 屈伸運動的PID控制
        4.3.3 牽引運動與屈伸運動的控制策略仿真
        4.3.4 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的補償控制與仿真
    4.4 牽引運動與屈伸運動的智能控制策略研究與仿真
        4.4.1 基于模糊滑模的力/位混合控制柔順力控制策略研究
        4.4.2 基于模糊自整定PID的屈伸運動控制策略研究
        4.4.3 智能控制策略仿真
    4.5 側(cè)屈運動的控制策略研究與仿真
        4.5.1 側(cè)屈運動建模
        4.5.2 側(cè)屈運動的模糊自整定PID控制仿真
    4.6 本章小結(jié)
第5章 頸椎康復(fù)機器人實驗驗證
    5.1 引言
    5.2 康復(fù)機器人的實驗系統(tǒng)
        5.2.1 硬件系統(tǒng)
        5.2.2 軟件系統(tǒng)
    5.3 實驗系統(tǒng)設(shè)置
        5.3.1 驅(qū)動器和電機的設(shè)置
        5.3.2 軟件設(shè)置
    5.4 本體實驗驗證
        5.4.1 側(cè)屈運動控制策略實驗驗證
        5.4.2 屈伸運動控制策略實驗驗證
        5.4.3 牽引力控制策略實驗驗證
        5.4.4 綜合實驗驗證
    5.5 臨床實驗驗證
        5.5.1 研究對象
        5.5.2 測評工具
        5.5.3 實驗方法
        5.5.4 臨床實驗結(jié)果
        5.5.5 臨床實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果
    5.6 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀碩士期間發(fā)表的論文
致謝



本文編號：3672942