【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步和新興跨學(xué)科的出現(xiàn),機器人技術(shù)被越來越多的國內(nèi)外研究機構(gòu)應(yīng)用于患者運動功能的恢復(fù)。手指康復(fù)機器人的研究發(fā)展迅速,很快成為一個專門的研究領(lǐng)域。為滿足偏癱患者患指的康復(fù)需求,本文設(shè)計了一種能夠進行被動訓(xùn)練與主動訓(xùn)練的手指康復(fù)訓(xùn)練裝置,并對該裝置進行了理論分析、運動仿真以及實驗研究。本文對手指康復(fù)訓(xùn)練裝置進行了基礎(chǔ)性的研究。包括:機構(gòu)設(shè)計與研制、運動學(xué)分析、力學(xué)分析、控制系統(tǒng)設(shè)計以及實驗研究。根據(jù)人體手指的運動特性,設(shè)計了繩傳動式外骨骼耦合運動連桿機構(gòu)。應(yīng)用D-H方法對機構(gòu)模型進行了正解計算,得到了食指指尖的工作空間和指尖軌跡曲線;利用ADAMS軟件建立了手指康復(fù)訓(xùn)練裝置運動學(xué)仿真模型,并對仿真結(jié)果進行了分析;建立了氣動人工肌肉拮抗對拉模型及其動力學(xué)方程,并依次推導(dǎo)出被動訓(xùn)練控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)并進行仿真與分析;利用系統(tǒng)辨識的方法建立被控對象磁流變阻尼器的數(shù)學(xué)模型并求出傳遞函數(shù),利用PID控制方法對主動訓(xùn)練控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)進行了仿真與分析。在實驗研究中,分別搭建氣動人工肌肉性能測試平臺、磁流變阻尼器性能測試平臺以及手指康復(fù)訓(xùn)練裝置實驗平臺,測試了主動驅(qū)動器和被動阻尼器的性能,分別開展了被動訓(xùn)練實驗和主動訓(xùn)練實驗,驗證了機構(gòu)設(shè)計的合理性、氣動肌肉驅(qū)動的穩(wěn)定性以及磁流變阻尼器輸出阻尼力的可靠性。通過本文研究,設(shè)計的手指康復(fù)訓(xùn)練裝置基本能滿足手指日常的康復(fù)訓(xùn)練,是一種新型安全的手指康復(fù)訓(xùn)練裝置。
【圖文】：

使用手指康復(fù)訓(xùn)練機器人在家就可以進行康復(fù)訓(xùn)練，從而節(jié)省，它還可以記錄患者康復(fù)訓(xùn)練的數(shù)據(jù)，通過客觀真實的數(shù)據(jù)來反，這有助于醫(yī)生更好地掌握患者的康復(fù)情況，以提供更適合患者而加快患者的手指康復(fù)過程[23-25]。因此，設(shè)計一款適用于手指功能康復(fù)訓(xùn)練的機器人具有重要的理論和現(xiàn)實意義。研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀年來國內(nèi)外各大研究機構(gòu)紛紛掀起了對手指康復(fù)訓(xùn)練機器人的，研究比較早，有些已經(jīng)成熟并已投入商業(yè)化應(yīng)用。 年美國羅格斯大學(xué)的 Popescu V G 和斯坦福大學(xué)的 Burdea G Caster II 的力反饋交互設(shè)備，成功開發(fā)出一種基于虛擬現(xiàn)實的力系統(tǒng)[26]。如圖 1.1 所示，該裝置使用玻璃-石墨氣動活塞給每個反饋手套重量輕，僅僅只有 100 克，，可以放在手指和手掌之間以為每個手指提供最大 16N 的力，而靜摩擦力僅為 0.014N。

圖 1.2 CyberGrasp-力反饋數(shù)據(jù)手套Fig1.2 CyberGrasp- force feedback data glove日本岐阜大學(xué)的 Kawasaki H 等人研制了一種基于虛擬康復(fù)機器人[29]。如圖 1.3 所示，該手指康復(fù)系統(tǒng)包括外上的數(shù)據(jù)手套�；颊呖梢酝ㄟ^在健康肢體上操作數(shù)據(jù)而達到康復(fù)訓(xùn)練的目的。
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP242;R743.3;R496

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本文編號：2638078