發(fā)布時間：2021-01-30 05:56

　　肘、腕關節(jié)是人類進行日�；顒拥闹饕d體,其損傷后若得不到徹底的康復,會嚴重影響患者的生活質(zhì)量,而及時的運動訓練是其高質(zhì)量康復的重要手段。隨著康復機器人技術的發(fā)展,涌現(xiàn)出了一系列康復機器人用于肘腕關節(jié)的運動訓練。針對訓練過程中因人機運動軸線不重合帶來的關節(jié)康復角度不準確、康復運動控制精度低等問題,以及人機交互體驗差,無法實現(xiàn)“沉浸式”康復運動訓練等不足,在課題室已有肘腕康復機器人樣機的基礎上,通過引入生物融合式康復機構(gòu)設計理念對肘關節(jié)康復角度進行修正,并進一步設計開發(fā)肘腕康復機器人控制軟件系統(tǒng),主要開展以下研究工作:首先,在對人體肘、腕關節(jié)運動機理分析的基礎上,將人體關節(jié)進行運動副等效,并在機器人機構(gòu)中增設彈性移動副,人機構(gòu)成生物融合式康復機構(gòu)。通過彈性移動副位置分析,對人體前臂長度進行識別,實現(xiàn)人體肘關節(jié)康復角度的修正,進而提高康復運動精度。其次,基于肘腕康復機器人的控制功能需求分析,劃分功能模塊,并運用.NET三層設計架構(gòu)和MVC設計模式搭建控制軟件的總體架構(gòu),并對數(shù)據(jù)庫、多線程和串口通信三個關鍵模塊進行設計,并進一步開發(fā)可視化的人機交互界面。針對肘、腕關節(jié)的康復運動特點,設計并搭建... 

【文章來源】：燕山大學河北省

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

MIT-MANUS上肢康復機器人2005年，英國蘇黎世大學的科研人員

過程中它還可以采集患肢在運動時的康復數(shù)據(jù)，并通過PC端顯示器進行可視化顯示。此外，MIT-MANUS借助互聯(lián)網(wǎng)還能夠幫助康復醫(yī)師和患者實現(xiàn)遠程操作和康復訓練。2002年，以英國雷丁大學為主研者的團隊研發(fā)了一款名為GENTLE/S的康復機器人[4]，如圖1-2所示，它采用升降搖臂結(jié)構(gòu)和繩索驅(qū)動的方式來實現(xiàn)肩關節(jié)和肘關節(jié)的康復訓練，同時集成了具有3個被動自由度的手腕康復模塊，以此來實現(xiàn)手腕康復訓練。GENTLE/S同時還結(jié)合了計算機虛擬技術，通過搭建虛擬康復場景來調(diào)動患者參與康復的積極性。圖1-1MIT-MANUS上肢康復機器人圖1-2GENTLE/S上肢康復機器人2005年，英國蘇黎世大學的科研人員研制了一款名為ARMin[5]的康復機器人，如圖1-3所示，在結(jié)構(gòu)設計方面它主要采用串聯(lián)機構(gòu)來實現(xiàn)6個自由度的運動，包括大臂轉(zhuǎn)動、肩關節(jié)內(nèi)外旋、肩關節(jié)屈伸、肘關節(jié)屈伸、腕關節(jié)屈伸以及前臂轉(zhuǎn)動。它還配置有高精度的位移、角度和力傳感器，通過結(jié)合PID的力控制策略來滿足康復機器人對安全性和運動柔順性的要求。ARMin康復機器人的運動慣性小，摩擦阻力小以及可反向驅(qū)動，同時引入了人機交互策略，通過觸覺和視聽覺等直接反應患動主動參與康復訓練的意愿[5],提高了患者的參與感。2009年研發(fā)出的第二代ARMin比

第1章緒論-3-第一代康復機器人多了1個自由度[6]，如圖1-4所示，可以幫助患者可以更好地完成一些日�；顒拥挠柧殹D1-3第一代ARMin上肢康復機器人圖1-4第二代ARMin上肢康復機器人MartinLevesley教授等學者研發(fā)的iPAM[7](intelligentPneumaticArmMovement)康復機器人，如圖1-5所示，它主要由兩條氣動機械臂組成，遠端矯形器用于控制患者前臂運動，近端矯形器連接在上臂的中點，以控制相對于遠端臂的近端機器人運動。iPAM具有6個自由度[8],包括肩膀處的5個自由度，肘部的1個自由度。iPAM的正常運行需要精準控制兩個機械手臂之間的安全協(xié)作，在使用之前，需要對患者手臂位置進行校準，實現(xiàn)和軟件系統(tǒng)中手臂模型相匹配。為了提供準確的手臂位置，控制系統(tǒng)需要以500Hz的頻率對前向運動學進行50次迭代處理，因此它對控制器的計算能力有著較高要求。圖1-5iPAM雙臂康復機器人2013年，EdoardoSotgiu等人研發(fā)了如圖1-6所示的BRANDO康復機器人[9]，它有3個被動自由度、3個主動自由度以及1個用于調(diào)整關節(jié)位置高度的自由度。在機器人控制系統(tǒng)上，它主要分成兩個級別：底層控制是一個實時系統(tǒng)，主要在目標單元(TU)上實現(xiàn)，以單臺工控機為控制中心，支持機器人正向運動學計算和重力補償算法，通過數(shù)據(jù)采集卡(DAQ)等硬件采集編碼器數(shù)據(jù)和驅(qū)動器信號，來控制機器人電機

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
[1]基于虛擬現(xiàn)實的康復游戲關鍵模塊的設計與實現(xiàn)[D]. 朱世杰.華中科技大學 2019
[2]肘腕康復機器人優(yōu)化設計及控制系統(tǒng)研究[D]. 陳子葉.燕山大學 2018
[3]基于虛擬現(xiàn)實技術的上肢主動康復訓練系統(tǒng)研究[D]. 陳東林.北京服裝學院 2018
[4]情景交互式康復訓練機器人技術研究與系統(tǒng)設計[D]. 秦超龍.東南大學 2017
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[8]基于虛擬現(xiàn)實技術的康復訓練系統(tǒng)研究[D]. 蘇航.華南理工大學 2015
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[10]三自由度手臂康復機器人結(jié)構(gòu)設計與仿真研究[D]. 徐金隨.哈爾濱工程大學 2015



本文編號：3008379