六自由度外骨骼上肢康復(fù)機器人的設(shè)計和分析.pdf

1、近些年來由于因中風(fēng)等腦血管疾病引起的上肢偏癱患者的增多,傳統(tǒng)方法已經(jīng)不能滿足眾多患者的康復(fù)需求。隨著機器人技術(shù)的蓬勃發(fā)展，科學(xué)家希望將機器人技術(shù)與康復(fù)醫(yī)學(xué)進行結(jié)合，用機器人代替理療師來輔助偏癱患者進行康復(fù)訓(xùn)練，因此越來越多研究機構(gòu)開始致力于康復(fù)機器人的研究。外骨骼式康復(fù)機器人相當(dāng)于在患者肢體外側(cè)附加一層外置骨骼，用來支撐和輔助偏癱肢體來進行高強度的康復(fù)訓(xùn)練運動。本文從醫(yī)學(xué)角度上分析肢體偏癱形成的原因，在總結(jié)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上提出一套

2、針對偏癱患者上肢的外骨骼式上肢康復(fù)機器人系統(tǒng)，并且針對不同時期的患者提出了兩套康復(fù)系統(tǒng)，分別為雙邊式康復(fù)系統(tǒng)和獨立式康復(fù)系統(tǒng)。系統(tǒng)主要組成包括六自由度觸覺感受器（Phantom Premium）、外骨骼上肢康復(fù)機器人、虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)、電機控制單元、腦電信號系統(tǒng)、肌電信號系統(tǒng)和一些相關(guān)傳感器。該系統(tǒng)偏癱患者提供一套從“測試-訓(xùn)練-評價”的科學(xué)康復(fù)策，即控制信號來源于患者本身，然后通過機器人輔助患者進行訓(xùn)練，再通過患者的生物信號來評價患者的康

3、復(fù)情況，再通過患者康復(fù)情況來制定下一階段的康復(fù)訓(xùn)練。
　　本研究主要針對該系統(tǒng)中外骨骼式上肢康復(fù)機器人的結(jié)構(gòu)進行研究和設(shè)計，其主要包括上肢康復(fù)機器人和手指康復(fù)機器人兩套，可以實現(xiàn)肢體總共六個自由度的運動。首先，從解剖學(xué)角度了解人體上肢和手指的組成，分析其骨骼特點和運動形式，總結(jié)機器人設(shè)計所需要滿足的人體工學(xué)要求，為機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計奠定醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)。然后，從人體工學(xué)特點、材料選擇、驅(qū)動方式選擇以及傳動方式選擇等幾個方面對機器人進行設(shè)計和計

4、算，提出機器人的總體設(shè)計。其次，分別建立上肢康復(fù)機器人和手指康復(fù)機器人的運動學(xué)模型，并通過動力學(xué)仿真軟件ADMAS驗證機器人結(jié)構(gòu)的合理性和穩(wěn)定性。最后，利用有限元仿真軟件ANSYS對在康復(fù)訓(xùn)練過程中機器人對于患者的肢體的力學(xué)影響進行了仿真，通過仿真結(jié)果建立了科學(xué)的康復(fù)方法，防止由于機器人的過渡運動與患者的肢體造成二次損傷，提高康復(fù)訓(xùn)練的安全性。
　　在上述研究分析的基礎(chǔ)上，我們已經(jīng)分別設(shè)計和組裝完成外骨骼上肢康復(fù)機器人和手指康復(fù)機