一種新型外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及特性評(píng)價(jià).pdf

1、中風(fēng)被醫(yī)學(xué)界公認(rèn)為是威脅人類健康的三大疾病之一，而中風(fēng)后導(dǎo)致偏癱的概率達(dá)百分之五十以上，此類患者的康復(fù)需求引起了社會(huì)各界的極大關(guān)注。中風(fēng)患者因失去了其運(yùn)動(dòng)功能喪失了生活自理的能力，嚴(yán)重者身體完全癱瘓。手作為人體在日常生活中使用最頻繁的器官，因此手部的康復(fù)訓(xùn)練成為中風(fēng)患者最急需康復(fù)的內(nèi)容。本課題調(diào)研了國內(nèi)外剛性和軟體外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)，結(jié)合了兩者的優(yōu)點(diǎn)重新設(shè)計(jì)了一套剛性外骨骼式機(jī)器人系統(tǒng)，用于輔助偏癱患者在康復(fù)初期進(jìn)行手指的屈伸運(yùn)動(dòng)

2、訓(xùn)練。
　　設(shè)計(jì)之前，對(duì)人手的結(jié)構(gòu)組織進(jìn)行了相關(guān)研究，了解了手部組織及骨骼構(gòu)成，并依據(jù)D-H參數(shù)法對(duì)人手指結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，最后得到其空間運(yùn)動(dòng)模型，為機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。
　　本系統(tǒng)采用電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的方式，采用步進(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力源，可以實(shí)現(xiàn)比較精確的控制，可以使電機(jī)停止在某一個(gè)任意的位置，也就是使得患者的手指可以隨時(shí)停止在某一設(shè)定的位置。在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)用了程序控制和主從控制兩種控制方式。程序控制，主要是針對(duì)患病比較嚴(yán)

3、重的中風(fēng)和偏癱患者來說的，該患者穿戴好外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人，按照設(shè)定好的程序可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人按照既定的運(yùn)動(dòng)方式對(duì)患者的手指進(jìn)行特定的康復(fù)訓(xùn)練。同時(shí)，貼附在患者手指上的彎曲傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)患者手指的彎曲角度信息，以便于觀察患者的康復(fù)訓(xùn)練情況。主從控制方式，主要是針對(duì)患病比較輕的患者來說的。主從式控制方式就是讓患者自身的正常一側(cè)的手指去控制患病一側(cè)的手指，實(shí)現(xiàn)自主控制。
　　本文還針對(duì)設(shè)計(jì)好的外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，以便為該機(jī)

4、器人提供有力的理論支撐。首先將設(shè)計(jì)好的外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人模型導(dǎo)入到ADAMS仿真軟件中，并將各個(gè)連接關(guān)節(jié)重新建立約束條件，設(shè)置好驅(qū)動(dòng)函數(shù)后，就得到了機(jī)器人上的標(biāo)記點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)信息（彎曲角度、角速度和角加速度）。從仿真結(jié)果可以看出，該外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人具有很好的柔順性，在運(yùn)動(dòng)過程中可以很順暢地完成設(shè)定好的彎曲/伸展動(dòng)作。在最后，對(duì)設(shè)計(jì)出來的外骨骼手指康復(fù)機(jī)器人進(jìn)行了相應(yīng)的特性評(píng)價(jià)。該特性評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)主要應(yīng)用了前面提到的主從控制的方式對(duì)機(jī)器人進(jìn)