肩關節(jié)康復訓練設備及保護裝置的設計與仿真.pdf

1、隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和醫(yī)學科學的進步，腦卒中等傷病患者的死亡率明顯下降，而留有后遺癥和功能障礙的病人逐漸增多。同時人口老齡化進程加速也使老年性疾病和慢性病的發(fā)病率急劇上升，順應這一趨勢人們對醫(yī)療服務的要求不再局限于急救水平的高低，轉而更為重視功能的恢復。多數(shù)偏癱患者都需要一個系統(tǒng)、有序、連續(xù)且長期的康復過程，開發(fā)研究適合社區(qū)以及家用的上肢康復醫(yī)療設備成為了當前急需解決的問題。對于康復設備最重要的是安全性，本文的研究目的是開發(fā)一種肩關節(jié)康復

2、訓練設備及保護裝置。
　　本文首先調研分析了康復在醫(yī)學上的理論依據(jù)，包括腦重塑理論和運動再學習理論，從人體仿生機理出發(fā)，為康復機器人設計了一種4-RRRR肩關節(jié)機構。該肩關節(jié)機構設計應用于外骨骼上肢康復機器人，具有與人體肩關節(jié)相一致的活動空間。驅動方式選擇為氣動人工肌肉，氣動人工肌肉是—種體積小巧、柔軟、重量輕、工作簡單、容易控制的仿生學產(chǎn)品，它由壓縮空氣驅動作推拉動作，其過程就像人體的肌肉運動。使機構運動具有良好的柔順性，提高患

3、者使用的舒適程度。
　　由于氣動人工肌肉運動的非線性導致肩關節(jié)機構的運動范圍難以精確控制，對于醫(yī)療康復機器人而言最重要的是安全性。本文為4-RRRR肩關節(jié)機構設計了獨立的保護裝置，裝置的所有桿件零件均組裝在箱體之中使過量保護裝置外觀簡潔，方便安裝。氣動人工肌肉驅動為肩關節(jié)機構提供了柔性的運動，剛性的過量保護裝置可以精確的控制肩關節(jié)機構的活動范圍，軟件和硬件兩方面的安全措施防止對患者造成二次傷害。
　　為了直觀的分析機構的運動

4、效果同時防止因多次加工樣機造成資源的浪費，本文最后在SolidWorks中進行了完整的三維模型的構建，并裝配為虛擬樣機。使用SolidWorks Motion插件對機構進行運動仿真，參照康復醫(yī)師訓練方案將仿真分為單輸入、雙輸入和復合運動三種情況，馬達曲線采用數(shù)據(jù)點擬合模擬氣動人工肌肉的非線性輸入，最后輸出運動數(shù)據(jù)和運動仿真動畫。將運動數(shù)據(jù)與人體肩關節(jié)數(shù)據(jù)相對比，機構運動范圍與人體肩關節(jié)運動范圍一致。仿真動畫直觀的展示運動效果，機構運動具