創(chuàng)傷手指康復機械手系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著機器人技術(shù)的進步及其應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴展，康復機器人作為智能機器人的一個分支正在逐步進入我們的生活，并給康復理論的發(fā)展和臨床康復技術(shù)的進步帶來了新的動力。目前，康復機器人技術(shù)正在日益成為機器人領(lǐng)域的研究熱點。
　　人手外傷或術(shù)后的功能恢復是手外科醫(yī)師必須面對的問題。目前，連續(xù)被動活動（ContinuousPassiveMotion，簡稱CPM）理論正在進入臨床實踐并為廣大康復醫(yī)師所日漸接受。為了給手外傷患者提供一個用于手功能康復

2、治療的CPM機，給手外科康復醫(yī)師提供一個臨床研究的儀器設(shè)備，提高手功能康復治療的自動化、智能化水平，結(jié)合國家自然科學基金“智能促動手（指）功能恢復醫(yī)療仿生機械手的研究”（批準號：60275033），針對連續(xù)被動活動裝置在手功能康復中應(yīng)用的特點與難點，本文圍繞創(chuàng)傷手指康復機械手的康復原理、CPM裝置的構(gòu)型設(shè)計與尺度綜合、機械系統(tǒng)設(shè)計、康復機械手的運動學和動力學、傳感系統(tǒng)設(shè)計及傳感器信號處理方法、康復機械手嵌入式系統(tǒng)設(shè)計、康復模式和系統(tǒng)實踐

3、等關(guān)鍵技術(shù)進行了深入的研究，最終成功研制了創(chuàng)傷手指功能康復機械手系統(tǒng)。
　　本文首先研究了康復機械手機械系統(tǒng)。根據(jù)臨床康復的需要，設(shè)計了康復機械手康復治療方案，并在人手功能分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一個能對人手指的多個關(guān)節(jié)進行康復運動的CPM裝置的構(gòu)型。該CPM裝置組成的基本單元是平面四桿機構(gòu)，針對這一結(jié)構(gòu)特點提出一種基于機械性能的平面四桿機構(gòu)尺度綜合方法。康復機械手機械系統(tǒng)選用仿生肌肉的驅(qū)動技術(shù)，整個系統(tǒng)劃分成仿生手指和仿生肌肉兩個模

4、塊，兩個模塊通過仿生肌肉聯(lián)接構(gòu)成完整的康復機械手機械系統(tǒng)。
　　其次研究了康復機械手的運動學和動力學的分析方法。針對康復機械手對抓握訓練的需求，將康復機械手CPM裝置和人的手指看作一個整體，進行一體化分析。通過研究應(yīng)用旋量理論建立機器人運動學和動力學方程的方法，在對平面四桿機構(gòu)和空間六桿機構(gòu)進行運動學和動力學分析的基礎(chǔ)上，提出了基于旋量理論的康復機械手運動學和動力學方法。
　　然后研究了康復機械手傳感系統(tǒng)。根據(jù)康復機械手CP

5、M裝置的特點，采用傳統(tǒng)的應(yīng)變測量原理，將關(guān)節(jié)力矩傳感器及其信號調(diào)理電路集成在桿件上；采用霍爾位置傳感器實現(xiàn)關(guān)節(jié)位置的無接觸測量，其信號調(diào)理電路集成在CPM裝置的關(guān)節(jié)上。根據(jù)關(guān)節(jié)力／位傳感器信號頻率較低的特點，在對主要干擾源進行分析的基礎(chǔ)上，提出了在時間域以實際輸入信號和理想輸出信號的均方差最小為優(yōu)化目標的無限長沖激響應(yīng)（IIR）數(shù)字濾波器的優(yōu)化設(shè)計方法。
　　再次研究了康復機械手嵌入式系統(tǒng)設(shè)計。在康復機械手嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中采用軟硬