三自由度上肢康復機器人的研制.pdf

1、我國已步入人口老齡化國家的行列，現(xiàn)在老齡人口的增幅正“跑步前進”，老年群體的日常照顧需求也日益增長。對于老年群體來說，腦卒中（又名中風）是威脅身體健康的第一殺手，這種疾病致死、致殘率很高，會造成患者肢體運動功能障礙，尤其是上肢運動功能的喪失。臨床研究表明，盡早進行康復訓練可以明顯恢復和提高患者的運動功能。在中風患者的康復訓練中應用機器人輔助治療技術(shù)越來越得到國內(nèi)外研究人員的重視，康復訓練機器人技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成研究的熱門課題。
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2、對目前我國康復醫(yī)師與康復醫(yī)療設備短缺的現(xiàn)狀，本文結(jié)合理論與實踐，根據(jù)國內(nèi)外康復機器人的研究現(xiàn)狀，確定了三自由度上肢康復機器人系統(tǒng)的實現(xiàn)方法和主要研究內(nèi)容，從安全性指標入手，設計了機器人機械結(jié)構(gòu)，并對其進行運動學仿真，設計了康復機器人控制系統(tǒng)包括控制電路設計與控制軟件設計。最后對康復機器人進行實驗研究，來驗證其性能是否滿足設計要求。具體工作如下:
　　1、康復機器人機械結(jié)構(gòu)的設計?？祻蜋C器人的機械臂分為牽引機械臂與支撐機械臂兩種，并

3、且每種機械臂中采用連桿連接方式，兩種機械臂末端固定在一起，來達到支撐機械臂跟隨牽引機械臂進行運動的效果。采用SolidWorks軟件對康復機器人模型中零件的設計與裝配體的制作，并生成制作機構(gòu)所需要的工程圖，進行機構(gòu)的實際加工。
　　2、康復機器人機構(gòu)的運動學仿真。通過正運動學分析與逆運動學分析獲得機器人末端位姿與康復機器人關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系方程。在SolidWorks軟件中對機構(gòu)模型進行運動仿真，驗證康復機器人運動空間是否滿足設計

4、要求。
　　3、康復機器人控制系統(tǒng)的設計?？祻蜋C器人的控制系統(tǒng)采用兩級CPU控制方式，上下位機通過串口進行通訊。硬件電路以微控制器STM32為核心，完成機器人中傳感器信息采集與關(guān)節(jié)處電動機驅(qū)動的功能;控制軟件分為客戶端和服務器端，便于康復機器人實現(xiàn)遠程控制功能，另外，在上位機控制軟件中增加了使用OpenGL虛擬現(xiàn)實技術(shù)編寫的康復訓練游戲，提高患者康復訓練效果。
　　4、康復機器人實驗研究。設計了康復機器人輔助正常人康復訓練的