六自由度外骨骼上肢康復(fù)機(jī)器人的設(shè)計(jì)和分析.pdf

1、近些年來(lái)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(jī)器人技術(shù)的蓬勃發(fā)展，科學(xué)家希望將機(jī)器人技術(shù)與康復(fù)醫(yī)學(xué)進(jìn)行結(jié)合，用機(jī)器人代替理療師來(lái)輔助偏癱患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，因此越來(lái)越多研究機(jī)構(gòu)開始致力于康復(fù)機(jī)器人的研究。外骨骼式康復(fù)機(jī)器人相當(dāng)于在患者肢體外側(cè)附加一層外置骨骼，用來(lái)支撐和輔助偏癱肢體來(lái)進(jìn)行高強(qiáng)度的康復(fù)訓(xùn)練運(yùn)動(dòng)。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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上提出一套

2、針對(duì)偏癱患者上肢的外骨骼式上肢康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)，并且針對(duì)不同時(shí)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(dú)立式康復(fù)系統(tǒng)。系統(tǒng)主要組成包括六自由度觸覺(jué)感受器（Phantom Premium）、外骨骼上肢康復(fù)機(jī)器人、虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、電機(jī)控制單元、腦電信號(hào)系統(tǒng)、肌電信號(hào)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(cè)試-訓(xùn)練-評(píng)價(jià)”的科學(xué)康復(fù)策，即控制信號(hào)來(lái)源于患者本身，然后通過(guò)機(jī)器人輔助患者進(jìn)行訓(xùn)練，再通過(guò)患者的生物信號(hào)來(lái)評(píng)價(jià)患者的康

3、復(fù)情況，再通過(guò)患者康復(fù)情況來(lái)制定下一階段的康復(fù)訓(xùn)練。
　　本研究主要針對(duì)該系統(tǒng)中外骨骼式上肢康復(fù)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)，其主要包括上肢康復(fù)機(jī)器人和手指康復(fù)機(jī)器人兩套，可以實(shí)現(xiàn)肢體總共六個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)。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(diǎn)和運(yùn)動(dòng)形式，總結(jié)機(jī)器人設(shè)計(jì)所需要滿足的人體工學(xué)要求，為機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)奠定醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)。然后，從人體工學(xué)特點(diǎn)、材料選擇、驅(qū)動(dòng)方式選擇以及傳動(dòng)方式選擇等幾個(gè)方面對(duì)機(jī)器人進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)

4、算，提出機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)。其次，分別建立上肢康復(fù)機(jī)器人和手指康復(fù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，并通過(guò)動(dòng)力學(xué)仿真軟件ADMAS驗(yàn)證機(jī)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(duì)在康復(fù)訓(xùn)練過(guò)程中機(jī)器人對(duì)于患者的肢體的力學(xué)影響進(jìn)行了仿真，通過(guò)仿真結(jié)果建立了科學(xué)的康復(fù)方法，防止由于機(jī)器人的過(guò)渡運(yùn)動(dòng)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(jì)和組裝完成外骨骼上肢康復(fù)機(jī)器人和手指康復(fù)機(jī)