人体手部康复训练机器人机构的研究与分析

发布时间：2017-12-11 16:32

  本文关键词：人体手部康复训练机器人机构的研究与分析

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【摘要】：本文基于人手生物学特性和机器人理论,建立了分别应用于拇指和食指的单指康复训练机器人机构,对拇指和食指的单指康复训练机构的运动学进行了分析,并对其工作空间和运动仿真等问题进行了研究。分析了人体手部的生物学结构,主要包括人体手指各关节的结构、各指节尺寸,论述了手指各关节的功能运动参数,并以此为基础提出建立人体手部康复机器人机构的性能要求和方案,即6旋转自由度拇指康复训练机器人机构和3旋转自由度食指康复训练机器人机构。根据中国成年人人体手部各关节和各指骨的平均尺寸,计算拇指和食指康复机构的理论尺寸,采用UG软件分别建立拇指和食指康复训练机构的单指虚拟模型。针对拇指康复训练机器人机构的单指模型,采用D-H参数法求解其正运动学,采用反变化法即代数法求其运动学逆解,采用微分变换法求其速度雅克比矩阵和加速度。针对食指康复训练机器人机构的单指模型,采用闭环矢量法和坐标旋转变换法求解其运动学正解和运动学逆解,采用微分变化法求解其速度和加速度。基于对拇指和食指康复训练机器人机构的运动分析,采用Matlab软件编程分别计算拇指和食指康复机构的工作空间。分析其工作空间发现该拇指和食指康复训练机器人机构的运动区间在人体拇指和食指运动范围内,为拇指和食指康复训练机器人机构的运动学仿真分析奠定了基础。对拇指和食指康复训练机器人机构进行了运动学仿真分析,提出了分别针对拇指和食指的几种简单的康复训练模式,采用UG软件仿真出拇指指尖和食指指尖的位移曲线、速度和加速度曲线,追踪拇指和食指指尖的运动轨迹;并与Matlab软件编程计算出的理论图谱进行比较,发现两种情况下得到的图谱一致,证明理论分析计算是正确的。仿真分析结果表明,拇指和食指康复训练机器人机构的构型设计合理,康复原理和方案可行,可以应用于手部功能障碍患者的康复训练中。
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242

【参考文献】

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本文编号：1279184