一种新型外骨骼手指康复机器人结构设计及特性评价
本文选题:外骨骼手指康复机器人 + 可穿戴主从控制 ; 参考:《天津理工大学》2017年硕士论文
【摘要】:中风被医学界公认为是威胁人类健康的三大疾病之一,而中风后导致偏瘫的概率达百分之五十以上,此类患者的康复需求引起了社会各界的极大关注。中风患者因失去了其运动功能丧失了生活自理的能力,严重者身体完全瘫痪。手作为人体在日常生活中使用最频繁的器官,因此手部的康复训练成为中风患者最急需康复的内容。本课题调研了国内外刚性和软体外骨骼手指康复机器人系统,结合了两者的优点重新设计了一套刚性外骨骼式机器人系统,用于辅助偏瘫患者在康复初期进行手指的屈伸运动训练。设计之前,对人手的结构组织进行了相关研究,了解了手部组织及骨骼构成,并依据D-H参数法对人手指结构进行分析,最后得到其空间运动模型,为机器人结构设计提供理论基础。本系统采用电动驱动的方式,采用步进电机作为动力源,可以实现比较精确的控制,可以使电机停止在某一个任意的位置,也就是使得患者的手指可以随时停止在某一设定的位置。在控制系统设计过程中,应用了程序控制和主从控制两种控制方式。程序控制,主要是针对患病比较严重的中风和偏瘫患者来说的,该患者穿戴好外骨骼手指康复机器人,按照设定好的程序可实现机器人按照既定的运动方式对患者的手指进行特定的康复训练。同时,贴附在患者手指上的弯曲传感器实时监测患者手指的弯曲角度信息,以便于观察患者的康复训练情况。主从控制方式,主要是针对患病比较轻的患者来说的。主从式控制方式就是让患者自身的正常一侧的手指去控制患病一侧的手指,实现自主控制。本文还针对设计好的外骨骼手指康复机器人进行了运动学仿真,以便为该机器人提供有力的理论支撑。首先将设计好的外骨骼手指康复机器人模型导入到ADAMS仿真软件中,并将各个连接关节重新建立约束条件,设置好驱动函数后,就得到了机器人上的标记点的运动信息(弯曲角度、角速度和角加速度)。从仿真结果可以看出,该外骨骼手指康复机器人具有很好的柔顺性,在运动过程中可以很顺畅地完成设定好的弯曲/伸展动作。在最后,对设计出来的外骨骼手指康复机器人进行了相应的特性评价。该特性评价实验主要应用了前面提到的主从控制的方式对机器人进行弯曲角度的评价,并得到了主从端的实时性,以此来判断该外骨骼手指康复机器人的实时性。实验表明,该机器人具有很好的实时性,从端的动作基本和主端动作完全一致,且具有很好的跟随性。
[Abstract]:Stroke is the medical profession recognized as one of the three major diseases which threaten human health, and after stroke hemiplegia due to the probability of more than fifty percent, the rehabilitation needs of these patients caused great concern in the community. Stroke patients lost their motor function loss of self-care ability, serious physical hand is completely paralyzed. The most frequently used in the daily life of the organ, so the hand rehabilitation training has become the most urgent need of rehabilitation in stroke patients. The contents of this topic research on the domestic and foreign software and rigid exoskeleton finger rehabilitation robot system, combines the advantages of the new design of a rigid exoskeleton robot system for assisting hemiplegic patients in the early rehabilitation of finger flexion and extension training. Before the design, the structure of the organization staff carried out relevant research, understanding of hand tissue and bones, and On the basis of the structure of human fingers was analyzed by D-H parameter method, and finally get the space movement model, provide a theoretical basis for the structural design of the robot. This system uses electric drive and stepper motor is used as power source, can achieve more accurate control, can make the electric machine stopped at a certain arbitrary location, which is made the patient's finger can stop at a set position. In the control system design process, using program control and master-slave control two control mode. Program control, mainly for the prevalence of severe in wind and hemiplegic patients, the patients wear exoskeleton finger rehabilitation robot, according to the set the program can realize the robot rehabilitation training specific to the patient's finger movement in accordance with established. At the same time, attached to the patient's finger on the bending sensor for real-time monitoring of patients The bending angle of the fingers of the information, to facilitate the observation of patients with rehabilitation training. The master-slave control mode, mainly for the prevalence of relatively light patients. The master-slave control way is to let the normal side of the patient's own fingers to control the sick side of fingers, to achieve self master control. Aiming at the exoskeleton finger rehabilitation robot the design of kinematics simulation, in order to provide strong theoretical support for the robot. First the exoskeleton finger rehabilitation robot model into ADAMS simulation software, and each connection joint re establishing constraints, set the function driver, we get the information on the robot marker (bending angle, angular velocity and angular acceleration). The simulation results show that the exoskeleton finger rehabilitation robot has excellent compliance, in the process of movement can be To smoothly finish setting the bending / stretching movements. In the end, the characteristics of the corresponding evaluation on exoskeleton finger rehabilitation robot designed. Experimental evaluation of the characteristics of the main application of the evaluation mentioned in the master-slave control way of the bending angle of the robot, and get real-time master-slave end of this. To determine the real-time performance of the exoskeleton finger rehabilitation robot. Experimental results show that the robot has good real-time performance, from the end of the basic movements and main end action is completely consistent, and has the following good.
【学位授予单位】:天津理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TP242
【相似文献】
相关期刊论文 前10条
1 王耀兵,季林红,王广志,黄靖远;脑神经康复机器人研究的进展与前景[J];中国康复医学杂志;2003年04期
2 王耀兵,季林红,黄靖远;一种神经康复机器人的研制[J];机械科学与技术;2005年02期
3 李庆玲;孙立宁;杜志江;;上肢康复机器人发展现状的分析与研究[J];机械设计;2008年09期
4 ;下肢康复机器人[J];中国医疗器械杂志;2012年06期
5 杨启志;曹电锋;赵金海;;上肢康复机器人研究现状的分析[J];机器人;2013年05期
6 高从军;欧洲康复机器人发展现况及前景[J];机器人技术与应用;1999年05期
7 程明,任宇鹏,高小榕,王广志,季林红,高上凯;脑电信号控制康复机器人的关键技术[J];机器人技术与应用;2003年04期
8 杜志江,孙传杰,陈艳宁;康复机器人研究现状[J];中国康复医学杂志;2003年05期
9 徐国政;宋爱国;李会军;;康复机器人系统结构及控制技术[J];中国组织工程研究与临床康复;2009年04期
10 邢科新;黄剑;徐琦;何际平;姜军庆;;手功能康复机器人的鲁棒控制研究[J];计算技术与自动化;2009年01期
相关会议论文 前10条
1 郭学军;;下肢康复机器人的临床研究与未来展望[A];2012中国康复医学会实用康复论坛暨运动康复新理念培训班资料汇编[C];2012年
2 王俊华;;康复机器人发展概况[A];中国康复医学会脑血管病专业委员会换届暨第十五次全国脑血管病康复学术年会、湖南省康复医学会神经康复专业委员会2012学术年会论文集[C];2012年
3 毕胜;季林红;纪树荣;;神经康复机器人研究进展[A];第四届全国康复治疗学术大会论文摘要汇编[C];2004年
4 吴军;黄剑;王永骥;;集成运动意图辨识与虚拟现实环境的上肢康复机器人[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
5 毕胜;;康复机器人训练技术[A];中国康复医学会运动疗法分会第十一届全国康复学术大会学术会议论文摘要汇编[C];2011年
6 陈勃帆;杨俊友;王硕玉;白殿春;;全方位下肢康复机器人逆运动学研究[A];第十一届沈阳科学学术年会暨中国汽车产业集聚区发展与合作论坛论文集(信息科学与工程技术分册)[C];2014年
7 白跃宏;徐义明;殷跃红;;下肢外骨骼康复机器人研制[A];中国康复医学会运动疗法分会第十一届全国康复学术大会学术会议论文摘要汇编[C];2011年
8 万大千;徐义明;白跃宏;;下肢外骨骼康复机器人研究进展[A];中国康复医学会运动疗法分会第十一届全国康复学术大会学术会议论文摘要汇编[C];2011年
9 白跃宏;徐义明;殷跃红;范渊杰;;下肢外骨骼康复机器人研制及临床应用[A];第20届中国康协肢残康复学术年会论文选集[C];2011年
10 许光旭;;步态训练的新选择——LokoHelp康复机器人[A];首届全国脑外伤治疗与康复学术大会论文汇编(上)[C];2011年
相关重要报纸文章 前6条
1 记者 刘云丽 实习生 李小蕾;我市一民企原创研发的项目填补国内相关领域空白[N];安阳日报;2012年
2 杨红军 曹洪田 王婷;科技创新攀新高 华丽转身上精品[N];江苏经济报;2010年
3 记者 陈建强 通讯员 靳莹;“纯意念控制”人工神经康复机器人问世[N];光明日报;2014年
4 通讯员 靳莹 记者 冯国梧;“纯意念控制”人工神经康复机器人问世[N];科技日报;2014年
5 记者 赵晖;瘫痪人士只要一“想”就能动[N];天津日报;2014年
6 佘惠敏;期待更多的“神工一号”[N];经济日报;2014年
相关博士学位论文 前10条
1 纪雯;五自由度上肢康复机器人训练方案及评价系统的研究[D];东北大学;2014年
2 孟凡成;上肢康复机器人的增强学习控制方法研究[D];北京理工大学;2015年
3 涂细凯;基于气动肌肉外骨骼和功能性电刺激的肢体康复技术研究[D];华中科技大学;2016年
4 邢科新;手功能康复机器人系统若干关键技术研究[D];华中科技大学;2010年
5 孙洪颖;卧式下肢康复机器人研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
6 吴军;上肢康复机器人及相关控制问题研究[D];华中科技大学;2012年
7 姜莹;全方位移动下肢康复机器人的运动控制方法研究[D];沈阳工业大学;2013年
8 杨勇;手臂康复机器人系统研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
9 史小华;坐/卧式下肢康复机器人研究[D];燕山大学;2014年
10 李醒;五自由度上肢康复机器人训练系统的研究[D];东北大学;2012年
相关硕士学位论文 前10条
1 李齐;基于加速度计的下肢康复机器人示教训练应用研究[D];燕山大学;2015年
2 梁霞;基于并联机构的腿部康复机器人运动单元研究[D];河北联合大学;2014年
3 秦江伟;被动式上肢康复机器人虚拟现实控制系统开发[D];大连海事大学;2015年
4 褚亚奇;基于患者疼痛感的康复机器人系统控制方法研究[D];沈阳理工大学;2015年
5 宋新旺;上肢运动功能康复机器人系统的研究与开发[D];上海应用技术学院;2015年
6 张莹;上下肢协同康复机器人的研究[D];上海交通大学;2015年
7 张瑞雪;三自由度主动式上肢康复机器人结构设计与开发[D];大连海事大学;2015年
8 周海涛;下肢外骨骼康复机器人结构设计及控制方法研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
9 王翔宇;基于主动康复策略的手部外骨骼机器人控制与实验研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
10 徐文墨;基于sEMG的上肢康复机器人控制系统研究[D];华北理工大学;2015年
,本文编号:1768450
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/1768450.html