手功能康复机器人逐步辅助策略设计与实验效果评价

发布时间：2020-08-13 16:36

【摘要】：作为外伤中最为常见的一种,手外伤在发生时超过半数伴随着肌腱损伤。在创伤面愈合的过程中,肌腱会与周围的组织共同生长形成粘连,这对最后的康复效果有很大的影响,需要对患指进行单指康复。在实际的康复过程中,单一控制方法很难满足不同康复阶段的需求,需要根据不同阶段特点进行控制方法设计。同时,与依靠康复医师经验相比,康复阶段评估与康复过程数字化对康复效果的提高也起到了重要的作用。首先,对手功能康复机器人系统进行了研究,包括机械系统、传感系统与人机交互系统。机械系统利用四连杆机构设计模块化关节,在鲍登线的驱动下辅助患指进行运动。传感系统主要对关节角度与关节力矩进行实时测量,通过在关节驱动线轮上安装霍尔角度传感器,测量驱动线轮角位置,并进行标定。同时,根据力矩传感器测量关节力矩的基本原理完成了力矩传感器标定试验。为增加患者在康复过程中的参与度,设计人机交互系统,利用视觉反馈吸引患者参与康复,同时在康复过程中实时调节运动参数。其次,结合范围康复期与力量康复期的特点设计了自适应辅助康复方法。针对范围与力量康复期,在患指的主活动度与超伸活动度内进行等容积的渐进式康复,以改善患者手指末端抖动与肌腱粘连的情况。通过对手指与外骨骼模型的建立,完成对机械系统运动学与静动力学的分析,结合电压阻抗自适应控制方法,实现对外骨骼运动的控制。同时,对运动学模型进行仿真,保证外骨骼工作的安全性。同时,针对协调康复期对手指灵活度的要求,设计了基于力矩观测器的辅助康复方法。根据协调康复期需要进行小范围定力矩的康复要求,对角度与力矩的控制精度要求较高。为解决回差现象对角度与力矩信息测量不准确的问题,引入力矩观测器,对鲍登线的回差特性进行补偿,并设计基于力矩观测器的辅助康复方法,帮助患者在协调康复期完成康复任务。并且对所建立的回差模型与设计的辅助康复方法进行了仿真,验证其能够达到康复要求。最后,对手康复机器人进行了运动性能测试,并进行了临床实验。在康复结束后,对康复过程及设计的两种辅助康复方法效果进行评价。根据实验结果,本文设计的自适应辅助康复方法和基于力矩观测器的辅助康复方法能根据不同时期的需求辅助患者进行康复。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP242
【图文】：

手部,康复机器人,开环控制系统,弹簧片

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文.1 开环控制系统开环控制型的手功能康复机器人是最早被研制且最先投产的，INETEC 公司（法国）研发的一种针对手指和手腕的关节进行康，如图 1-1；ORMED 公司（德国）研制的 ARTROMOT 型手部练器[5]，如图 1-2；MAREF 公司（韩国）设计的 RELIVER 型手训练器[6]，如图 1-3。采用开环控制系统的康复机器人由于没有置，整个机器人系统变得简单，康复训练更容易进行，因此近年进行研究。日本九州大学（Kyushu University）的 Jumpei ARA出了一种三层滑动弹簧片机构的外骨骼康复机器人，如图 1-4 所电机同时推动四指的中间层弹簧片带动手指做屈曲/伸展运动，大的特点。

手部,康复机器人,弹簧片,手指

如图 1-1；ORMED 公司（德国）研制的 ARTROMOT 型手部运练器[5]，如图 1-2；MAREF 公司（韩国）设计的 RELIVER 型手部训练器[6]，如图 1-3。采用开环控制系统的康复机器人由于没有安置，整个机器人系统变得简单，康复训练更容易进行，因此近年来进行研究。日本九州大学（Kyushu University）的 Jumpei ARATA出了一种三层滑动弹簧片机构的外骨骼康复机器人，如图 1-4 所示电机同时推动四指的中间层弹簧片带动手指做屈曲/伸展运动，轻大的特点。图 1-1 KINETEC 手部康复器图 1-2ARTROMOT 手指康复

【相似文献】