新型绳传动混联肘腕康复机器人的设计与分析
发布时间：2021-01-21 13:08
肘关节和腕关节是日常生活中最容易受到损伤的关节,受伤之后需要合理的康复训练才能恢复。本文基于肘腕关节的康复运动特点,提出一种新型绳传动混联肘腕康复机器人,并对其进行了运动学、工作性能等方面的研究。首先,分析了肘腕关节的解剖学结构和康复训练医学机理,从原理上设计了（2-SPS/U）&RR的串并混联机构构型。在构型设计的基础上,完成了肘腕康复机器人的整体结构设计,其结构由移动支撑装置、驱动模块及肘腕康复机构三个部分组成,驱动模块采用线管钢丝绳传动系统,具有结构简单、布局灵活、可以将驱动系统和执行机构分离等优点,同时设计了多处尺寸调节装置,可以适应不同身高体重的病人。其次,对新型绳传动混联肘腕康复机器人进行了运动学分析。首先求解了腕部并联机构的运动学正反解,并根据具体实例验证了其运动学解的正确性。绘制了腕部并联机构的运动曲线,结果表明动平台以恒定角速度运动时驱动绳索运动平稳,说明了腕部并联机构的可行性。然后将腕部并联机构等效为虎克铰与肘部康复机构串联,将整个混联机构等效为一个串联机构,基于D-H法求解了其运动学方程和雅克比矩阵,并验证了运动学方程的正确性,为后面的分析提供了理论依据。...
【文章来源】： 马志广 河北工业大学
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MIT-MANUS机器人
院的N.Hogan和H.LKerbs研究完成了一台具有重量补偿作用的名为MIT–MANUS的上肢康复训练机器人[12]，如图1.1所示。该机器人是一种五连杆机构，具有2个自由度。该机器人可以通过牵引患者的手臂来带动肘关节和肩关节的康复训练，而且患者可以根据自身的情况设置运动轨迹以适合自己的康复。该机器人还可以采集康复训练过程中的信息，并且可以将运动信息反映在电脑上给人实时反馈[13-15]。后来他们在MANUS的基础上提出了2-DOF腕关节康复机构[16-17]，与肘部和肩部训练模块结合构成了一个完整的系统，该系统具有4个自由度，如图1.2所示。图1.1MIT-MANUS机器人图1.2改进后的MIT-MANUS机器人2000年，美国加州大学与芝加哥康复研究所提出了一种具有1个主动自由度，2个被动自由度的3-DOF上肢康复机器人ARM-Guide[18-19]，如图1.3所示。其主动自由度是由直线导轨来带动前臂的屈曲，直线导轨由电机驱动。在进行康复训练的时候，患者需要将上臂绑在康复机器人的夹板上，然后由机器人带动手臂沿着滑轨运动。后来该机器人经过改进，增加了活动度测量功能，并且增加了传感器可以将患者康复训练过程中的力信号传给计算机，通过计算机的分析处理得出数据，医生就可以根据数
河北工业大学硕士学位论文3据进行个性化定制，制定适合患者的康复训练方案。但是该上肢康复机器人的自由度较少，训练模式比较单一。2002年，英国利兹大学研发了一种iPAM双臂康复机器人系统[20]，如图1.4所示。该系统由气动肌肉驱动，由双机械臂牵引患者的上肢，实现上肢关节的康复训练。该系统可以记录康复训练过程中手臂与机械臂的力，用于医生进行分析，制定康复训练方案。图1.3ARM-Guide机器人图1.4iPAM机器人意大利帕多瓦大学提出了一种三自由度的上肢康复机器人NeReBot[21]，如图1.5所示。该机器人采用绳索驱动，通过牵引患者的上肢对患者的肩、肘进行康复训练，而且该系统具有图形采集功能。日本大阪大学研制了一款名为EMUL的上肢康复机器人[22]，如图1.6所示。该机器人采用串联机构，通过牵引患者的手部实现腕部、肘部、肩部的康复训练，具有6个自由度，并且具有重力补偿和游戏模块，增加了安全性、趣味性。图1.5NeReBot机器人图1.6EMUL机器人Balgrist大学附属医院和瑞士皇家理工学院共同研制了6-DOF上肢康复训练机器人，名为ARMin[23]，如图1.7所示。该机器人可以实现肩关节的旋转、屈曲、大臂转
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Matlab的机械手运动学分析与仿真[J]. 陈洋,管殿柱. 湖北汽车工业学院学报. 2016(04)
[2]腕功能康复机器人的设计与分析[J]. 李明强,谢叻. 机械设计与研究. 2016(04)
[3]一类不满足Pieper准则的机器人逆运动学解析解获取方法[J]. 于凌涛,王文杰,王正雨,谷庆,王岚. 机器人. 2016(04)
[4]基于外骨骼的可穿戴式上肢康复机器人设计与研究[J]. 许祥,侯丽雅,黄新燕,章维一. 机器人. 2014(02)
[5]上肢康复机器人研究现状的分析[J]. 杨启志,曹电锋,赵金海. 机器人. 2013(05)
[6]机器人技术研究进展[J]. 谭民,王硕. 自动化学报. 2013(07)
[7]运动医学与运动疗法[J]. 李善华,屈红林. 中国组织工程研究与临床康复. 2007(45)
[8]基于ADAMS的机器人动力学仿真分析[J]. 白丽平. 机电工程. 2007(07)
[9]一关节型机械臂运动学分析及雅可比矩阵求解[J]. 侯国柱,孔庆忠. 宁夏工程技术. 2007(01)
[10]前臂复合伤术后的早期康复治疗[J]. 张旭. 中华物理医学与康复杂志. 2004(11)
博士论文
[1]绳牵引并联机器人的力学分析与性能优化[D]. 苏宇.西安电子科技大学 2014
[2]上肢康复机器人及相关控制问题研究[D]. 吴军.华中科技大学 2012
[3]生物融合式康复机构理论与应用研究[D]. 边辉.燕山大学 2011
[4]基于sEMG信号的外骨骼式机器人上肢康复系统研究[D]. 李庆玲.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]六自由度外骨骼上肢康复机器人的设计和分析[D]. 张帆.天津理工大学 2015
[2]基于外骨骼的上肢康复机器人设计与研究[D]. 许祥.南京理工大学 2014
[3]上肢康复机器人设计与运动规划[D]. 李妍姝.东华大学 2012
[4]运动康复对于肘关节骨折疗效评价的临床研究[D]. 陈晟.南昌大学 2009
[5]肘关节康复训练装置的研究[D]. 杨明.华中科技大学 2008
[6]五自由度机械手的运动学和动力学分析[D]. 陈雷.河北工业大学 2006
本文编号：2991223
【文章来源】： 马志广 河北工业大学
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MIT-MANUS机器人
院的N.Hogan和H.LKerbs研究完成了一台具有重量补偿作用的名为MIT–MANUS的上肢康复训练机器人[12]，如图1.1所示。该机器人是一种五连杆机构，具有2个自由度。该机器人可以通过牵引患者的手臂来带动肘关节和肩关节的康复训练，而且患者可以根据自身的情况设置运动轨迹以适合自己的康复。该机器人还可以采集康复训练过程中的信息，并且可以将运动信息反映在电脑上给人实时反馈[13-15]。后来他们在MANUS的基础上提出了2-DOF腕关节康复机构[16-17]，与肘部和肩部训练模块结合构成了一个完整的系统，该系统具有4个自由度，如图1.2所示。图1.1MIT-MANUS机器人图1.2改进后的MIT-MANUS机器人2000年，美国加州大学与芝加哥康复研究所提出了一种具有1个主动自由度，2个被动自由度的3-DOF上肢康复机器人ARM-Guide[18-19]，如图1.3所示。其主动自由度是由直线导轨来带动前臂的屈曲，直线导轨由电机驱动。在进行康复训练的时候，患者需要将上臂绑在康复机器人的夹板上，然后由机器人带动手臂沿着滑轨运动。后来该机器人经过改进，增加了活动度测量功能，并且增加了传感器可以将患者康复训练过程中的力信号传给计算机，通过计算机的分析处理得出数据，医生就可以根据数
河北工业大学硕士学位论文3据进行个性化定制，制定适合患者的康复训练方案。但是该上肢康复机器人的自由度较少，训练模式比较单一。2002年，英国利兹大学研发了一种iPAM双臂康复机器人系统[20]，如图1.4所示。该系统由气动肌肉驱动，由双机械臂牵引患者的上肢，实现上肢关节的康复训练。该系统可以记录康复训练过程中手臂与机械臂的力，用于医生进行分析，制定康复训练方案。图1.3ARM-Guide机器人图1.4iPAM机器人意大利帕多瓦大学提出了一种三自由度的上肢康复机器人NeReBot[21]，如图1.5所示。该机器人采用绳索驱动，通过牵引患者的上肢对患者的肩、肘进行康复训练，而且该系统具有图形采集功能。日本大阪大学研制了一款名为EMUL的上肢康复机器人[22]，如图1.6所示。该机器人采用串联机构，通过牵引患者的手部实现腕部、肘部、肩部的康复训练，具有6个自由度，并且具有重力补偿和游戏模块，增加了安全性、趣味性。图1.5NeReBot机器人图1.6EMUL机器人Balgrist大学附属医院和瑞士皇家理工学院共同研制了6-DOF上肢康复训练机器人，名为ARMin[23]，如图1.7所示。该机器人可以实现肩关节的旋转、屈曲、大臂转
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Matlab的机械手运动学分析与仿真[J]. 陈洋,管殿柱. 湖北汽车工业学院学报. 2016(04)
[2]腕功能康复机器人的设计与分析[J]. 李明强,谢叻. 机械设计与研究. 2016(04)
[3]一类不满足Pieper准则的机器人逆运动学解析解获取方法[J]. 于凌涛,王文杰,王正雨,谷庆,王岚. 机器人. 2016(04)
[4]基于外骨骼的可穿戴式上肢康复机器人设计与研究[J]. 许祥,侯丽雅,黄新燕,章维一. 机器人. 2014(02)
[5]上肢康复机器人研究现状的分析[J]. 杨启志,曹电锋,赵金海. 机器人. 2013(05)
[6]机器人技术研究进展[J]. 谭民,王硕. 自动化学报. 2013(07)
[7]运动医学与运动疗法[J]. 李善华,屈红林. 中国组织工程研究与临床康复. 2007(45)
[8]基于ADAMS的机器人动力学仿真分析[J]. 白丽平. 机电工程. 2007(07)
[9]一关节型机械臂运动学分析及雅可比矩阵求解[J]. 侯国柱,孔庆忠. 宁夏工程技术. 2007(01)
[10]前臂复合伤术后的早期康复治疗[J]. 张旭. 中华物理医学与康复杂志. 2004(11)
博士论文
[1]绳牵引并联机器人的力学分析与性能优化[D]. 苏宇.西安电子科技大学 2014
[2]上肢康复机器人及相关控制问题研究[D]. 吴军.华中科技大学 2012
[3]生物融合式康复机构理论与应用研究[D]. 边辉.燕山大学 2011
[4]基于sEMG信号的外骨骼式机器人上肢康复系统研究[D]. 李庆玲.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]六自由度外骨骼上肢康复机器人的设计和分析[D]. 张帆.天津理工大学 2015
[2]基于外骨骼的上肢康复机器人设计与研究[D]. 许祥.南京理工大学 2014
[3]上肢康复机器人设计与运动规划[D]. 李妍姝.东华大学 2012
[4]运动康复对于肘关节骨折疗效评价的临床研究[D]. 陈晟.南昌大学 2009
[5]肘关节康复训练装置的研究[D]. 杨明.华中科技大学 2008
[6]五自由度机械手的运动学和动力学分析[D]. 陈雷.河北工业大学 2006
本文编号：2991223
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/2991223.html
