面向肩关节康复的外骨骼机器人机构设计与研究
发布时间：2021-01-28 16:26
脑卒中所导致的上肢偏瘫是威胁人类健康的病因中的首要病因。越来越多的偏瘫患者不但给患者家庭造成影响,也给我国经济带来很大的负担。所以,寻找更好的方法帮助偏瘫患者恢复正常生活,减轻患者和家人精神生活的压力已经成为迫切需要解决的社会问题。本文基于国内外上肢康复机器人研究的现状的,并结合运动康复理论和人体上肢生理学设计了一款肩关节外骨骼康复机器人。首先,在分析了上肢偏瘫康复理论和上肢生理结构后,设计了一种肩关节康复外骨骼机器人,并设计了传动和驱动方案。该机器人系统可以实现肩关节的屈伸、外摆内收和旋内旋外运动,同时带有重力补偿系统。其次,基于肩关节外骨骼机器人建立其机构的运动学方程,并根据D-H方法对机器人进行正运动学和逆运动学的求解。利用ADAMS软件和UG软件对其进行仿真分析,对机器人的运动学模型进行可行性验证。然后对肩关节康复机器人进行动力学的研究,采用Lagrange法建立机器人的动力学方程,并通过ADAMS对其进行动力学仿真分析,为机器人的控制奠定了基础。最后,论文研制出肩关节康复机器人的样机,并从机械本体、控制系统方面介绍了该系统。进行了关节角度误差的实验研究以及配合健康人进行单关节...
【文章来源】：南京邮电大学江苏省
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
我国脑卒中患者增长趋势
经过研究人员不断地改进康复方法和研发先进的康复设备，开人技术与康复医学相结合的交叉研究新途径，从而弥补了传统临床康复多不足之处[8]。结构上现阶段的康复机器人主要被划分为外骨骼式康复机器人和末端器人如图 1.3 所示[9]。末端式康复机器人的康复方法是，通过在机器人接触部位施加动力，从而控制患者肢体的运动，以此达到康复的目的复机器人的特点是结构简单，制造组装容易。但是此类机器人由于只有者接触，不能实现患者的单关节康复训练，所以训练方式单一。而外骨机器人是根据人体工学原理设计，其关节旋转轴线与人体关节轴线吻现患者上肢的多处与机器人进行接触，相当于在患者肢体外侧附加了一。因此，外骨骼式康复机器人可以实现多关节运动和单关节的运动，实姿态上的灵活性，在满足康复训练运动范围的同时，更容易对关节的力制，从而防止机器人对患者造成二次损伤[7]。
图 1.4 ARM Guide 康复机器人[11]2002 年，英国 Reading 大学带领的欧洲跨国研究小组，研发了一款名为ENTLE/S 的上肢康复训练机器人[12][13]如图 1.5 所示。在进行康复训练时，医师要将患者的上肢与一个名为 Haptic MASTER 的工业机器人通过吊索连接在一，康复的部位主要是肩关节和肘关节，该系统还提供重力补偿。在人机交互方，运用了虚拟现实技术，通过计算机，患者可以获得视觉上的反馈，能够帮助者及时了解康复过程，在临床实验中取得了不错的效果[10] [14][15]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]医疗机器人的实际应用及五大发展趋势[J]. 王晓行. 智能机器人. 2017(06)
[2]运动与康复[J]. 王于领. 康复学报. 2017(02)
[3]一种上肢康复机器人重力支撑装置的设计与试验研究[J]. 杨启志,宋俊朋,赵金海,曹电锋. 机械设计. 2016(03)
[4]从全球视角看中国脑卒中疾病负担的严峻性[J]. 宇传华,罗丽莎,李梅,尉景辉,孟润堂,原瑞霞. 公共卫生与预防医学. 2016(01)
[5]针灸治疗脑卒中患者偏瘫步态疗效的系统评价[J]. 林梅琴,柳维林. 康复学报. 2015(01)
[6]上肢运动康复外骨骼肩关节优化设计与系统应用[J]. 严华,杨灿军,陈杰. 浙江大学学报(工学版). 2014(06)
[7]特殊环境移动机器人运动学及工作空间分析[J]. 吉星春,颜国正,王志武,柯全,罗伟杰. 现代制造工程. 2014(02)
[8]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)
[9]中国脑卒中康复治疗指南（2011完全版）[J]. 张通. 中国医学前沿杂志(电子版). 2012(06)
[10]基于Matlab的七自由度机械手逆运动学分析及仿真[J]. 宁祎,陈志苓. 科学技术与工程. 2012(07)
博士论文
[1]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]六自由度关节式机器人系统研制与轨迹规划方法研究[D]. 李晓.华东理工大学 2017
[2]康复用外骨骼上肢机械臂仿生结构研究[D]. 李海涛.青岛大学 2016
[3]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
[4]上肢康复机器人系统设计[D]. 陈朋举.长安大学 2014
[5]六自由度外骨骼式上肢康复机器人设计[D]. 张辉.东华大学 2014
[6]穴位透剌针法对中风偏瘫的影响[D]. 阮黎清俊.广州中医药大学 2013
[7]上肢外骨骼康复机器人控制系统研究[D]. 常微微.河北工业大学 2013
[8]肩关节康复训练机器人的设计与研究[D]. 蔡峰.大连交通大学 2012
[9]五自由度机械臂运动和控制仿真分析[D]. 任崇轩.华南理工大学 2012
[10]基于ADAMS的焊接机器人动力学仿真研究[D]. 陈鲁刚.江南大学 2012
本文编号：3005302
【文章来源】：南京邮电大学江苏省
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
我国脑卒中患者增长趋势
经过研究人员不断地改进康复方法和研发先进的康复设备，开人技术与康复医学相结合的交叉研究新途径，从而弥补了传统临床康复多不足之处[8]。结构上现阶段的康复机器人主要被划分为外骨骼式康复机器人和末端器人如图 1.3 所示[9]。末端式康复机器人的康复方法是，通过在机器人接触部位施加动力，从而控制患者肢体的运动，以此达到康复的目的复机器人的特点是结构简单，制造组装容易。但是此类机器人由于只有者接触，不能实现患者的单关节康复训练，所以训练方式单一。而外骨机器人是根据人体工学原理设计，其关节旋转轴线与人体关节轴线吻现患者上肢的多处与机器人进行接触，相当于在患者肢体外侧附加了一。因此，外骨骼式康复机器人可以实现多关节运动和单关节的运动，实姿态上的灵活性，在满足康复训练运动范围的同时，更容易对关节的力制，从而防止机器人对患者造成二次损伤[7]。
图 1.4 ARM Guide 康复机器人[11]2002 年，英国 Reading 大学带领的欧洲跨国研究小组，研发了一款名为ENTLE/S 的上肢康复训练机器人[12][13]如图 1.5 所示。在进行康复训练时，医师要将患者的上肢与一个名为 Haptic MASTER 的工业机器人通过吊索连接在一，康复的部位主要是肩关节和肘关节，该系统还提供重力补偿。在人机交互方，运用了虚拟现实技术，通过计算机，患者可以获得视觉上的反馈，能够帮助者及时了解康复过程，在临床实验中取得了不错的效果[10] [14][15]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]医疗机器人的实际应用及五大发展趋势[J]. 王晓行. 智能机器人. 2017(06)
[2]运动与康复[J]. 王于领. 康复学报. 2017(02)
[3]一种上肢康复机器人重力支撑装置的设计与试验研究[J]. 杨启志,宋俊朋,赵金海,曹电锋. 机械设计. 2016(03)
[4]从全球视角看中国脑卒中疾病负担的严峻性[J]. 宇传华,罗丽莎,李梅,尉景辉,孟润堂,原瑞霞. 公共卫生与预防医学. 2016(01)
[5]针灸治疗脑卒中患者偏瘫步态疗效的系统评价[J]. 林梅琴,柳维林. 康复学报. 2015(01)
[6]上肢运动康复外骨骼肩关节优化设计与系统应用[J]. 严华,杨灿军,陈杰. 浙江大学学报(工学版). 2014(06)
[7]特殊环境移动机器人运动学及工作空间分析[J]. 吉星春,颜国正,王志武,柯全,罗伟杰. 现代制造工程. 2014(02)
[8]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)
[9]中国脑卒中康复治疗指南（2011完全版）[J]. 张通. 中国医学前沿杂志(电子版). 2012(06)
[10]基于Matlab的七自由度机械手逆运动学分析及仿真[J]. 宁祎,陈志苓. 科学技术与工程. 2012(07)
博士论文
[1]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]六自由度关节式机器人系统研制与轨迹规划方法研究[D]. 李晓.华东理工大学 2017
[2]康复用外骨骼上肢机械臂仿生结构研究[D]. 李海涛.青岛大学 2016
[3]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
[4]上肢康复机器人系统设计[D]. 陈朋举.长安大学 2014
[5]六自由度外骨骼式上肢康复机器人设计[D]. 张辉.东华大学 2014
[6]穴位透剌针法对中风偏瘫的影响[D]. 阮黎清俊.广州中医药大学 2013
[7]上肢外骨骼康复机器人控制系统研究[D]. 常微微.河北工业大学 2013
[8]肩关节康复训练机器人的设计与研究[D]. 蔡峰.大连交通大学 2012
[9]五自由度机械臂运动和控制仿真分析[D]. 任崇轩.华南理工大学 2012
[10]基于ADAMS的焊接机器人动力学仿真研究[D]. 陈鲁刚.江南大学 2012
本文编号：3005302
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/zidonghuakongzhilunwen/3005302.html
