面向手指对称康复的近同步控制系统及方法

发布时间：2021-02-18 17:32

　　随着社会老龄化程度的不断提高,因脑卒中等造成的手部功能障碍患者的数量逐年增加。手是人体的重要组成部分,手部功能损伤将严重影响患者的正常生活。手指康复机器人可通过弯曲和伸展帮助手部偏瘫患者进行手部运动功能康复,使患者早日回到正常的社会生活。针对手指偏瘫患者的手部功能康复需求,本文设计了一种面向手指对称康复的近同步控制系统。将Leap Motion控制器的角度采集系统实时采集的手指姿态数据用于训练遗传算法优化的BP神经网络,得出的手指姿态预测结果驱动手指康复机器人进行动作,帮助手指偏瘫患者完成手指的对称动作,以恢复残疾手指的运动功能。本文成功研制出了实验样机,并对各项指标进行测试,达到了如下指标:对称动作恢复准确度达到了 95%以上;姿态预测准确度达到了 96%以上;上、下位机姿态解算至动作执行的延时控制在1s以内。实验样机系统满足各项设计指标,达到预期效果。首先,本文设计了“三指”机械手结构的手指康复机器人执行机构。该机构包含大拇指、食指和中指三个机械结构,共6个自由度。这种设计保证手掌能够在完成正常手90%动作的前提下,简化控制策略,快速完成对称康复动作。同时大幅度减轻机械手重量,提升... 

【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校

【文章页数】：69 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１．２?Ｐａｎａｇｉｏｔｉｓ?Ｐｏｌｙｇｅｒｉｎｏｓ等研制的柔性手指康复装置??２０１６年，美国芝加哥伊利诺伊大学的研究人员设计了一种手指康复装置［１７］，??

?第１章引言???该装置可以缓慢移动电缆（电缆位移为４ｍｍ／ｓ或更小）以缓解由于拉伸引起的??任何痉挛响应。在主动训练模式中，可以实施比例－积分－微分（ＰＩＤ）闭环控制??器，以便每个线性电动机提供恒定的伸展力。何该装置所需的康复周期较长。??图１．３芝加哥伊利诺伊大学研制的手指康复装置??２０１８年，日本的庆应大学研发了一款单驱动手指外骨骼康复机器人［〗８］，如??图１．４所示。该康复装置由直线电动机、编码器、滑块连接器、软线、压力传感??器、手部外骨骼等构成。其采用的是双边控制策略，使用者在进行康复训练时，??可用健侧手在人机交互界面上控制主系统，力传感器和编码器将力信息和位置??信息传送至从系统中，从系统通过软线控制外骨骼结构带动患侧手指进行康复??运动。该手指康复装置的优点是其柔性机构使患者在康复过程中更具舒适性，且??外骨骼架构较为轻便，重量轻。但该装置只能对一个手指进行康复训练，应用面??不够广泛。??图１．４日本庆应大学研制的单驱动手指外骨骼康复装置??１．２．２国内研究现状??我国探索康复机器人的历史较短，因而研宄技术还落后于发达国家。目前国??４??

?第１章引言???该装置可以缓慢移动电缆（电缆位移为４ｍｍ／ｓ或更小）以缓解由于拉伸引起的??任何痉挛响应。在主动训练模式中，可以实施比例－积分－微分（ＰＩＤ）闭环控制??器，以便每个线性电动机提供恒定的伸展力。何该装置所需的康复周期较长。??图１．３芝加哥伊利诺伊大学研制的手指康复装置??２０１８年，日本的庆应大学研发了一款单驱动手指外骨骼康复机器人［〗８］，如??图１．４所示。该康复装置由直线电动机、编码器、滑块连接器、软线、压力传感??器、手部外骨骼等构成。其采用的是双边控制策略，使用者在进行康复训练时，??可用健侧手在人机交互界面上控制主系统，力传感器和编码器将力信息和位置??信息传送至从系统中，从系统通过软线控制外骨骼结构带动患侧手指进行康复??运动。该手指康复装置的优点是其柔性机构使患者在康复过程中更具舒适性，且??外骨骼架构较为轻便，重量轻。但该装置只能对一个手指进行康复训练，应用面??不够广泛。??图１．４日本庆应大学研制的单驱动手指外骨骼康复装置??１．２．２国内研究现状??我国探索康复机器人的历史较短，因而研宄技术还落后于发达国家。目前国??４??


本文编号：3039867