末端主被动式上肢康复机器人的结构设计
发布时间：2021-08-08 20:46
脑卒中是一种发病率高,致残、致死率高的急性脑血管疾病。对于术后偏瘫患者,现在较为普遍的康复治疗方法为运动疗法。主要依靠理疗师一对一的对患者进行康复训练,时间长,运动不精准,对患者的康复情况没有直观的量化分析。而且目前专业理疗师数量少,无法满足患者的康复需求。康复机器人可以让理疗师免于不断重复枯燥的体力工作,效率更高,对患者的康复治疗具有重要意义。因此,本文针对上肢偏瘫患者临床康复要求,对上肢康复机器人进行了研究,提出了一种具有减重的末端主被动式上肢康复机器人设计方案。文章中主要完成了以下内容:针对国内外现有的上肢康复机器人发展状况,分析了市场上现有上肢康复机器人的特点,依据人体上肢结构和各关节自由度的运动范围,基于Creo三维设计软件设计了一种新型的上肢康复机器人。该机器人是一种末端主被动式上肢康复机器人,可以实现躺姿康复或坐姿康复以满足偏瘫患者不同恢复时期的训练需求,能够适用主动康复和被动康复,同时也可以实现左右臂互换;为了减小患者主动康复时施加的肌力,设计了一种气动平衡装置对康复臂自重进行平衡;对机器人结构中采用的关键零部件诸如电机、减速器、气缸等进行了计算和选型。根据临床经验,通...
【文章来源】：青岛大学山东省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1.1两自由度末端牵引机器人
青岛大学硕士学位论文2中国在康复机器人研究领域起步较晚，但是随着国家经济的高速发展以及科研政策的扶持，国内的高校科研单位和医疗器械研发公司在该领域进行了深入的研究，并取得了一系列较高水平的科研成果。中国较早从事康复机器人研究的清华大学，设计出了一种如图1.1所示的两个自由度的末端牵引式上肢康复机器人，通过二连杆的结构形式可以实现平面内运动。此康复机器人兼具多种训练模式，被动训练、辅助主动训练及约束阻抗训练等[10,11,12]。图1.1两自由度末端牵引机器人华中科技大学开发了如图1.2所示的6自由度末端牵引式上肢康复机器人，能够实现空间内三个正交方向的平行移动和三个方向的旋转运动。康复机器人利用龙门的设计方式，使得整个机器人的运动行程大大增加，空间6个自由度的设计方式，增加了灵活度，使得末端工具可以完成任意动作[13,14]。图1.2龙门式末端牵引上肢康复机器人哈尔滨工业大学设计的如图1.3所示康复机器人，这是一款外骨骼式的上肢康复机器人，它具有5个自由度。能够进行肩关节的前屈和后伸训练、肩关节的旋内和旋外训练，肘关节的屈曲和伸展训练，腕关节背屈和掌伸及腕关节的外展和内收训练，可以进行左右臂的互换，可以有效完成肩、肘、腕康复训练[15]。
青岛大学硕士学位论文3图1.35自由度外骨骼式上肢康复机器人广州一康医疗设备实业有限公司研发设计了两款上肢康复机器人，并已投入市场应用。第一款是如图1.4所示的肢体智能反馈训练系统A2，有6个自由度能实现肩、肘、腕关节单独与组合康复系统，同时设备具有减重系统，可以针对患者不同康复期肢体力量进行减重跟负重训练。第二款是如图1.5所示的上肢训练与评估系统A6，具有6个自由度，五种训练模式，被动模式、主被动模式、主动模式、处方模式和轨迹编辑模式；每种款模式都有对应的游戏进行训练[16]。图1.4肢体智能反馈训练系统A2图1.5上肢训练与评估系统A61.2.2国外研究现状加利福尼亚大学的P.S.lum最早对上肢康复机器人进行研究，他设计了一种如图1.6所示的双手康复装置（手-物-手系统），该装置是为了有效锻炼双手的协同工作能力来满足日常工作生活需求，康复训练时患者用正常一侧的肢体带动患侧的肢
【参考文献】：
期刊论文
[1]危重症患者肌力评定方法的研究进展[J]. 潘世琴,王丽,王玉宇. 中国康复理论与实践. 2019(09)
[2]上肢机器人训练对脑卒中恢复期患者上肢运动功能的影响研究[J]. 刘结梅,陈国梁,蔡奇芳,冯杰扬. 中国现代医生. 2019(19)
[3]强制性运动训练对脑卒中患者上肢运动功能康复疗效的研究[J]. 方彩莲,黄平香,吕雪霞. 中国现代医生. 2019(15)
[4]我国脑卒中防治仍面临巨大挑战——《中国脑卒中防治报告2018》概要[J]. 王陇德,刘建民,杨弋,彭斌,王伊龙. 中国循环杂志. 2019(02)
[5]肢体康复机器人研究现状及进展[J]. 任武,陈秋冰,崔雅静,于婷婷,雷婉月,吴阳,于毅. 新乡医学院学报. 2018(08)
[6]基于力反馈的上肢康复机器人[J]. 李世远,李双鲲,高翔,蔡杰. 齐齐哈尔大学学报(自然科学版). 2015(01)
[7]龙门式上肢偏瘫康复训练机器人[J]. 张宇,孙容磊,王晓红. 机械设计与制造. 2014(07)
[8]神经可塑性与脑卒中后运动功能恢复的研究进展[J]. 袁栋才,张凤春,魏巍,郑磊. 中国康复医学杂志. 2014(04)
[9]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)
[10]脑卒中恢复期躯体运动障碍的康复治疗与护理探析[J]. 王之庆,王荣. 中外医学研究. 2011(11)
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
[2]手臂康复机器人系统研究[D]. 杨勇.哈尔滨工程大学 2009
硕士论文
[1]外骨骼上肢康复机器人肩胛带联动机构及康复臂的结构设计[D]. 汪彦慧.青岛大学 2019
[2]多功能上肢康复机器人主被动控制算法研究[D]. 冷炳营.青岛大学 2018
[3]大幅面PE薄膜料切割设备的设计[D]. 李青青.青岛大学 2018
[4]上肢三自由度康复训练机器人设计及仿真分析[D]. 李勇.西南交通大学 2018
[5]上肢康复辅助训练机器人的设计[D]. 赵峰.西安电子科技大学 2014
[6]末端导引康复机器人机构设计与实现[D]. 王晓红.华中科技大学 2013
[7]五自由度上肢康复机器人康复评价系统的研究与实现[D]. 张维秋.东北大学 2012
[8]上肢偏瘫康复机器人研究[D]. 吕超.上海交通大学 2011
[9]基于ANSYS Workbench的扫描仪结构分析[D]. 刘文剑.西安电子科技大学 2009
[10]偏瘫上肢复合运动康复训练机器人的研制[D]. 胡宇川.清华大学 2004
本文编号：3330652
【文章来源】：青岛大学山东省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1.1两自由度末端牵引机器人
青岛大学硕士学位论文2中国在康复机器人研究领域起步较晚，但是随着国家经济的高速发展以及科研政策的扶持，国内的高校科研单位和医疗器械研发公司在该领域进行了深入的研究，并取得了一系列较高水平的科研成果。中国较早从事康复机器人研究的清华大学，设计出了一种如图1.1所示的两个自由度的末端牵引式上肢康复机器人，通过二连杆的结构形式可以实现平面内运动。此康复机器人兼具多种训练模式，被动训练、辅助主动训练及约束阻抗训练等[10,11,12]。图1.1两自由度末端牵引机器人华中科技大学开发了如图1.2所示的6自由度末端牵引式上肢康复机器人，能够实现空间内三个正交方向的平行移动和三个方向的旋转运动。康复机器人利用龙门的设计方式，使得整个机器人的运动行程大大增加，空间6个自由度的设计方式，增加了灵活度，使得末端工具可以完成任意动作[13,14]。图1.2龙门式末端牵引上肢康复机器人哈尔滨工业大学设计的如图1.3所示康复机器人，这是一款外骨骼式的上肢康复机器人，它具有5个自由度。能够进行肩关节的前屈和后伸训练、肩关节的旋内和旋外训练，肘关节的屈曲和伸展训练，腕关节背屈和掌伸及腕关节的外展和内收训练，可以进行左右臂的互换，可以有效完成肩、肘、腕康复训练[15]。
青岛大学硕士学位论文3图1.35自由度外骨骼式上肢康复机器人广州一康医疗设备实业有限公司研发设计了两款上肢康复机器人，并已投入市场应用。第一款是如图1.4所示的肢体智能反馈训练系统A2，有6个自由度能实现肩、肘、腕关节单独与组合康复系统，同时设备具有减重系统，可以针对患者不同康复期肢体力量进行减重跟负重训练。第二款是如图1.5所示的上肢训练与评估系统A6，具有6个自由度，五种训练模式，被动模式、主被动模式、主动模式、处方模式和轨迹编辑模式；每种款模式都有对应的游戏进行训练[16]。图1.4肢体智能反馈训练系统A2图1.5上肢训练与评估系统A61.2.2国外研究现状加利福尼亚大学的P.S.lum最早对上肢康复机器人进行研究，他设计了一种如图1.6所示的双手康复装置（手-物-手系统），该装置是为了有效锻炼双手的协同工作能力来满足日常工作生活需求，康复训练时患者用正常一侧的肢体带动患侧的肢
【参考文献】：
期刊论文
[1]危重症患者肌力评定方法的研究进展[J]. 潘世琴,王丽,王玉宇. 中国康复理论与实践. 2019(09)
[2]上肢机器人训练对脑卒中恢复期患者上肢运动功能的影响研究[J]. 刘结梅,陈国梁,蔡奇芳,冯杰扬. 中国现代医生. 2019(19)
[3]强制性运动训练对脑卒中患者上肢运动功能康复疗效的研究[J]. 方彩莲,黄平香,吕雪霞. 中国现代医生. 2019(15)
[4]我国脑卒中防治仍面临巨大挑战——《中国脑卒中防治报告2018》概要[J]. 王陇德,刘建民,杨弋,彭斌,王伊龙. 中国循环杂志. 2019(02)
[5]肢体康复机器人研究现状及进展[J]. 任武,陈秋冰,崔雅静,于婷婷,雷婉月,吴阳,于毅. 新乡医学院学报. 2018(08)
[6]基于力反馈的上肢康复机器人[J]. 李世远,李双鲲,高翔,蔡杰. 齐齐哈尔大学学报(自然科学版). 2015(01)
[7]龙门式上肢偏瘫康复训练机器人[J]. 张宇,孙容磊,王晓红. 机械设计与制造. 2014(07)
[8]神经可塑性与脑卒中后运动功能恢复的研究进展[J]. 袁栋才,张凤春,魏巍,郑磊. 中国康复医学杂志. 2014(04)
[9]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)
[10]脑卒中恢复期躯体运动障碍的康复治疗与护理探析[J]. 王之庆,王荣. 中外医学研究. 2011(11)
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
[2]手臂康复机器人系统研究[D]. 杨勇.哈尔滨工程大学 2009
硕士论文
[1]外骨骼上肢康复机器人肩胛带联动机构及康复臂的结构设计[D]. 汪彦慧.青岛大学 2019
[2]多功能上肢康复机器人主被动控制算法研究[D]. 冷炳营.青岛大学 2018
[3]大幅面PE薄膜料切割设备的设计[D]. 李青青.青岛大学 2018
[4]上肢三自由度康复训练机器人设计及仿真分析[D]. 李勇.西南交通大学 2018
[5]上肢康复辅助训练机器人的设计[D]. 赵峰.西安电子科技大学 2014
[6]末端导引康复机器人机构设计与实现[D]. 王晓红.华中科技大学 2013
[7]五自由度上肢康复机器人康复评价系统的研究与实现[D]. 张维秋.东北大学 2012
[8]上肢偏瘫康复机器人研究[D]. 吕超.上海交通大学 2011
[9]基于ANSYS Workbench的扫描仪结构分析[D]. 刘文剑.西安电子科技大学 2009
[10]偏瘫上肢复合运动康复训练机器人的研制[D]. 胡宇川.清华大学 2004
本文编号：3330652
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