多自由度混联上肢康复外骨骼机构的研究
发布时间：2021-10-24 07:49
随着经济技术的不断发展和人类生活水平的提高,人类面临的疾病问题也不断增加,其中以脑卒中疾病最为明显。虽然医学技术在不断进步,脑卒中患者的存活率在上升,但由脑卒中引起的上肢偏瘫患者在逐渐增多,康复需求巨大。目前,在上肢康复医疗中,患者主要依靠一些简单的辅助器械进行康复训练,同时需要专业理疗医师一对一辅助训练,浪费了大量人力和物力,所以将机器人技术与康复医学相结合是目前国内外研究的热点。本文通过查阅大量国内外的文献资料,总结现有上肢康复机器人的优缺点,针对现有问题以及预想所设计的上肢康复外骨骼机器人能够实现的功能,旨在设计出一种多自由度混联上肢康复外骨骼机构,为上肢偏瘫患者提供安全可靠的康复训练。首先,通过对人体上肢各关节的运动规律进行研究,结合人因工程学理论,设计出一种多自由度混联上肢康复外骨骼机构,该机构是由5R串联机构与变形后的3-RPS并联机构组成,可实现患者上肢7个自由度的康复训练运动,并对关键零部件进行了静力学分析。其次,对上肢康复外骨骼机构进行运动学理论分析,建立D-H转换坐标系,分别采用分部求解法和等效机构法得到该机构的运动学正解;又采用分部求解法得到该机构的运动学反解;通...
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
近几年中国脑卒中发病率
标带有主观意识，在康复训练过程中患者被动地接受康复过程，不能确切感受到康复训练的效果，从而可能产生消极态度，不利于康复治疗。所以这种康复方式的弊端在于：首先，当患者较多时，理疗医师无法同时对多个患者进行康复训练，导致康复医师的劳动强度大；其次，由于社会缺乏专业的康复训练师，导致康复训练的治疗费用较高；再者，患者所进行的康复训练运动全靠医师的临床经验来制定，没有相应的康复反馈监测，不利于下一次的康复训练运动；最后，人工康复训练的方式对患者而言缺乏吸引力，缺少趣味性，训练效果不理想。图1-2传统的上肢康复训练Fig.1-2Traditionalupperextremityrehabilitationtraining近几年来，针对偏瘫症状的医疗康复产品有很多种，如智能轮椅、辅助康复器材等等，但这些康复产品仅限于被动训练，而且还是需要医护人员一对一辅助训练，有的甚至根本起不到康复训练运动的效果。在这样的环境下，与工业技术相结合的康复工程应运而生，越来越多的研究者将先进的工业技术与医学交叉结合，通过运用医学原理和专业的机械知识，研制出许多适用于康复训练运动的康复机器人产品。康复训练机器人是将传统的工业机器人运用到康复医学领域，是机械、信息等工程学科与康复医学科交叉结合的硕果，是促进人们生活水平的伟大实践。康复训练机器人与传统人工康复训练相比，其优势在于：第一，康复机器人不具有主观意识，也就意味着不会疲惫，并且可以提前设定好康复训练运动的各种参数，从而降低康复理疗医师的工作量，使理疗医师有更多的精力用于指定科学的合理的适用于偏瘫患者的康复训练方案；第二，康复机器人在康复训练过程中能够实现对于患者各关节或者肌肉运动以及身体状况的实时监测，避免超过患者的生理承受能力，同时理疗医师也?
青岛科技大学研究生学位论文5图1-3MIT-MANUS的平面模块图1-4手腕模块Fig.1-3PlanemoduleofMIT-MANUSFig.1-4Wristmodule图1-5MIT-MANUS康复训练机器人Fig.1-5MIT-Manusrehabilitationtrainingrobot2000年，芝加哥研究所的Kahn和美国加州大学的Reinkensmeyer共同研制出一款名为ARM-Guide的康复训练机器人，该机构能够实现上肢3个自由度的康复训练[12]，如图1-6所示。该康复机构将患者的小臂固定在托板上，通过电机带动下，小臂可沿传送带直线移动，从而实现肩关节的屈/伸；通过底部电机M的转动，可以带动小臂转动，实现肘关节的屈/伸；通过底部电机C的转动，可以实现肩关节的旋内/旋外。但该康复训练机器人仍具有一定的缺点，即训练模式过于单一，可实现的康复自由度较少。图1-6ARM-Guide三自由度上肢康复机器人Fig.1-6Armguidethreedegreeoffreedomupperlimbrehabilitationrobot2005年，瑞士苏黎世大学的RobertRiener等人研制出一种六自由度上肢康复外骨骼机器人——ARMin[13]，如图1-7所示。该上肢康复机器人与以往的不同在
【参考文献】：
期刊论文
[1]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)
[2]国内高校机器人研究现状分析[J]. 罗向阳,鲍官军. 机械. 2018(06)
[3]四自由度上肢康复机器人运动轨迹规划与仿真[J]. 杨吕剑,沈林勇,丁航. 计算机仿真. 2016(08)
[4]上肢康复机器人运动学分析与康复运动规划[J]. 李妍姝,王生泽. 机械传动. 2012(07)
[5]电力铁塔攀爬机器人工作空间的3种求解方法[J]. 刘晓宇,陆小龙,赵世平. 机械设计. 2012(05)
[6]早期康复训练对脑卒中患者肢体功能恢复的影响[J]. 李晓华. 中国实用护理杂志. 2011 (18)
[7]基于Matlab的机器人工作空间求解方法[J]. 赵燕江,张永德,姜金刚,邵俊鹏. 机械科学与技术. 2009(12)
[8]A novel 5-DOF exoskeletal rehabilitation robot system for upper limbs[J]. 李庆玲. High Technology Letters. 2009(03)
[9]上肢康复机器人发展现状的分析与研究[J]. 李庆玲,孙立宁,杜志江. 机械设计. 2008(09)
[10]运动副布置对3-SPR并联机构工作空间的影响分析[J]. 石岩,路懿. 燕山大学学报. 2008(04)
博士论文
[1]套索传动七自由度上肢外骨骼机器人系统研究[D]. 肖飞云.合肥工业大学 2018
[2]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
[3]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]3-SPR+4R上肢外骨骼混联机构运动学分析与实时仿真平台的研究[D]. 王水兰.大连交通大学 2017
[2]3-PCR并联机构运动分析与轨迹规划[D]. 岳玮琦.辽宁工程技术大学 2016
[3]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
[4]上肢偏瘫康复机器人研究[D]. 吕超.上海交通大学 2011
[5]外骨骼式下肢康复机器人的构型及其运动学分析[D]. 肖艳春.河北工业大学 2011
[6]手臂康复训练机器人控制及实验研究[D]. 佟杰.哈尔滨工程大学 2007
[7]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：3454884
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
近几年中国脑卒中发病率
标带有主观意识，在康复训练过程中患者被动地接受康复过程，不能确切感受到康复训练的效果，从而可能产生消极态度，不利于康复治疗。所以这种康复方式的弊端在于：首先，当患者较多时，理疗医师无法同时对多个患者进行康复训练，导致康复医师的劳动强度大；其次，由于社会缺乏专业的康复训练师，导致康复训练的治疗费用较高；再者，患者所进行的康复训练运动全靠医师的临床经验来制定，没有相应的康复反馈监测，不利于下一次的康复训练运动；最后，人工康复训练的方式对患者而言缺乏吸引力，缺少趣味性，训练效果不理想。图1-2传统的上肢康复训练Fig.1-2Traditionalupperextremityrehabilitationtraining近几年来，针对偏瘫症状的医疗康复产品有很多种，如智能轮椅、辅助康复器材等等，但这些康复产品仅限于被动训练，而且还是需要医护人员一对一辅助训练，有的甚至根本起不到康复训练运动的效果。在这样的环境下，与工业技术相结合的康复工程应运而生，越来越多的研究者将先进的工业技术与医学交叉结合，通过运用医学原理和专业的机械知识，研制出许多适用于康复训练运动的康复机器人产品。康复训练机器人是将传统的工业机器人运用到康复医学领域，是机械、信息等工程学科与康复医学科交叉结合的硕果，是促进人们生活水平的伟大实践。康复训练机器人与传统人工康复训练相比，其优势在于：第一，康复机器人不具有主观意识，也就意味着不会疲惫，并且可以提前设定好康复训练运动的各种参数，从而降低康复理疗医师的工作量，使理疗医师有更多的精力用于指定科学的合理的适用于偏瘫患者的康复训练方案；第二，康复机器人在康复训练过程中能够实现对于患者各关节或者肌肉运动以及身体状况的实时监测，避免超过患者的生理承受能力，同时理疗医师也?
青岛科技大学研究生学位论文5图1-3MIT-MANUS的平面模块图1-4手腕模块Fig.1-3PlanemoduleofMIT-MANUSFig.1-4Wristmodule图1-5MIT-MANUS康复训练机器人Fig.1-5MIT-Manusrehabilitationtrainingrobot2000年，芝加哥研究所的Kahn和美国加州大学的Reinkensmeyer共同研制出一款名为ARM-Guide的康复训练机器人，该机构能够实现上肢3个自由度的康复训练[12]，如图1-6所示。该康复机构将患者的小臂固定在托板上，通过电机带动下，小臂可沿传送带直线移动，从而实现肩关节的屈/伸；通过底部电机M的转动，可以带动小臂转动，实现肘关节的屈/伸；通过底部电机C的转动，可以实现肩关节的旋内/旋外。但该康复训练机器人仍具有一定的缺点，即训练模式过于单一，可实现的康复自由度较少。图1-6ARM-Guide三自由度上肢康复机器人Fig.1-6Armguidethreedegreeoffreedomupperlimbrehabilitationrobot2005年，瑞士苏黎世大学的RobertRiener等人研制出一种六自由度上肢康复外骨骼机器人——ARMin[13]，如图1-7所示。该上肢康复机器人与以往的不同在
【参考文献】：
期刊论文
[1]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)
[2]国内高校机器人研究现状分析[J]. 罗向阳,鲍官军. 机械. 2018(06)
[3]四自由度上肢康复机器人运动轨迹规划与仿真[J]. 杨吕剑,沈林勇,丁航. 计算机仿真. 2016(08)
[4]上肢康复机器人运动学分析与康复运动规划[J]. 李妍姝,王生泽. 机械传动. 2012(07)
[5]电力铁塔攀爬机器人工作空间的3种求解方法[J]. 刘晓宇,陆小龙,赵世平. 机械设计. 2012(05)
[6]早期康复训练对脑卒中患者肢体功能恢复的影响[J]. 李晓华. 中国实用护理杂志. 2011 (18)
[7]基于Matlab的机器人工作空间求解方法[J]. 赵燕江,张永德,姜金刚,邵俊鹏. 机械科学与技术. 2009(12)
[8]A novel 5-DOF exoskeletal rehabilitation robot system for upper limbs[J]. 李庆玲. High Technology Letters. 2009(03)
[9]上肢康复机器人发展现状的分析与研究[J]. 李庆玲,孙立宁,杜志江. 机械设计. 2008(09)
[10]运动副布置对3-SPR并联机构工作空间的影响分析[J]. 石岩,路懿. 燕山大学学报. 2008(04)
博士论文
[1]套索传动七自由度上肢外骨骼机器人系统研究[D]. 肖飞云.合肥工业大学 2018
[2]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
[3]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]3-SPR+4R上肢外骨骼混联机构运动学分析与实时仿真平台的研究[D]. 王水兰.大连交通大学 2017
[2]3-PCR并联机构运动分析与轨迹规划[D]. 岳玮琦.辽宁工程技术大学 2016
[3]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
[4]上肢偏瘫康复机器人研究[D]. 吕超.上海交通大学 2011
[5]外骨骼式下肢康复机器人的构型及其运动学分析[D]. 肖艳春.河北工业大学 2011
[6]手臂康复训练机器人控制及实验研究[D]. 佟杰.哈尔滨工程大学 2007
[7]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：3454884
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