精准定量颈椎康复机器人设计与实验研究
发布时间：2022-08-09 17:02
随着目前颈椎病患者的数量急剧增加以及严重的年轻化趋势,越来越多的学者开始研究颈椎病的治疗方案。此时结合了康复医学和机器人技术的康复机器人应运而生,除了起到了一定的康复效果,也体现了一定的优势。本文针对颈椎病患者,设计了一款智能颈椎牵引康复机器人,包括机器人的本体结构、软硬件系统和控制策略,通过本体实验和临床实验验证,实现康复医学及机械本体提出的牵引要求和精度要求。本文首先对目前已有的颈椎康复设备进行了研究和总结,得出其存在的问题,为后续设计机器人提供了参考。接着研究和分析了颈椎病的病因病理和运动机理,得出颈椎病治疗的关键点。根据选择的牵引治疗方法,研究其康复机制和牵引要素。最后综合目前设备存在的问题和颈椎牵引的关键要素,设计了精准定量的颈椎牵引康复机器人。机器人有三个自由度,使用三个电机进行控制,实现颈椎的位姿和牵引力的控制。为了实现颈椎牵引康复机器人的精准定量和康复要求,需要设计对应的控制策略。首先对设计的机器人运用矢量法和牛顿欧拉法进行运动学和动力学数学建模,并且使用Sim Mechanics工具对机械系统建模。通过对比两者仿真得到的绳索长度和屈伸角度以及驱动力矩的关系,验证数学建...
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 国内外在该方向的研究现状及分析
1.2.1 国内外颈椎康复设备研究现状
1.2.2 国内外研究现状简析
1.3 本文的主要研究内容
第2章 颈椎康复机器人结构设计
2.1 引言
2.2 颈椎运动机理分析
2.2.1 人体解剖学基础知识
2.2.2 颈椎生理结构
2.2.3 颈椎运动学分析
2.3 颈椎病的病因病理及治疗方案分析
2.3.1 颈椎病的病因病理综述
2.3.2 颈椎康复医疗方案及其对应的康复机理
2.4 颈椎康复机器人方案确定
2.4.1 牵引要素分析
2.4.2 牵引方案细则确定
2.5 颈椎康复机器人的结构设计
2.5.1 结构设计概述
2.5.2 整体设计
2.5.3 按摩椅概述
2.5.4 旋转机构概述
2.5.5 牵引机构概述
2.5.6 颈椎机器人重要器件选型计算
2.6 本章小结
第3章 颈椎康复机器人运动学和动力学分析
3.1 引言
3.2 运动学分析
3.2.1 逆运动学分析及仿真
3.2.2 正运动学分析
3.2.3 工作空间求解
3.3 动力学分析
3.3.1 静力学建模
3.3.2 动力学建模
3.3.3 SimMechanics系统建模
3.4 本章小结
第4章 颈椎康复机器人的控制策略研究
4.1 引言
4.2 控制策略设计分析
4.2.1 基于康复医学的控制策略要求
4.2.2 控制策略解决方案
4.3 牵引运动与屈伸运动控制策略研究与仿真
4.3.1 基于力/位混合控制的柔顺力控制策略研究
4.3.2 屈伸运动的PID控制
4.3.3 牵引运动与屈伸运动的控制策略仿真
4.3.4 基于神经网络的补偿控制与仿真
4.4 牵引运动与屈伸运动的智能控制策略研究与仿真
4.4.1 基于模糊滑模的力/位混合控制柔顺力控制策略研究
4.4.2 基于模糊自整定PID的屈伸运动控制策略研究
4.4.3 智能控制策略仿真
4.5 侧屈运动的控制策略研究与仿真
4.5.1 侧屈运动建模
4.5.2 侧屈运动的模糊自整定PID控制仿真
4.6 本章小结
第5章 颈椎康复机器人实验验证
5.1 引言
5.2 康复机器人的实验系统
5.2.1 硬件系统
5.2.2 软件系统
5.3 实验系统设置
5.3.1 驱动器和电机的设置
5.3.2 软件设置
5.4 本体实验验证
5.4.1 侧屈运动控制策略实验验证
5.4.2 屈伸运动控制策略实验验证
5.4.3 牵引力控制策略实验验证
5.4.4 综合实验验证
5.5 临床实验验证
5.5.1 研究对象
5.5.2 测评工具
5.5.3 实验方法
5.5.4 临床实验结果
5.5.5 临床实验数据统计结果
5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士期间发表的论文
致谢
本文编号：3672942
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 国内外在该方向的研究现状及分析
1.2.1 国内外颈椎康复设备研究现状
1.2.2 国内外研究现状简析
1.3 本文的主要研究内容
第2章 颈椎康复机器人结构设计
2.1 引言
2.2 颈椎运动机理分析
2.2.1 人体解剖学基础知识
2.2.2 颈椎生理结构
2.2.3 颈椎运动学分析
2.3 颈椎病的病因病理及治疗方案分析
2.3.1 颈椎病的病因病理综述
2.3.2 颈椎康复医疗方案及其对应的康复机理
2.4 颈椎康复机器人方案确定
2.4.1 牵引要素分析
2.4.2 牵引方案细则确定
2.5 颈椎康复机器人的结构设计
2.5.1 结构设计概述
2.5.2 整体设计
2.5.3 按摩椅概述
2.5.4 旋转机构概述
2.5.5 牵引机构概述
2.5.6 颈椎机器人重要器件选型计算
2.6 本章小结
第3章 颈椎康复机器人运动学和动力学分析
3.1 引言
3.2 运动学分析
3.2.1 逆运动学分析及仿真
3.2.2 正运动学分析
3.2.3 工作空间求解
3.3 动力学分析
3.3.1 静力学建模
3.3.2 动力学建模
3.3.3 SimMechanics系统建模
3.4 本章小结
第4章 颈椎康复机器人的控制策略研究
4.1 引言
4.2 控制策略设计分析
4.2.1 基于康复医学的控制策略要求
4.2.2 控制策略解决方案
4.3 牵引运动与屈伸运动控制策略研究与仿真
4.3.1 基于力/位混合控制的柔顺力控制策略研究
4.3.2 屈伸运动的PID控制
4.3.3 牵引运动与屈伸运动的控制策略仿真
4.3.4 基于神经网络的补偿控制与仿真
4.4 牵引运动与屈伸运动的智能控制策略研究与仿真
4.4.1 基于模糊滑模的力/位混合控制柔顺力控制策略研究
4.4.2 基于模糊自整定PID的屈伸运动控制策略研究
4.4.3 智能控制策略仿真
4.5 侧屈运动的控制策略研究与仿真
4.5.1 侧屈运动建模
4.5.2 侧屈运动的模糊自整定PID控制仿真
4.6 本章小结
第5章 颈椎康复机器人实验验证
5.1 引言
5.2 康复机器人的实验系统
5.2.1 硬件系统
5.2.2 软件系统
5.3 实验系统设置
5.3.1 驱动器和电机的设置
5.3.2 软件设置
5.4 本体实验验证
5.4.1 侧屈运动控制策略实验验证
5.4.2 屈伸运动控制策略实验验证
5.4.3 牵引力控制策略实验验证
5.4.4 综合实验验证
5.5 临床实验验证
5.5.1 研究对象
5.5.2 测评工具
5.5.3 实验方法
5.5.4 临床实验结果
5.5.5 临床实验数据统计结果
5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士期间发表的论文
致谢
本文编号：3672942
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