基于磁流变液技术的手指主被动康复训练装置设计与研究

发布时间：2020-04-23 19:41

【摘要】：随着科学技术的不断进步和新兴跨学科的出现,机器人技术被越来越多的国内外研究机构应用于患者运动功能的恢复。手指康复机器人的研究发展迅速,很快成为一个专门的研究领域。为满足偏瘫患者患指的康复需求,本文设计了一种能够进行被动训练与主动训练的手指康复训练装置,并对该装置进行了理论分析、运动仿真以及实验研究。本文对手指康复训练装置进行了基础性的研究。包括:机构设计与研制、运动学分析、力学分析、控制系统设计以及实验研究。根据人体手指的运动特性,设计了绳传动式外骨骼耦合运动连杆机构。应用D-H方法对机构模型进行了正解计算,得到了食指指尖的工作空间和指尖轨迹曲线;利用ADAMS软件建立了手指康复训练装置运动学仿真模型,并对仿真结果进行了分析;建立了气动人工肌肉拮抗对拉模型及其动力学方程,并依次推导出被动训练控制系统的传递函数并进行仿真与分析;利用系统辨识的方法建立被控对象磁流变阻尼器的数学模型并求出传递函数,利用PID控制方法对主动训练控制系统的传递函数进行了仿真与分析。在实验研究中,分别搭建气动人工肌肉性能测试平台、磁流变阻尼器性能测试平台以及手指康复训练装置实验平台,测试了主动驱动器和被动阻尼器的性能,分别开展了被动训练实验和主动训练实验,验证了机构设计的合理性、气动肌肉驱动的稳定性以及磁流变阻尼器输出阻尼力的可靠性。通过本文研究,设计的手指康复训练装置基本能满足手指日常的康复训练,是一种新型安全的手指康复训练装置。
【图文】：

使用手指康复训练机器人在家就可以进行康复训练，从而节省，它还可以记录患者康复训练的数据，通过客观真实的数据来反，这有助于医生更好地掌握患者的康复情况，以提供更适合患者而加快患者的手指康复过程[23-25]。因此，设计一款适用于手指功能康复训练的机器人具有重要的理论和现实意义。研究现状研究现状年来国内外各大研究机构纷纷掀起了对手指康复训练机器人的，研究比较早，有些已经成熟并已投入商业化应用。 年美国罗格斯大学的 Popescu V G 和斯坦福大学的 Burdea G Caster II 的力反馈交互设备，成功开发出一种基于虚拟现实的力系统[26]。如图 1.1 所示，该装置使用玻璃-石墨气动活塞给每个反馈手套重量轻，仅仅只有 100 克，，可以放在手指和手掌之间以为每个手指提供最大 16N 的力，而静摩擦力仅为 0.014N。

图 1.2 CyberGrasp-力反馈数据手套Fig1.2 CyberGrasp- force feedback data glove日本岐阜大学的 Kawasaki H 等人研制了一种基于虚拟康复机器人[29]。如图 1.3 所示，该手指康复系统包括外上的数据手套。患者可以通过在健康肢体上操作数据而达到康复训练的目的。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP242;R743.3;R496

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本文编号：2638078