面向上肢康复的柔性外骨骼设计与控制

发布时间：2024-06-03 03:39

　　近年面向医疗康复训练的外骨骼需求不断增加,而针对上肢康复训练的外骨骼研究发展迅速。但传统的上肢康复外骨骼仍以刚性外骨骼为主,基于位置控制方法对患者进行持续被动运动(Continuous Passive Motion,CPM)康复训练。而采用力矩/位置混合控制的康复外骨骼研究较少。本文主要设计了基于串联弹性驱动器(Serial Elastic Actuator,SEA)的柔性关节,并开发了面向肘关节与肩关节的康复训练外骨骼样机。首先,根据人体自由度及运动仿真分析,开展外骨骼元件选型和SEA关键弹性体的设计;其次,开展柔性外骨骼结构设计,与控制算法设计;最后,进行了康复治疗模式运动规划与实验,并验证了外骨骼控制有效性。本文的主要研究内容有:1)设计了采用SEA的肘关节及肩关节的上肢康复外骨骼机构。通过人体上肢生理参数及运动仿真确定了元件选型,并根据运动仿真数据进行了SEA关键元件串联弹性体的设计。基于SEA原理进行了外骨骼机构设计并通过有限元方法进行了零件校核,开发了外骨骼实物样机平台。2)设计了柔性康复外骨骼机器人的力矩/位置混合控制算法并对康复治疗模式进行运动规划。针对力矩/位置混合控...

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图２．１?ＭＩＴ－ＭＡＮＵＳ机器人??

康复外骨骼，再到最新的结合人体自由度分骼研究，目前已有数种实验室研发的上肢康骨骼。??复外骨骼主要为末端执行器式上肢康复机构，姐合联合开发的上肢康复机器人ＧＥＮＴＬＥ／Ｓ端牵引式上肢康复机器人系统［９１，美国麻省－Ｄ０Ｆ（自由度）臂平面康复机器人系统ＭＩＴ－Ｍ的重力补偿作用。?后....

图２．２ＣＡＤＥＮ－７机器人??

者上肢的运动，以提供不同的训练模式；可以采集位置、速度、力等信息以供分??析；可以将运动状态信息显示到电脑屏幕上为患者提供视觉反馈［＿１］［１２］。??图２．１?ＭＩＴ－ＭＡＮＵＳ机器人??末端执行器式康复机构具有较高的定位精度以及较大的速度及力矩，具有较??好的多关节训练效果，....

图２．３ＣＡＤＥＮ－７机器人的多种关节布置??

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图２．４?—种气动康复外骨骼机器人的气动元件排布??

?？？＞?⑷??图２．３ＣＡＤＥＮ－７机器人的多种关节布置??１．２．１．２气动驱动上肢康复外骨骼研究现状??气动驱动上肢康复外骨骼中较为知名的有美国亚利桑那大学研发了基于人??工气动肌肉驱动的５—ＤＯＦ上肢康复机器人ＲＵＰＥＲＴ?（ｒｏｂｏｔｉｃ?ｕｐｐｅｒ?ｅｘｔｒｅｍｉｔｙ....

本文编号：3988118