手指训练康复器的机械及控制系统设计

发布时间：2017-07-26 01:08

  本文关键词：手指训练康复器的机械及控制系统设计

  更多相关文章： 手指康复 训练模式 伺服电机 STM32 Qt

【摘要】：手指是人体最重要的器官之一,手指康复作为康复领域的一个分支,近些年来取得了许多康复理论研究成果,各种各样的手指康复器材层出不穷。康复器材主要用于患者的后期辅助性康复治疗,根据连续被动活动理论,患者可以在尽可能短的时间内恢复健康。手指的康复训练模式可分为被动训练和主动训练,通过连续被动训练,可帮助患者恢复受损的神经细胞;通过主动训练,患者能够恢复部分神经细胞,提高手指的运动机能。纵观现有的手指康复器材,大多数要么运动形式单一,要么只有被动训练模式,因此患者不能得到全面有效的康复治疗。本课题提出了一种新型手指康复器材,具有机械结构简单、训练模式多样等特点。首先,分析了手指的自由度,将其作为手指训练康复器设计的理论依据;接着将自由度合理简化,设计出了以带传动为主的机械结构;接着规划了四指的运动轨迹,将其作为电机驱动器的控制设计要求。其次,介绍了直流电机的控制原理及驱动电路,设计了伺服直流电机常见工作模式的流程图;接着建立了电机的数学模型,利用MATLAB对电机控制算法仿真,验证了下位机程序的有效性;接着介绍了力传感器的特性,结合位置控制设计了主动控制算法。然后,设计了控制系统的电路图,主要是以STM32为主控芯片的外围电路,其次设计了基于Qt5.4为开发环境的上位机软件。最后,进行了单个电机实验,和仿真曲线对比,验证了下位机程序的正确性,最后完成整机实验。
【关键词】：手指康复 训练模式 伺服电机 STM32 Qt
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273;R496
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 课题研究背景及意义11
• 1.2 国外研究现状11-14
• 1.3 国内研究现状14-16
• 1.4 国内外研究现状综述16-17
• 1.5 本文研究内容17-18
• 第2章 手指康复器械结构设计18-28
• 2.1 引言18
• 2.2 手指训练康复器的机械设计18-25
• 2.2.1 康复器材设计原则18
• 2.2.2 手部生理结构分析18-20
• 2.2.3 手指康复器驱动结构设计依据20
• 2.2.4 机械结构设计20-23
• 2.2.5 电机及减速器选型23-25
• 2.2.6 加工材料的选择25
• 2.3 手指训练运动方式规划25-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 控制系统的下位机设计28-48
• 3.1 引言28
• 3.2 下位机总体方案设计28
• 3.3 直流电机调速方法28-30
• 3.4 电流环控制算法设计30-33
• 3.5 双闭直流调速控制算法设计33-36
• 3.5.1 转速数字换检测33-34
• 3.5.2 双闭环控制算法设计34-36
• 3.6 位置控制算法设计36-38
• 3.7 电机速度、位置控制仿真38-43
• 3.7.1 双闭环直流调速系统的仿真38-42
• 3.7.2 位置三环仿真42-43
• 3.8 主动训练控制算法设计43-47
• 3.8.1 FSR简介43-44
• 3.8.2 FSR电路及主动训练算法设计44-47
• 3.9 本章小结47-48
• 第4章 硬件电路与上位机设计48-62
• 4.1 引言48
• 4.2 硬件电路设计48-51
• 4.2.1 电源电路设计48-49
• 4.2.2 晶振及下载程序电路设计49-50
• 4.2.3 通信电路设计50
• 4.2.4 开关复位电路设计50-51
• 4.2.5 电机编码器接口电路设计51
• 4.3 上位机设计51-61
• 4.3.1 Qt简介51-52
• 4.3.2 信号槽机制52
• 4.3.3 上位机程序方案设计52-53
• 4.3.4 通信数据处理及检测53-56
• 4.3.5 电机调试界面设计56-60
• 4.3.6 用户界面60-61
• 4.4 本章小结61-62
• 第5章 电机及整机实验62-68
• 5.1 引言62
• 5.2 单个电机实验62-65
• 5.2.1 双闭环速度模式实验62-63
• 5.2.2 位置三环模式实验63-64
• 5.2.3 梯形速度模式实验64-65
• 5.3 整机实验65-67
• 5.3.1 拇指复合运动65
• 5.3.2 四指弯曲运动65-66
• 5.3.3 四指摆动实验66
• 5.3.4 四指复合实验66-67
• 5.3.5 整机被动实验67
• 5.4 本章小结67-68
• 结论68-69
• 参考文献69-73
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果73-74
• 致谢74

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 孙进和,曲美琴,窦泽燕;胸腰椎骨折康复器的研制与应用[J];中国矫形外科杂志;2004年Z2期

2 齐宏;“能量型康复器”开展临床科研协作[J];中华医学信息导报;1997年07期

3 田园;前列腺康复器[J];家用电器;2000年06期

4 关淑萍,杨振海;椎间盘术后康复器的设计研究[J];医疗卫生装备;2005年07期

5 王年云;损伤肢体助动康复器的研制[J];医疗卫生装备;2005年10期

6 李震;于学龙;;新型下肢关节康复器的研制[J];中国医疗器械信息;2006年12期

7 昌立国;智能手部康复器的研制[J];机械工程师;2005年01期

8 冯光林;邵万珍;;下肢体康复器机构创新设计[J];机电工程技术;2013年03期

9 袁启明;手功能康复器[J];国外医学.生物医学工程分册;1995年04期

10 杨剑雪;江迅;姚琰;;一种腰部助动康复器的设计[J];医疗卫生装备;2010年12期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 王年云;;损伤肢体助动康复器的研制[A];中华医学会烧伤外科学分会2009年学术年会论文汇编[C];2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前9条

1 张浩;手指训练康复器的机械及控制系统设计[D];燕山大学;2016年

2 马敏;肢体功能康复器的研制[D];山东科技大学;2004年

3 李爱萍;某型康复器测控系统的研制[D];南京航空航天大学;2005年

4 王国柱;下肢康复器的计算机辅助设计[D];山东科技大学;2004年

5 程大丹;上下肢主被动康复器的设计及人机工程学研究[D];太原理工大学;2010年

6 杨罡;柔顺主—被动膝关节康复训练技术研究[D];南京理工大学;2011年

7 吴銮;基于FPA的手指康复器研究[D];浙江工业大学;2012年

8 纪庆龙;智能型踝关节CPM康复器的研究[D];青岛大学;2012年

9 李富才;踝关节CPM康复器设计与控制技术的研究[D];青岛大学;2013年

，

本文编号：574076