六自由度外骨骼上肢康復機器人的設計和分析.pdf

1、近些年來由于因中風等腦血管疾病引起的上肢偏癱患者的增多,傳統(tǒng)方法已經不能滿足眾多患者的康復需求。隨著機器人技術的蓬勃發(fā)展，科學家希望將機器人技術與康復醫(yī)學進行結合，用機器人代替理療師來輔助偏癱患者進行康復訓練，因此越來越多研究機構開始致力于康復機器人的研究。外骨骼式康復機器人相當于在患者肢體外側附加一層外置骨骼，用來支撐和輔助偏癱肢體來進行高強度的康復訓練運動。本文從醫(yī)學角度上分析肢體偏癱形成的原因，在總結國內外研究現狀的基礎上提出一套

2、針對偏癱患者上肢的外骨骼式上肢康復機器人系統(tǒng)，并且針對不同時期的患者提出了兩套康復系統(tǒng)，分別為雙邊式康復系統(tǒng)和獨立式康復系統(tǒng)。系統(tǒng)主要組成包括六自由度觸覺感受器（Phantom Premium）、外骨骼上肢康復機器人、虛擬現實系統(tǒng)、電機控制單元、腦電信號系統(tǒng)、肌電信號系統(tǒng)和一些相關傳感器。該系統(tǒng)偏癱患者提供一套從“測試-訓練-評價”的科學康復策，即控制信號來源于患者本身，然后通過機器人輔助患者進行訓練，再通過患者的生物信號來評價患者的康

3、復情況，再通過患者康復情況來制定下一階段的康復訓練。
　　本研究主要針對該系統(tǒng)中外骨骼式上肢康復機器人的結構進行研究和設計，其主要包括上肢康復機器人和手指康復機器人兩套，可以實現肢體總共六個自由度的運動。首先，從解剖學角度了解人體上肢和手指的組成，分析其骨骼特點和運動形式，總結機器人設計所需要滿足的人體工學要求，為機器人結構設計奠定醫(yī)學基礎。然后，從人體工學特點、材料選擇、驅動方式選擇以及傳動方式選擇等幾個方面對機器人進行設計和計

4、算，提出機器人的總體設計。其次，分別建立上肢康復機器人和手指康復機器人的運動學模型，并通過動力學仿真軟件ADMAS驗證機器人結構的合理性和穩(wěn)定性。最后，利用有限元仿真軟件ANSYS對在康復訓練過程中機器人對于患者的肢體的力學影響進行了仿真，通過仿真結果建立了科學的康復方法，防止由于機器人的過渡運動與患者的肢體造成二次損傷，提高康復訓練的安全性。
　　在上述研究分析的基礎上，我們已經分別設計和組裝完成外骨骼上肢康復機器人和手指康復機