上肢康復(fù)機(jī)器人設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)規(guī)劃.pdf

1、中風(fēng)和腦外傷而導(dǎo)致的肢體癱瘓患者大多生活無(wú)法自理，不僅造成患者生理和心理上的巨大壓力，而且給患者家庭和社會(huì)帶來(lái)沉重負(fù)擔(dān)。同時(shí)我國(guó)和許多國(guó)家一樣，正步入老齡化社會(huì)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)60歲以上的老年人口占全國(guó)人口的10％以上?？祻?fù)機(jī)器人是在這種需求形式下應(yīng)運(yùn)而生的一個(gè)研究領(lǐng)域。本論文旨在研制一種上肢康復(fù)機(jī)器人，并對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)規(guī)劃。
　　 本文在分析5-DOF外骨骼式上肢康復(fù)機(jī)器人特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)康復(fù)機(jī)器人進(jìn)行了正運(yùn)動(dòng)學(xué)、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與康

2、復(fù)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃研究。選用幾何法逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，在逆解存在多組解的情況下，以“關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)程度均衡”作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)選取適合康復(fù)運(yùn)動(dòng)解。文中提出了3種康復(fù)運(yùn)動(dòng)模式，針對(duì)不同康復(fù)運(yùn)動(dòng)模式結(jié)合干涉檢查進(jìn)行康復(fù)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)康復(fù)運(yùn)動(dòng)功能。文中還對(duì)上肢康復(fù)機(jī)器人原型系統(tǒng)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)控制仿真，為此后的物理原型控制做了充分準(zhǔn)備。論文主要做了以下研究工作：
　　 1、上肢康復(fù)機(jī)器人方案與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
　　 查閱相關(guān)資料，分析現(xiàn)有康復(fù)機(jī)械臂與機(jī)械手的缺點(diǎn)和不

3、足，提出了機(jī)械臂與機(jī)械手合為一體的上肢康復(fù)機(jī)器人方案，并根據(jù)手指的生理特征及主要康復(fù)功能來(lái)簡(jiǎn)化機(jī)械手設(shè)計(jì)：一是通過(guò)少自由度機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，二是通過(guò)充氣式手套方式實(shí)現(xiàn)。采用上述方案研究制定上肢康復(fù)機(jī)器人，并進(jìn)行了改進(jìn)完善設(shè)計(jì)。
　　 2、上肢康復(fù)機(jī)器人分析
　　 本文利用連桿坐標(biāo)系D-H法，建立上肢康復(fù)機(jī)器人的連桿坐標(biāo)系簡(jiǎn)圖，建立了該機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，對(duì)機(jī)器人進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)正解、逆解問(wèn)題的研究，并提出以“關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)程度均衡”作為評(píng)

4、價(jià)標(biāo)準(zhǔn)選取適合康復(fù)運(yùn)動(dòng)解；利用圖解法對(duì)機(jī)器人工作空間的正問(wèn)題進(jìn)行了分析；采用包容體法建立了上肢康復(fù)機(jī)器人與人體的簡(jiǎn)化模型，并對(duì)其進(jìn)行了干涉分析；最后進(jìn)行了氣動(dòng)平穩(wěn)性的研究。
　　 3、上肢康復(fù)機(jī)器人康復(fù)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃
　　 文中提出了3種運(yùn)動(dòng)模式，分別為患者自主選擇模式，被動(dòng)趣味/功能運(yùn)動(dòng)模式以及促進(jìn)生物反饋康復(fù)運(yùn)動(dòng)模式。在遵循康復(fù)機(jī)器人特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，分別針對(duì)3種運(yùn)動(dòng)模式進(jìn)行運(yùn)動(dòng)規(guī)劃，旨在保證患者安全的前提下完成既定康復(fù)訓(xùn)練任