穿戴式康復機械手的設計與研究.pdf

1、手作為人體重要的器官之一，在日常的生活、工作中具有無可替代的作用，然而其運動功能會由于創(chuàng)傷或腦卒中等因素而受損，需借助科學的康復訓練來恢復。機器人技術在康復領域的應用給康復理論的發(fā)展和臨床康復技術的進步注入了新的動力。目前，對手部康復訓練機器人的研究已成為醫(yī)療機器人研究領域的熱點之一。
　　本文重點對康復機械手的機械結構及其控制系統(tǒng)進行了設計，并深入進行了運動學分析、虛擬樣機仿真分析、數(shù)據(jù)測量實驗平臺的搭建及物理樣機實驗。

2、　　首先，本文通過探索正常成年男性手指運動規(guī)律，擬合出手指三關節(jié)彎曲角度的變化函數(shù)。在分析人手生物學特性的基礎上，本文對穿戴式康復機械手的手指訓練執(zhí)行機構、傳動機構及下位機控制系統(tǒng)等模塊進行了設計與研究。其中，為解決手指的彎曲/伸展運動與內(nèi)收/外展運動而設計了2自由度的手指訓練機構;該訓練機構將患者手指作為機構的一部分，使機械手外骨骼關節(jié)回轉中心軸線與患指關節(jié)回轉中心軸線重合，避免發(fā)生患指與機構之間的滑移現(xiàn)象，此外還能夠適應不同尺寸手指

3、的患者使用;為簡化控制系統(tǒng)及節(jié)省患者手部的使用空間，采用了單一電機的驅(qū)動形式。
　　其次，為獲得相應理論運動參數(shù)及方便后續(xù)控制，本文建立了手指訓練執(zhí)行機構的數(shù)學模型并對其進行了運動學分析。結合閉鏈級聯(lián)式結構的特點，本文提出主體機構的運動學分析方法，即根據(jù)各個外骨骼閉鏈的結構關系分別建立運動學方程，求解所需參數(shù)。
　　接著，為進行樣機實驗，本文搭建了相關數(shù)據(jù)測量實驗平臺。該實驗平臺主要由霍爾式角度傳感器、壓阻式力傳感器、端子板

4、及工控機等部分組成。各傳感器主要用來反饋實驗過程中的關節(jié)彎曲角度、壓力信號，并傳輸給工控機進行后續(xù)分析。其中，為獲得較為準確的實驗數(shù)據(jù)，力傳感器在使用前進行了標定實驗，具體通過調(diào)整驅(qū)動電壓和反饋電阻阻值來獲得最佳壓力測量范圍與最佳壓力測量精度。
　　最后，本文對康復機械手進行了虛擬樣機仿真分析及物理樣機實驗研究。仿真分析包括對機械手主體機構的運動學及動力學仿真進行分析。將ADAMS仿真得到的軌跡曲線與MatLab求解得到的軌跡曲線