三自由度上肢康復(fù)機(jī)器人的研制.pdf

1、我國(guó)已步入人口老齡化國(guó)家的行列，現(xiàn)在老齡人口的增幅正“跑步前進(jìn)”，老年群體的日常照顧需求也日益增長(zhǎng)。對(duì)于老年群體來(lái)說(shuō)，腦卒中（又名中風(fēng)）是威脅身體健康的第一殺手，這種疾病致死、致殘率很高，會(huì)造成患者肢體運(yùn)動(dòng)功能障礙，尤其是上肢運(yùn)動(dòng)功能的喪失。臨床研究表明，盡早進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練可以明顯恢復(fù)和提高患者的運(yùn)動(dòng)功能。在中風(fēng)患者的康復(fù)訓(xùn)練中應(yīng)用機(jī)器人輔助治療技術(shù)越來(lái)越得到國(guó)內(nèi)外研究人員的重視，康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成研究的熱門(mén)課題。
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2、對(duì)目前我國(guó)康復(fù)醫(yī)師與康復(fù)醫(yī)療設(shè)備短缺的現(xiàn)狀，本文結(jié)合理論與實(shí)踐，根據(jù)國(guó)內(nèi)外康復(fù)機(jī)器人的研究現(xiàn)狀，確定了三自由度上肢康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法和主要研究?jī)?nèi)容，從安全性指標(biāo)入手，設(shè)計(jì)了機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)，并對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，設(shè)計(jì)了康復(fù)機(jī)器人控制系統(tǒng)包括控制電路設(shè)計(jì)與控制軟件設(shè)計(jì)。最后對(duì)康復(fù)機(jī)器人進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，來(lái)驗(yàn)證其性能是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。具體工作如下:
　　1、康復(fù)機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。康復(fù)機(jī)器人的機(jī)械臂分為牽引機(jī)械臂與支撐機(jī)械臂兩種，并

3、且每種機(jī)械臂中采用連桿連接方式，兩種機(jī)械臂末端固定在一起，來(lái)達(dá)到支撐機(jī)械臂跟隨牽引機(jī)械臂進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的效果。采用SolidWorks軟件對(duì)康復(fù)機(jī)器人模型中零件的設(shè)計(jì)與裝配體的制作，并生成制作機(jī)構(gòu)所需要的工程圖，進(jìn)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際加工。
　　2、康復(fù)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真。通過(guò)正運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析獲得機(jī)器人末端位姿與康復(fù)機(jī)器人關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系方程。在SolidWorks軟件中對(duì)機(jī)構(gòu)模型進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，驗(yàn)證康復(fù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)空間是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)

4、要求。
　　3、康復(fù)機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)?？祻?fù)機(jī)器人的控制系統(tǒng)采用兩級(jí)CPU控制方式，上下位機(jī)通過(guò)串口進(jìn)行通訊。硬件電路以微控制器STM32為核心，完成機(jī)器人中傳感器信息采集與關(guān)節(jié)處電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的功能;控制軟件分為客戶(hù)端和服務(wù)器端，便于康復(fù)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能，另外，在上位機(jī)控制軟件中增加了使用OpenGL虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)編寫(xiě)的康復(fù)訓(xùn)練游戲，提高患者康復(fù)訓(xùn)練效果。
　　4、康復(fù)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)研究。設(shè)計(jì)了康復(fù)機(jī)器人輔助正常人康復(fù)訓(xùn)練的