手臂康復(fù)機器人系統(tǒng)研究.pdf

1、康復(fù)機器人是近年出現(xiàn)的一種新型機器人，康復(fù)訓(xùn)練機器人的主要功能是幫助患者完成各種運動功能恢復(fù)訓(xùn)練。從工作原理上看，康復(fù)機器人是一種人機合作機器人，它必須適合人的運動特點，滿足人的運動要求。為此本文設(shè)計了一種通過機械手帶動患者的患肢運動，模擬日常生活中的手臂運動規(guī)律，通過計算機控制實現(xiàn)手臂各個關(guān)節(jié)的運動訓(xùn)練、肌肉鍛煉以及神經(jīng)功能恢復(fù)訓(xùn)練的上肢康復(fù)訓(xùn)練機器人。
　　 本文深入分析了手臂康復(fù)機器人國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，討論了康復(fù)醫(yī)學(xué)理論中

2、關(guān)于康復(fù)訓(xùn)練的方法、過程，總結(jié)出對康復(fù)機器人設(shè)計的要求。按照此要求，并根據(jù)作業(yè)空間分析結(jié)果，設(shè)計了一種新型的手臂康復(fù)機器人。該機器人具有五個自由度，與人手臂的運動相適應(yīng)。根據(jù)中國成年人手臂的運動范圍確定了康復(fù)機器人的結(jié)構(gòu)尺寸，并留有一定余量，以適應(yīng)不同身高的患者。根據(jù)康復(fù)機器人與人合作的特點，采用軌跡控制及阻抗控制兩種控制方式。
　　 利用D-H法分別對手臂及康復(fù)機器人進(jìn)行了運動學(xué)分析，得到了手臂及康復(fù)機器人的正逆運動學(xué)方程。利

3、用Matlab/SimMechanics對所推導(dǎo)的機器人運動學(xué)正、逆分析的結(jié)果進(jìn)行檢驗，仿真結(jié)果表明了運動學(xué)分析結(jié)果正確性，同時也驗證了本文所設(shè)計的康復(fù)機器人滿足手臂康復(fù)對工作空間的要求。對手臂康復(fù)人機系統(tǒng)進(jìn)行了運動規(guī)劃和仿真分析。
　　 研究手臂和機器人的動力學(xué)特性。建立了手臂和機器人力學(xué)模型，利用虛功原理求解了廣義力。應(yīng)用拉格朗日方法建立了手臂和機器人的動力學(xué)方程。通過機構(gòu)建模方法對手臂和機器人進(jìn)行了動力學(xué)建模。針對復(fù)合康復(fù)

4、訓(xùn)練的平面“8字形”和圓期望運動軌跡進(jìn)行了仿真分析，仿真結(jié)果表明手臂慣性并沒有引起機器人驅(qū)動力的突變和大幅度增加。
　　 研究了機器人柔順控制策略。對手臂康復(fù)訓(xùn)練機器人的運動訓(xùn)練模式和手臂肌力訓(xùn)練模式進(jìn)行了研究。運動訓(xùn)練模式采用基于位置外環(huán)的阻抗控制方式，手臂肌力訓(xùn)練模式采用基于力外環(huán)的阻抗控制方式。建立了基于MATLAB/Simulink的仿真模型，仿真結(jié)果表明，所設(shè)計的控制器能夠分別實現(xiàn)機器人末端運動軌跡控制和力控制，并且具