基于外骨骼上肢康复机器人设计和的研究.pdf

硕士论文基于外骨骼的上肢康复机器人设计与研究摘要随着人们生活工作节奏越来越快,手臂成了日常生活中运用最多也最容易受伤的肢体。传统的人工物理疗法中,治疗师们劳动强度大且要求具有高度熟练技巧。康复机器人旨在利用机器人原理,把智能控制与人体运动相结合,且能够承受高的工作强度。人们借助康复机器人的标准化的重复运动,可以促进神经功能重塑,最终达到恢复患者运动及控制能力的目的。基于这一应用背景,本课题在结合骨科康复医学的基础上研制了一种能辅助人体手臂进行康复训练的外骨骼式上肢康复机器人。本文深入分析了上肢康复机器人国内外的发展现状,讨论了康复医学理论中关于上肢康复各阶段训练的方法,总结出外骨骼式上肢康复机器人开发设计的要求。依据驱动力矩最小原则设计了一种新型的手臂康复机器人。该机器人具有4个自由度,包括肩关节的外展/内收、上摆/下摆、旋转3自由度和肘关节的屈,f申1自由度。,得到康复机器人的正向运动学与逆向运动方程及运动空间,运用Matlab对所推导的机器人正向运动学结果进行了仿真分析,仿真结果验证了正向运动学分析正确性。其次,运用ADAMS软件对康复机器人的动力学进行了分析,获得了机器人在运动过程中的最大加速度随机构杆长的变化关系,并依此对结构做出相应优化,以减小机器人在运动过程中对患肢的惯性冲击。最后,分析了各关节自由度上驱动力矩随角度变化的关系,为驱动电机的选型提供了理论依据。完成了康复机器人在连续被动康复运动(Continuous PassiveMovement:CPM)模式下的控制系统的设计。提出了一种新的双DSP配合上位机联合控制的控制方法。该方法可通过上位机界面控制康复运动中的上肢的活动范围、速度以及持续时问。最后,设计了与之相适应的双极性H桥驱动放大电路。论文完成了基于外骨骼的上肢康复机器人样机系统的样机制作。进行了系统的安装和联调。针对性地进行了关节运动速度实验和关节运动角度跟踪实验,实验验证了康复机器人能有效地对患肢前、后臂各部位进行支撑和牵引。关键词:外骨骼,上肢康复机器人,结构优化,连续被动康复运动(CPM),伺服驱动堡主笙茎垄主丛量笪塑圭堕室望塑墨△垦盐兰!!!L Abstract Because oftherapid life and work pace,arlrls have e thebusiest,and alsothemost vulnerable traditional physical therapy about the limbs needs higMy skillful techniques and isalso strenuous theintelligent controlwithhuman able tobearhighly thehelp ofrehabilitation robot,the limbs can betrained repeatedly instandardized actions, which arehelpful tothe nerve systemjS ,the motion andthe control ability ofthelimb on thisbackground,an upper limb rehabilitation robot was developed tohelp human’Sal'mrehabilitationtraining based ontheprinciple of the rehabilitation. Ⅲs paper analyzed thedomestic and internationaldevelopment status about theupper limbrehabilitationrobot,and discussed themethods used inupper limb rehabilitation training on each stage ofrehabilitation according torelated medical theory,and summarized the design principles oftheupper limb rehabilitation robot on theprinciple of nu—mml—zmg dr