基于外骨骼可穿戴式上肢康复机器人设计和研究.doc

基于外骨骼的可穿戴式上肢康复机器人设计与研究中国基于外骨骼的可穿戴式上肢康复机器人设计与研究许祥,侯丽雅,黄新燕,章维一5(南京理工大学机械工程学院,南京210094)摘要:为辅助对患肢进行的高强度标准化康复训练工作,提出了一种基于外骨骼原理的可穿戴式4自由度上肢康复机器人。该康复机器人包括肩关节的外展/内收、上摆/下摆、旋转3自由度和肘关节的屈/伸1自由度。首先根据康复医学原理确定出人手臂各关节运动角度范围,并在确保驱动力矩最小的原则下进行了结构设计。然后,对各结构进行了运动学与动力学仿真分析,并据此对结构进行了优化。最后,设计了康复机器人在连续被动康复运动10(ContinuousPassiveMovement:CPM)模式下的控制系统。实验结果表明此结构方便穿戴于人体,机器人的运动自由度与人体运动自由度同轴,能有效地对患肢前、后臂各部位进行支撑和牵引,精确地施加牵引力于上肢的各关节。关键词:外骨骼;康复机器人;ADAMS优化;连续被动康复运动中图分类号:TH12215DesignandResearchofaWearableRobotforUpperLimbsRehabilitationBasedonExoskeletonXUXiang,HOULi-ya,HUANGXin-yan,ZHANGWei-yi(SchoolofMechanicalEngineering,NanjingUniversityofScienceandTechnology,Nanjing20210094)Abstract:Inordertoassistthelimb’srehabilitationtraining,whichisastandardizedandintensework,one4-,thesupination/pronationmotionoftheshoulderandtheflexion/,eachjoint’,thekinematicsanddynamicsanalysiswascarriedontoverifythestructure,,,and30degreesoffreedomoftherobot’smotionarecoaxialtothatofthehumanupperlimbs’motion,anditcansupportanddraweachpartofthearmeffectively,:exoskeleton;rehabilitationrobot;ADAMSoptimizing;CPM350引言(Introduction)手臂是日常生活中运用最多也最容易受伤的肢体,治疗时通常运用一定物理疗法以辅助药物治疗。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[1]。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,以代替人工进行康复训练,40其能够承受的工作强度高,且性能稳定[2]。借助康复机器人,通过标准化重复运动,达到基金项目:教育部博士学科点专项科研基金项目(201);国家自然科学基金资助项目(51175268,11102090)作者简介:许祥(1988-),男,硕士研究生,研究方向:机电一体化设计,康复机器人技术通信联系人:侯丽雅(1954-),女,教授,博士生导师,研究方向:生物制造工程,-mail:-1-中国促进神经功能重塑,恢复患者运动及控制能力的目的。通常骨伤康复治疗有以下四种训练方法:被动康复运动,主动康复运动,助力康复运动和阻抗康复运动[1]。在康复治疗初期,连续被动康复运动对于那些不能自主完成运动的患者显得尤为重要。连续被动康复运动[3,4]通过温和、持续的牵引患肢关节作周期性运动,加速关节软骨及周围韧带