發(fā)布時(shí)間：2020-08-21 19:35

【摘要】：平衡功能是人體維持正常體位及完成各項(xiàng)日常活動(dòng)的基本保證。平衡能力的保持需要有完善的中樞神經(jīng)及運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。任何層面的損傷都會(huì)造成平衡功能障礙,影響正常工作和生活,甚至失去生活自理能力。因此,為實(shí)現(xiàn)對(duì)人體平衡能力進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估并提供相應(yīng)的康復(fù)訓(xùn)練,需要設(shè)計(jì)開發(fā)檢測(cè)與康復(fù)訓(xùn)練集成于一體的智能化設(shè)備。本文首先對(duì)國內(nèi)外相關(guān)研究和已有產(chǎn)品的技術(shù)特點(diǎn)與性能進(jìn)行分析比較。通過對(duì)臨床數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,確定了開發(fā)產(chǎn)品的評(píng)估指標(biāo)。在盡量減少運(yùn)動(dòng)耦合的設(shè)計(jì)目標(biāo)下,通過適當(dāng)引入虛約束結(jié)構(gòu),確定了3自由度U型懸臂式“半環(huán)抱”的機(jī)械主體結(jié)構(gòu)、利用MPU6050傳感器進(jìn)行人體姿態(tài)數(shù)據(jù)采集的設(shè)計(jì)方案。根據(jù)總體設(shè)計(jì)方案,對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵部件進(jìn)行理論分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)。(1)通過對(duì)支撐立柱的有限元分析,確定了立柱的結(jié)構(gòu)型式和尺寸參數(shù);(2)利用參數(shù)化建模方法,對(duì)U型臂進(jìn)行建模與仿真分析,得到了U型臂幾何構(gòu)型和尺寸參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果。(3)針對(duì)回轉(zhuǎn)懸臂式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),對(duì)起到關(guān)鍵支撐和連接作用的軸系結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),給出了軸承跨距、懸臂長度和外部載荷對(duì)軸承壽命的影響。在此基礎(chǔ)上,完成虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)�；贒-H參數(shù)法建立虛擬樣機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,導(dǎo)出了樣機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)正、逆解,并利用MATLAB中的robotics toolbox工具進(jìn)行仿真驗(yàn)證。利用拉格朗日法建立虛擬樣機(jī)的動(dòng)力學(xué)方程,對(duì)影響系統(tǒng)穩(wěn)定性和定位精度的慣量項(xiàng)和重力項(xiàng)進(jìn)行理論分析,得到了不同工況下的計(jì)算結(jié)果,為人體平衡能力檢測(cè)與康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備的驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。在完成樣機(jī)設(shè)計(jì)與分析的基礎(chǔ)上,對(duì)人體傾角姿態(tài)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與初步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。根據(jù)總體方案中的檢測(cè)指標(biāo),對(duì)傳感器的選型進(jìn)行分析�；贚abVIEW和單片機(jī)串口通信的數(shù)據(jù)采集與處理方案,搭建傾角測(cè)量實(shí)驗(yàn)裝置來模擬人體空間姿態(tài),完成對(duì)相關(guān)指標(biāo)的性能測(cè)試實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了人體姿態(tài)數(shù)據(jù)采集方案的可行性與合理性。
【學(xué)位授予單位】：青島大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TH789
【圖文】：

較典型的有美國 Neurocom international 公司的平衡訓(xùn)練評(píng)估系統(tǒng)，以及運(yùn)用重心實(shí)時(shí)檢測(cè)法的德國 Dr.-Wolff 平衡測(cè)試與訓(xùn)練儀。圖1.1所示為美國Neurocom international公司的動(dòng)態(tài)平衡功能評(píng)定系統(tǒng)(Equitest,Smart Balance Master)，這是目前功能和技術(shù)最先進(jìn)的平衡功能檢測(cè)系統(tǒng)[9]。該系統(tǒng)由美國航空航天局(NASA)和美國國家衛(wèi)生研究院聯(lián)合支持研發(fā)，它所展示的智能平衡診斷概念已為公眾所接受。由此開發(fā)出的各種高端產(chǎn)品已在為世界衛(wèi)生組織（World Health Organization，簡稱 WHO）提出的傷殘模型提供臨床診斷的相關(guān)信息。所涉及的診斷方式主要有兩類測(cè)試：感官損傷評(píng)估(Sensory Impairment Assessments)和運(yùn)動(dòng)損傷評(píng)估(Motor ImpairmentAssessments)。圖 1.2 所示為德國 Dr.-Wolff 公司的 Balance-check 平衡測(cè)試與訓(xùn)練系統(tǒng)，該產(chǎn)品的主要檢測(cè)裝置是具有 6 個(gè)自由度（踏板可以沿 x、y、z 軸方向移動(dòng)以及繞 x、y、z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)）的平衡板，通過采集受測(cè)者在踏板上重心數(shù)據(jù)分析其平衡能力。這一結(jié)構(gòu)可以滿足受測(cè)者不同維度上的動(dòng)態(tài)平衡測(cè)試和訓(xùn)練，恢復(fù)受傷關(guān)節(jié)的活動(dòng)度和力量，協(xié)調(diào)發(fā)展大小肌群，改善本體感覺。測(cè)試和康復(fù)訓(xùn)練模式多樣，可以根據(jù)受測(cè)者調(diào)整不同難度等級(jí)和康復(fù)訓(xùn)練方式。圖 1.1 智能平衡儀圖 圖 1.2 平衡檢測(cè)儀國外還有一些科研機(jī)構(gòu)和高等院校從事平衡檢測(cè)方面的研究工作。圖 1.3 所示為由法國 Patanè 團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)研發(fā)的一款 3 自由度動(dòng)態(tài)平衡評(píng)估儀—ROTOBIT3D。該設(shè)備具有繞 x、y、z 三軸的三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度

典型的有美國 Neurocom international 公司的平衡訓(xùn)練評(píng)估系統(tǒng)，以及運(yùn)用重心檢測(cè)法的德國 Dr.-Wolff 平衡測(cè)試與訓(xùn)練儀。圖1.1所示為美國Neurocom international公司的動(dòng)態(tài)平衡功能評(píng)定系統(tǒng)(Equitemart Balance Master)，這是目前功能和技術(shù)最先進(jìn)的平衡功能檢測(cè)系統(tǒng)[9]。該系美國航空航天局(NASA)和美國國家衛(wèi)生研究院聯(lián)合支持研發(fā)，它所展示的智能診斷概念已為公眾所接受。由此開發(fā)出的各種高端產(chǎn)品已在為世界衛(wèi)生組World Health Organization，簡稱 WHO）提出的傷殘模型提供臨床診斷的相關(guān)信息涉及的診斷方式主要有兩類測(cè)試：感官損傷評(píng)估(Sensory Impairment Assessmen運(yùn)動(dòng)損傷評(píng)估(Motor ImpairmentAssessments)。圖 1.2 所示為德國 Dr.-Wolff 公司的 Balance-check 平衡測(cè)試與訓(xùn)練系統(tǒng)，該產(chǎn)主要檢測(cè)裝置是具有 6 個(gè)自由度（踏板可以沿 x、y、z 軸方向移動(dòng)以及繞 x、y、的轉(zhuǎn)動(dòng)）的平衡板，通過采集受測(cè)者在踏板上重心數(shù)據(jù)分析其平衡能力。這一可以滿足受測(cè)者不同維度上的動(dòng)態(tài)平衡測(cè)試和訓(xùn)練，恢復(fù)受傷關(guān)節(jié)的活動(dòng)度和，協(xié)調(diào)發(fā)展大小肌群，改善本體感覺。測(cè)試和康復(fù)訓(xùn)練模式多樣，可以根據(jù)受調(diào)整不同難度等級(jí)和康復(fù)訓(xùn)練方式。

圖 1.3 3D 平衡評(píng)估機(jī)器人 圖 1.4 動(dòng)態(tài)平衡儀表 1.1 平衡測(cè)試儀公司/科研機(jī)構(gòu) 國家 產(chǎn)品名稱Dr.-Wolff 德國 Balance-checkMicro Medical Tech 美國 SportKat, BalanceQuestPatanè 法國 ROTOBIT3DSynapsys 法國 SYNAPSYS platform皮埃爾和瑪麗居里大學(xué) 法國 IsiMoveAMTI 美國 AccuSwayPLUSAnima 日本 Korebalance2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀近幾年，國內(nèi)的一些高等院校、科研院所以及企業(yè)陸續(xù)開始從事這方面的研究作，但由于起步較晚，很多工作尚處在研發(fā)階段。中國人民解放軍第二軍醫(yī)大學(xué)海軍軍醫(yī)大學(xué)）是國內(nèi)最早開展相關(guān)研究的單位。該校聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)眼耳鼻喉科[13]

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

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本文編號(hào)：2799778