【摘要】：作為外傷中最為常見的一種,手外傷在發(fā)生時超過半數(shù)伴隨著肌腱損傷。在創(chuàng)傷面愈合的過程中,肌腱會與周圍的組織共同生長形成粘連,這對最后的康復效果有很大的影響,需要對患指進行單指康復。在實際的康復過程中,單一控制方法很難滿足不同康復階段的需求,需要根據(jù)不同階段特點進行控制方法設計。同時,與依靠康復醫(yī)師經(jīng)驗相比,康復階段評估與康復過程數(shù)字化對康復效果的提高也起到了重要的作用。首先,對手功能康復機器人系統(tǒng)進行了研究,包括機械系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)與人機交互系統(tǒng)。機械系統(tǒng)利用四連桿機構設計模塊化關節(jié),在鮑登線的驅(qū)動下輔助患指進行運動。傳感系統(tǒng)主要對關節(jié)角度與關節(jié)力矩進行實時測量,通過在關節(jié)驅(qū)動線輪上安裝霍爾角度傳感器,測量驅(qū)動線輪角位置,并進行標定。同時,根據(jù)力矩傳感器測量關節(jié)力矩的基本原理完成了力矩傳感器標定試驗。為增加患者在康復過程中的參與度,設計人機交互系統(tǒng),利用視覺反饋吸引患者參與康復,同時在康復過程中實時調(diào)節(jié)運動參數(shù)。其次,結(jié)合范圍康復期與力量康復期的特點設計了自適應輔助康復方法。針對范圍與力量康復期,在患指的主活動度與超伸活動度內(nèi)進行等容積的漸進式康復,以改善患者手指末端抖動與肌腱粘連的情況。通過對手指與外骨骼模型的建立,完成對機械系統(tǒng)運動學與靜動力學的分析,結(jié)合電壓阻抗自適應控制方法,實現(xiàn)對外骨骼運動的控制。同時,對運動學模型進行仿真,保證外骨骼工作的安全性。同時,針對協(xié)調(diào)康復期對手指靈活度的要求,設計了基于力矩觀測器的輔助康復方法。根據(jù)協(xié)調(diào)康復期需要進行小范圍定力矩的康復要求,對角度與力矩的控制精度要求較高。為解決回差現(xiàn)象對角度與力矩信息測量不準確的問題,引入力矩觀測器,對鮑登線的回差特性進行補償,并設計基于力矩觀測器的輔助康復方法,幫助患者在協(xié)調(diào)康復期完成康復任務。并且對所建立的回差模型與設計的輔助康復方法進行了仿真,驗證其能夠達到康復要求。最后,對手康復機器人進行了運動性能測試,并進行了臨床實驗。在康復結(jié)束后,對康復過程及設計的兩種輔助康復方法效果進行評價。根據(jù)實驗結(jié)果,本文設計的自適應輔助康復方法和基于力矩觀測器的輔助康復方法能根據(jù)不同時期的需求輔助患者進行康復。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP242
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文.1 開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制型的手功能康復機器人是最早被研制且最先投產(chǎn)的，INETEC 公司（法國）研發(fā)的一種針對手指和手腕的關節(jié)進行康，如圖 1-1；ORMED 公司（德國）研制的 ARTROMOT 型手部練器[5]，如圖 1-2；MAREF 公司（韓國）設計的 RELIVER 型手訓練器[6]，如圖 1-3。采用開環(huán)控制系統(tǒng)的康復機器人由于沒有置，整個機器人系統(tǒng)變得簡單，康復訓練更容易進行，因此近年進行研究。日本九州大學（Kyushu University）的 Jumpei ARA出了一種三層滑動彈簧片機構的外骨骼康復機器人，如圖 1-4 所電機同時推動四指的中間層彈簧片帶動手指做屈曲/伸展運動，大的特點。

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文.1 開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)控制型的手功能康復機器人是最早被研制且最先投產(chǎn)的，INETEC 公司（法國）研發(fā)的一種針對手指和手腕的關節(jié)進行康，如圖 1-1；ORMED 公司（德國）研制的 ARTROMOT 型手部練器[5]，如圖 1-2；MAREF 公司（韓國）設計的 RELIVER 型手訓練器[6]，如圖 1-3。采用開環(huán)控制系統(tǒng)的康復機器人由于沒有置，整個機器人系統(tǒng)變得簡單，康復訓練更容易進行，因此近年進行研究。日本九州大學（Kyushu University）的 Jumpei ARA出了一種三層滑動彈簧片機構的外骨骼康復機器人，如圖 1-4 所電機同時推動四指的中間層彈簧片帶動手指做屈曲/伸展運動，大的特點。

如圖 1-1；ORMED 公司（德國）研制的 ARTROMOT 型手部運練器[5]，如圖 1-2；MAREF 公司（韓國）設計的 RELIVER 型手部訓練器[6]，如圖 1-3。采用開環(huán)控制系統(tǒng)的康復機器人由于沒有安置，整個機器人系統(tǒng)變得簡單，康復訓練更容易進行，因此近年來進行研究。日本九州大學（Kyushu University）的 Jumpei ARATA出了一種三層滑動彈簧片機構的外骨骼康復機器人，如圖 1-4 所示電機同時推動四指的中間層彈簧片帶動手指做屈曲/伸展運動，輕大的特點。圖 1-1 KINETEC 手部康復器 圖 1-2ARTROMOT 手指康復

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