多自由度混聯上肢康復外骨骼機構的研究
發(fā)布時間：2021-10-24 07:49
隨著經濟技術的不斷發(fā)展和人類生活水平的提高,人類面臨的疾病問題也不斷增加,其中以腦卒中疾病最為明顯。雖然醫(yī)學技術在不斷進步,腦卒中患者的存活率在上升,但由腦卒中引起的上肢偏癱患者在逐漸增多,康復需求巨大。目前,在上肢康復醫(yī)療中,患者主要依靠一些簡單的輔助器械進行康復訓練,同時需要專業(yè)理療醫(yī)師一對一輔助訓練,浪費了大量人力和物力,所以將機器人技術與康復醫(yī)學相結合是目前國內外研究的熱點。本文通過查閱大量國內外的文獻資料,總結現有上肢康復機器人的優(yōu)缺點,針對現有問題以及預想所設計的上肢康復外骨骼機器人能夠實現的功能,旨在設計出一種多自由度混聯上肢康復外骨骼機構,為上肢偏癱患者提供安全可靠的康復訓練。首先,通過對人體上肢各關節(jié)的運動規(guī)律進行研究,結合人因工程學理論,設計出一種多自由度混聯上肢康復外骨骼機構,該機構是由5R串聯機構與變形后的3-RPS并聯機構組成,可實現患者上肢7個自由度的康復訓練運動,并對關鍵零部件進行了靜力學分析。其次,對上肢康復外骨骼機構進行運動學理論分析,建立D-H轉換坐標系,分別采用分部求解法和等效機構法得到該機構的運動學正解;又采用分部求解法得到該機構的運動學反解;通...
【文章來源】：青島科技大學山東省
【文章頁數】：89 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
近幾年中國腦卒中發(fā)病率
標帶有主觀意識，在康復訓練過程中患者被動地接受康復過程，不能確切感受到康復訓練的效果，從而可能產生消極態(tài)度，不利于康復治療。所以這種康復方式的弊端在于：首先，當患者較多時，理療醫(yī)師無法同時對多個患者進行康復訓練，導致康復醫(yī)師的勞動強度大；其次，由于社會缺乏專業(yè)的康復訓練師，導致康復訓練的治療費用較高；再者，患者所進行的康復訓練運動全靠醫(yī)師的臨床經驗來制定，沒有相應的康復反饋監(jiān)測，不利于下一次的康復訓練運動；最后，人工康復訓練的方式對患者而言缺乏吸引力，缺少趣味性，訓練效果不理想。圖1-2傳統(tǒng)的上肢康復訓練Fig.1-2Traditionalupperextremityrehabilitationtraining近幾年來，針對偏癱癥狀的醫(yī)療康復產品有很多種，如智能輪椅、輔助康復器材等等，但這些康復產品僅限于被動訓練，而且還是需要醫(yī)護人員一對一輔助訓練，有的甚至根本起不到康復訓練運動的效果。在這樣的環(huán)境下，與工業(yè)技術相結合的康復工程應運而生，越來越多的研究者將先進的工業(yè)技術與醫(yī)學交叉結合，通過運用醫(yī)學原理和專業(yè)的機械知識，研制出許多適用于康復訓練運動的康復機器人產品�？祻陀柧殭C器人是將傳統(tǒng)的工業(yè)機器人運用到康復醫(yī)學領域，是機械、信息等工程學科與康復醫(yī)學科交叉結合的碩果，是促進人們生活水平的偉大實踐�？祻陀柧殭C器人與傳統(tǒng)人工康復訓練相比，其優(yōu)勢在于：第一，康復機器人不具有主觀意識，也就意味著不會疲憊，并且可以提前設定好康復訓練運動的各種參數，從而降低康復理療醫(yī)師的工作量，使理療醫(yī)師有更多的精力用于指定科學的合理的適用于偏癱患者的康復訓練方案；第二，康復機器人在康復訓練過程中能夠實現對于患者各關節(jié)或者肌肉運動以及身體狀況的實時監(jiān)測，避免超過患者的生理承受能力，同時理療醫(yī)師也?
青島科技大學研究生學位論文5圖1-3MIT-MANUS的平面模塊圖1-4手腕模塊Fig.1-3PlanemoduleofMIT-MANUSFig.1-4Wristmodule圖1-5MIT-MANUS康復訓練機器人Fig.1-5MIT-Manusrehabilitationtrainingrobot2000年，芝加哥研究所的Kahn和美國加州大學的Reinkensmeyer共同研制出一款名為ARM-Guide的康復訓練機器人，該機構能夠實現上肢3個自由度的康復訓練[12]，如圖1-6所示。該康復機構將患者的小臂固定在托板上，通過電機帶動下，小臂可沿傳送帶直線移動，從而實現肩關節(jié)的屈/伸；通過底部電機M的轉動，可以帶動小臂轉動，實現肘關節(jié)的屈/伸；通過底部電機C的轉動，可以實現肩關節(jié)的旋內/旋外。但該康復訓練機器人仍具有一定的缺點，即訓練模式過于單一，可實現的康復自由度較少。圖1-6ARM-Guide三自由度上肢康復機器人Fig.1-6Armguidethreedegreeoffreedomupperlimbrehabilitationrobot2005年，瑞士蘇黎世大學的RobertRiener等人研制出一種六自由度上肢康復外骨骼機器人——ARMin[13]，如圖1-7所示。該上肢康復機器人與以往的不同在
【參考文獻】：
期刊論文
[1]肢體康復機器人研究現狀及進展[J]. 任武,陳秋冰,崔雅靜,于婷婷,雷婉月,吳陽,于毅. 新鄉(xiāng)醫(yī)學院學報. 2018(08)
[2]國內高校機器人研究現狀分析[J]. 羅向陽,鮑官軍. 機械. 2018(06)
[3]四自由度上肢康復機器人運動軌跡規(guī)劃與仿真[J]. 楊呂劍,沈林勇,丁航. 計算機仿真. 2016(08)
[4]上肢康復機器人運動學分析與康復運動規(guī)劃[J]. 李妍姝,王生澤. 機械傳動. 2012(07)
[5]電力鐵塔攀爬機器人工作空間的3種求解方法[J]. 劉曉宇,陸小龍,趙世平. 機械設計. 2012(05)
[6]早期康復訓練對腦卒中患者肢體功能恢復的影響[J]. 李曉華. 中國實用護理雜志. 2011 (18)
[7]基于Matlab的機器人工作空間求解方法[J]. 趙燕江,張永德,姜金剛,邵俊鵬. 機械科學與技術. 2009(12)
[8]A novel 5-DOF exoskeletal rehabilitation robot system for upper limbs[J]. 李慶玲. High Technology Letters. 2009(03)
[9]上肢康復機器人發(fā)展現狀的分析與研究[J]. 李慶玲,孫立寧,杜志江. 機械設計. 2008(09)
[10]運動副布置對3-SPR并聯機構工作空間的影響分析[J]. 石巖,路懿. 燕山大學學報. 2008(04)
博士論文
[1]套索傳動七自由度上肢外骨骼機器人系統(tǒng)研究[D]. 肖飛云.合肥工業(yè)大學 2018
[2]基于sEMG信號的外骨骼式機器人上肢康復系統(tǒng)研究[D]. 李慶玲.哈爾濱工業(yè)大學 2009
[3]手臂康復機器人系統(tǒng)研究[D]. 楊勇.哈爾濱工程大學 2009
碩士論文
[1]3-SPR+4R上肢外骨骼混聯機構運動學分析與實時仿真平臺的研究[D]. 王水蘭.大連交通大學 2017
[2]3-PCR并聯機構運動分析與軌跡規(guī)劃[D]. 岳瑋琦.遼寧工程技術大學 2016
[3]上肢康復輔助訓練機器人的設計[D]. 趙峰.西安電子科技大學 2014
[4]上肢偏癱康復機器人研究[D]. 呂超.上海交通大學 2011
[5]外骨骼式下肢康復機器人的構型及其運動學分析[D]. 肖艷春.河北工業(yè)大學 2011
[6]手臂康復訓練機器人控制及實驗研究[D]. 佟杰.哈爾濱工程大學 2007
[7]偏癱上肢復合運動康復訓練機器人的研制[D]. 胡宇川.清華大學 2004
本文編號：3454884
【文章來源】：青島科技大學山東省
【文章頁數】：89 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
近幾年中國腦卒中發(fā)病率
標帶有主觀意識，在康復訓練過程中患者被動地接受康復過程，不能確切感受到康復訓練的效果，從而可能產生消極態(tài)度，不利于康復治療。所以這種康復方式的弊端在于：首先，當患者較多時，理療醫(yī)師無法同時對多個患者進行康復訓練，導致康復醫(yī)師的勞動強度大；其次，由于社會缺乏專業(yè)的康復訓練師，導致康復訓練的治療費用較高；再者，患者所進行的康復訓練運動全靠醫(yī)師的臨床經驗來制定，沒有相應的康復反饋監(jiān)測，不利于下一次的康復訓練運動；最后，人工康復訓練的方式對患者而言缺乏吸引力，缺少趣味性，訓練效果不理想。圖1-2傳統(tǒng)的上肢康復訓練Fig.1-2Traditionalupperextremityrehabilitationtraining近幾年來，針對偏癱癥狀的醫(yī)療康復產品有很多種，如智能輪椅、輔助康復器材等等，但這些康復產品僅限于被動訓練，而且還是需要醫(yī)護人員一對一輔助訓練，有的甚至根本起不到康復訓練運動的效果。在這樣的環(huán)境下，與工業(yè)技術相結合的康復工程應運而生，越來越多的研究者將先進的工業(yè)技術與醫(yī)學交叉結合，通過運用醫(yī)學原理和專業(yè)的機械知識，研制出許多適用于康復訓練運動的康復機器人產品�？祻陀柧殭C器人是將傳統(tǒng)的工業(yè)機器人運用到康復醫(yī)學領域，是機械、信息等工程學科與康復醫(yī)學科交叉結合的碩果，是促進人們生活水平的偉大實踐�？祻陀柧殭C器人與傳統(tǒng)人工康復訓練相比，其優(yōu)勢在于：第一，康復機器人不具有主觀意識，也就意味著不會疲憊，并且可以提前設定好康復訓練運動的各種參數，從而降低康復理療醫(yī)師的工作量，使理療醫(yī)師有更多的精力用于指定科學的合理的適用于偏癱患者的康復訓練方案；第二，康復機器人在康復訓練過程中能夠實現對于患者各關節(jié)或者肌肉運動以及身體狀況的實時監(jiān)測，避免超過患者的生理承受能力，同時理療醫(yī)師也?
青島科技大學研究生學位論文5圖1-3MIT-MANUS的平面模塊圖1-4手腕模塊Fig.1-3PlanemoduleofMIT-MANUSFig.1-4Wristmodule圖1-5MIT-MANUS康復訓練機器人Fig.1-5MIT-Manusrehabilitationtrainingrobot2000年，芝加哥研究所的Kahn和美國加州大學的Reinkensmeyer共同研制出一款名為ARM-Guide的康復訓練機器人，該機構能夠實現上肢3個自由度的康復訓練[12]，如圖1-6所示。該康復機構將患者的小臂固定在托板上，通過電機帶動下，小臂可沿傳送帶直線移動，從而實現肩關節(jié)的屈/伸；通過底部電機M的轉動，可以帶動小臂轉動，實現肘關節(jié)的屈/伸；通過底部電機C的轉動，可以實現肩關節(jié)的旋內/旋外。但該康復訓練機器人仍具有一定的缺點，即訓練模式過于單一，可實現的康復自由度較少。圖1-6ARM-Guide三自由度上肢康復機器人Fig.1-6Armguidethreedegreeoffreedomupperlimbrehabilitationrobot2005年，瑞士蘇黎世大學的RobertRiener等人研制出一種六自由度上肢康復外骨骼機器人——ARMin[13]，如圖1-7所示。該上肢康復機器人與以往的不同在
【參考文獻】：
期刊論文
[1]肢體康復機器人研究現狀及進展[J]. 任武,陳秋冰,崔雅靜,于婷婷,雷婉月,吳陽,于毅. 新鄉(xiāng)醫(yī)學院學報. 2018(08)
[2]國內高校機器人研究現狀分析[J]. 羅向陽,鮑官軍. 機械. 2018(06)
[3]四自由度上肢康復機器人運動軌跡規(guī)劃與仿真[J]. 楊呂劍,沈林勇,丁航. 計算機仿真. 2016(08)
[4]上肢康復機器人運動學分析與康復運動規(guī)劃[J]. 李妍姝,王生澤. 機械傳動. 2012(07)
[5]電力鐵塔攀爬機器人工作空間的3種求解方法[J]. 劉曉宇,陸小龍,趙世平. 機械設計. 2012(05)
[6]早期康復訓練對腦卒中患者肢體功能恢復的影響[J]. 李曉華. 中國實用護理雜志. 2011 (18)
[7]基于Matlab的機器人工作空間求解方法[J]. 趙燕江,張永德,姜金剛,邵俊鵬. 機械科學與技術. 2009(12)
[8]A novel 5-DOF exoskeletal rehabilitation robot system for upper limbs[J]. 李慶玲. High Technology Letters. 2009(03)
[9]上肢康復機器人發(fā)展現狀的分析與研究[J]. 李慶玲,孫立寧,杜志江. 機械設計. 2008(09)
[10]運動副布置對3-SPR并聯機構工作空間的影響分析[J]. 石巖,路懿. 燕山大學學報. 2008(04)
博士論文
[1]套索傳動七自由度上肢外骨骼機器人系統(tǒng)研究[D]. 肖飛云.合肥工業(yè)大學 2018
[2]基于sEMG信號的外骨骼式機器人上肢康復系統(tǒng)研究[D]. 李慶玲.哈爾濱工業(yè)大學 2009
[3]手臂康復機器人系統(tǒng)研究[D]. 楊勇.哈爾濱工程大學 2009
碩士論文
[1]3-SPR+4R上肢外骨骼混聯機構運動學分析與實時仿真平臺的研究[D]. 王水蘭.大連交通大學 2017
[2]3-PCR并聯機構運動分析與軌跡規(guī)劃[D]. 岳瑋琦.遼寧工程技術大學 2016
[3]上肢康復輔助訓練機器人的設計[D]. 趙峰.西安電子科技大學 2014
[4]上肢偏癱康復機器人研究[D]. 呂超.上海交通大學 2011
[5]外骨骼式下肢康復機器人的構型及其運動學分析[D]. 肖艷春.河北工業(yè)大學 2011
[6]手臂康復訓練機器人控制及實驗研究[D]. 佟杰.哈爾濱工程大學 2007
[7]偏癱上肢復合運動康復訓練機器人的研制[D]. 胡宇川.清華大學 2004
本文編號：3454884
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