肘、腕關(guān)節(jié)是人類進(jìn)行日�；顒�(dòng)的主要載體,其損傷后若得不到徹底的康復(fù),會(huì)嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量,而及時(shí)的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練是其高質(zhì)量康復(fù)的重要手段。隨著康復(fù)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展,涌現(xiàn)出了一系列康復(fù)機(jī)器人用于肘腕關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練。針對(duì)訓(xùn)練過程中因人機(jī)運(yùn)動(dòng)軸線不重合帶來的關(guān)節(jié)康復(fù)角度不準(zhǔn)確、康復(fù)運(yùn)動(dòng)控制精度低等問題,以及人機(jī)交互體驗(yàn)差,無法實(shí)現(xiàn)“沉浸式”康復(fù)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練等不足,在課題室已有肘腕康復(fù)機(jī)器人樣機(jī)的基礎(chǔ)上,通過引入生物融合式康復(fù)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)理念對(duì)肘關(guān)節(jié)康復(fù)角度進(jìn)行修正,并進(jìn)一步設(shè)計(jì)開發(fā)肘腕康復(fù)機(jī)器人控制軟件系統(tǒng),主要開展以下研究工作:首先,在對(duì)人體肘、腕關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)機(jī)理分析的基礎(chǔ)上,將人體關(guān)節(jié)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)副等效,并在機(jī)器人機(jī)構(gòu)中增設(shè)彈性移動(dòng)副,人機(jī)構(gòu)成生物融合式康復(fù)機(jī)構(gòu)。通過彈性移動(dòng)副位置分析,對(duì)人體前臂長(zhǎng)度進(jìn)行識(shí)別,實(shí)現(xiàn)人體肘關(guān)節(jié)康復(fù)角度的修正,進(jìn)而提高康復(fù)運(yùn)動(dòng)精度。其次,基于肘腕康復(fù)機(jī)器人的控制功能需求分析,劃分功能模塊,并運(yùn)用.NET三層設(shè)計(jì)架構(gòu)和MVC設(shè)計(jì)模式搭建控制軟件的總體架構(gòu),并對(duì)數(shù)據(jù)庫、多線程和串口通信三個(gè)關(guān)鍵模塊進(jìn)行設(shè)計(jì),并進(jìn)一步開發(fā)可視化的人機(jī)交互界面。針對(duì)肘、腕關(guān)節(jié)的康復(fù)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn),設(shè)計(jì)并搭建... 

【文章來源】：燕山大學(xué)河北省

【文章頁數(shù)】：73 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

MIT-MANUS上肢康復(fù)機(jī)器人2005年，英國(guó)蘇黎世大學(xué)的科研人員

過程中它還可以采集患肢在運(yùn)動(dòng)時(shí)的康復(fù)數(shù)據(jù)，并通過PC端顯示器進(jìn)行可視化顯示。此外，MIT-MANUS借助互聯(lián)網(wǎng)還能夠幫助康復(fù)醫(yī)師和患者實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作和康復(fù)訓(xùn)練。2002年，以英國(guó)雷丁大學(xué)為主研者的團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一款名為GENTLE/S的康復(fù)機(jī)器人[4]，如圖1-2所示，它采用升降搖臂結(jié)構(gòu)和繩索驅(qū)動(dòng)的方式來實(shí)現(xiàn)肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)的康復(fù)訓(xùn)練，同時(shí)集成了具有3個(gè)被動(dòng)自由度的手腕康復(fù)模塊，以此來實(shí)現(xiàn)手腕康復(fù)訓(xùn)練。GENTLE/S同時(shí)還結(jié)合了計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)，通過搭建虛擬康復(fù)場(chǎng)景來調(diào)動(dòng)患者參與康復(fù)的積極性。圖1-1MIT-MANUS上肢康復(fù)機(jī)器人圖1-2GENTLE/S上肢康復(fù)機(jī)器人2005年，英國(guó)蘇黎世大學(xué)的科研人員研制了一款名為ARMin[5]的康復(fù)機(jī)器人，如圖1-3所示，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面它主要采用串聯(lián)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)6個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，包括大臂轉(zhuǎn)動(dòng)、肩關(guān)節(jié)內(nèi)外旋、肩關(guān)節(jié)屈伸、肘關(guān)節(jié)屈伸、腕關(guān)節(jié)屈伸以及前臂轉(zhuǎn)動(dòng)。它還配置有高精度的位移、角度和力傳感器，通過結(jié)合PID的力控制策略來滿足康復(fù)機(jī)器人對(duì)安全性和運(yùn)動(dòng)柔順性的要求。ARMin康復(fù)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)慣性小，摩擦阻力小以及可反向驅(qū)動(dòng)，同時(shí)引入了人機(jī)交互策略，通過觸覺和視聽覺等直接反應(yīng)患動(dòng)主動(dòng)參與康復(fù)訓(xùn)練的意愿[5],提高了患者的參與感。2009年研發(fā)出的第二代ARMin比

第1章緒論-3-第一代康復(fù)機(jī)器人多了1個(gè)自由度[6]，如圖1-4所示，可以幫助患者可以更好地完成一些日�；顒�(dòng)的訓(xùn)練。圖1-3第一代ARMin上肢康復(fù)機(jī)器人圖1-4第二代ARMin上肢康復(fù)機(jī)器人MartinLevesley教授等學(xué)者研發(fā)的iPAM[7](intelligentPneumaticArmMovement)康復(fù)機(jī)器人，如圖1-5所示，它主要由兩條氣動(dòng)機(jī)械臂組成，遠(yuǎn)端矯形器用于控制患者前臂運(yùn)動(dòng)，近端矯形器連接在上臂的中點(diǎn)，以控制相對(duì)于遠(yuǎn)端臂的近端機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。iPAM具有6個(gè)自由度[8],包括肩膀處的5個(gè)自由度，肘部的1個(gè)自由度。iPAM的正常運(yùn)行需要精準(zhǔn)控制兩個(gè)機(jī)械手臂之間的安全協(xié)作，在使用之前，需要對(duì)患者手臂位置進(jìn)行校準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)和軟件系統(tǒng)中手臂模型相匹配。為了提供準(zhǔn)確的手臂位置，控制系統(tǒng)需要以500Hz的頻率對(duì)前向運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行50次迭代處理，因此它對(duì)控制器的計(jì)算能力有著較高要求。圖1-5iPAM雙臂康復(fù)機(jī)器人2013年，EdoardoSotgiu等人研發(fā)了如圖1-6所示的BRANDO康復(fù)機(jī)器人[9]，它有3個(gè)被動(dòng)自由度、3個(gè)主動(dòng)自由度以及1個(gè)用于調(diào)整關(guān)節(jié)位置高度的自由度。在機(jī)器人控制系統(tǒng)上，它主要分成兩個(gè)級(jí)別：底層控制是一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)，主要在目標(biāo)單元(TU)上實(shí)現(xiàn)，以單臺(tái)工控機(jī)為控制中心，支持機(jī)器人正向運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算和重力補(bǔ)償算法，通過數(shù)據(jù)采集卡(DAQ)等硬件采集編碼器數(shù)據(jù)和驅(qū)動(dòng)器信號(hào)，來控制機(jī)器人電機(jī)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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