創(chuàng)傷手指康復機械手系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著機器人技術的進步及其應用領域的不斷擴展，康復機器人作為智能機器人的一個分支正在逐步進入我們的生活，并給康復理論的發(fā)展和臨床康復技術的進步帶來了新的動力。目前，康復機器人技術正在日益成為機器人領域的研究熱點。
　　人手外傷或術后的功能恢復是手外科醫(yī)師必須面對的問題。目前，連續(xù)被動活動（ContinuousPassiveMotion，簡稱CPM）理論正在進入臨床實踐并為廣大康復醫(yī)師所日漸接受。為了給手外傷患者提供一個用于手功能康復

2、治療的CPM機，給手外科康復醫(yī)師提供一個臨床研究的儀器設備，提高手功能康復治療的自動化、智能化水平，結合國家自然科學基金“智能促動手（指）功能恢復醫(yī)療仿生機械手的研究”（批準號：60275033），針對連續(xù)被動活動裝置在手功能康復中應用的特點與難點，本文圍繞創(chuàng)傷手指康復機械手的康復原理、CPM裝置的構型設計與尺度綜合、機械系統(tǒng)設計、康復機械手的運動學和動力學、傳感系統(tǒng)設計及傳感器信號處理方法、康復機械手嵌入式系統(tǒng)設計、康復模式和系統(tǒng)實踐

3、等關鍵技術進行了深入的研究，最終成功研制了創(chuàng)傷手指功能康復機械手系統(tǒng)。
　　本文首先研究了康復機械手機械系統(tǒng)。根據臨床康復的需要，設計了康復機械手康復治療方案，并在人手功能分析的基礎上，設計了一個能對人手指的多個關節(jié)進行康復運動的CPM裝置的構型。該CPM裝置組成的基本單元是平面四桿機構，針對這一結構特點提出一種基于機械性能的平面四桿機構尺度綜合方法?？祻蜋C械手機械系統(tǒng)選用仿生肌肉的驅動技術，整個系統(tǒng)劃分成仿生手指和仿生肌肉兩個模

4、塊，兩個模塊通過仿生肌肉聯接構成完整的康復機械手機械系統(tǒng)。
　　其次研究了康復機械手的運動學和動力學的分析方法。針對康復機械手對抓握訓練的需求，將康復機械手CPM裝置和人的手指看作一個整體，進行一體化分析。通過研究應用旋量理論建立機器人運動學和動力學方程的方法，在對平面四桿機構和空間六桿機構進行運動學和動力學分析的基礎上，提出了基于旋量理論的康復機械手運動學和動力學方法。
　　然后研究了康復機械手傳感系統(tǒng)。根據康復機械手CP

5、M裝置的特點，采用傳統(tǒng)的應變測量原理，將關節(jié)力矩傳感器及其信號調理電路集成在桿件上；采用霍爾位置傳感器實現關節(jié)位置的無接觸測量，其信號調理電路集成在CPM裝置的關節(jié)上。根據關節(jié)力／位傳感器信號頻率較低的特點，在對主要干擾源進行分析的基礎上，提出了在時間域以實際輸入信號和理想輸出信號的均方差最小為優(yōu)化目標的無限長沖激響應（IIR）數字濾波器的優(yōu)化設計方法。
　　再次研究了康復機械手嵌入式系統(tǒng)設計。在康復機械手嵌入式系統(tǒng)設計中采用軟硬