創(chuàng)傷手指康復(fù)機(jī)械手系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)步及其應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，康復(fù)機(jī)器人作為智能機(jī)器人的一個(gè)分支正在逐步進(jìn)入我們的生活，并給康復(fù)理論的發(fā)展和臨床康復(fù)技術(shù)的進(jìn)步帶來了新的動(dòng)力。目前，康復(fù)機(jī)器人技術(shù)正在日益成為機(jī)器人領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
　　人手外傷或術(shù)后的功能恢復(fù)是手外科醫(yī)師必須面對(duì)的問題。目前，連續(xù)被動(dòng)活動(dòng)（ContinuousPassiveMotion，簡(jiǎn)稱CPM）理論正在進(jìn)入臨床實(shí)踐并為廣大康復(fù)醫(yī)師所日漸接受。為了給手外傷患者提供一個(gè)用于手功能康復(fù)

2、治療的CPM機(jī)，給手外科康復(fù)醫(yī)師提供一個(gè)臨床研究的儀器設(shè)備，提高手功能康復(fù)治療的自動(dòng)化、智能化水平，結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金“智能促動(dòng)手（指）功能恢復(fù)醫(yī)療仿生機(jī)械手的研究”（批準(zhǔn)號(hào)：60275033），針對(duì)連續(xù)被動(dòng)活動(dòng)裝置在手功能康復(fù)中應(yīng)用的特點(diǎn)與難點(diǎn)，本文圍繞創(chuàng)傷手指康復(fù)機(jī)械手的康復(fù)原理、CPM裝置的構(gòu)型設(shè)計(jì)與尺度綜合、機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)、康復(fù)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)、傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì)及傳感器信號(hào)處理方法、康復(fù)機(jī)械手嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)、康復(fù)模式和系統(tǒng)實(shí)踐

3、等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，最終成功研制了創(chuàng)傷手指功能康復(fù)機(jī)械手系統(tǒng)。
　　本文首先研究了康復(fù)機(jī)械手機(jī)械系統(tǒng)。根據(jù)臨床康復(fù)的需要，設(shè)計(jì)了康復(fù)機(jī)械手康復(fù)治療方案，并在人手功能分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一個(gè)能對(duì)人手指的多個(gè)關(guān)節(jié)進(jìn)行康復(fù)運(yùn)動(dòng)的CPM裝置的構(gòu)型。該CPM裝置組成的基本單元是平面四桿機(jī)構(gòu)，針對(duì)這一結(jié)構(gòu)特點(diǎn)提出一種基于機(jī)械性能的平面四桿機(jī)構(gòu)尺度綜合方法?？祻?fù)機(jī)械手機(jī)械系統(tǒng)選用仿生肌肉的驅(qū)動(dòng)技術(shù)，整個(gè)系統(tǒng)劃分成仿生手指和仿生肌肉兩個(gè)模

4、塊，兩個(gè)模塊通過仿生肌肉聯(lián)接構(gòu)成完整的康復(fù)機(jī)械手機(jī)械系統(tǒng)。
　　其次研究了康復(fù)機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的分析方法。針對(duì)康復(fù)機(jī)械手對(duì)抓握訓(xùn)練的需求，將康復(fù)機(jī)械手CPM裝置和人的手指看作一個(gè)整體，進(jìn)行一體化分析。通過研究應(yīng)用旋量理論建立機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)方程的方法，在對(duì)平面四桿機(jī)構(gòu)和空間六桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析的基礎(chǔ)上，提出了基于旋量理論的康復(fù)機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)方法。
　　然后研究了康復(fù)機(jī)械手傳感系統(tǒng)。根據(jù)康復(fù)機(jī)械手CP

5、M裝置的特點(diǎn)，采用傳統(tǒng)的應(yīng)變測(cè)量原理，將關(guān)節(jié)力矩傳感器及其信號(hào)調(diào)理電路集成在桿件上；采用霍爾位置傳感器實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)位置的無接觸測(cè)量，其信號(hào)調(diào)理電路集成在CPM裝置的關(guān)節(jié)上。根據(jù)關(guān)節(jié)力／位傳感器信號(hào)頻率較低的特點(diǎn)，在對(duì)主要干擾源進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出了在時(shí)間域以實(shí)際輸入信號(hào)和理想輸出信號(hào)的均方差最小為優(yōu)化目標(biāo)的無限長(zhǎng)沖激響應(yīng)（IIR）數(shù)字濾波器的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。
　　再次研究了康復(fù)機(jī)械手嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在康復(fù)機(jī)械手嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用軟硬