一種新型外骨骼手指康復機器人結構設計及特性評價.pdf

1、中風被醫(yī)學界公認為是威脅人類健康的三大疾病之一，而中風后導致偏癱的概率達百分之五十以上，此類患者的康復需求引起了社會各界的極大關注。中風患者因失去了其運動功能喪失了生活自理的能力，嚴重者身體完全癱瘓。手作為人體在日常生活中使用最頻繁的器官，因此手部的康復訓練成為中風患者最急需康復的內容。本課題調研了國內外剛性和軟體外骨骼手指康復機器人系統(tǒng)，結合了兩者的優(yōu)點重新設計了一套剛性外骨骼式機器人系統(tǒng)，用于輔助偏癱患者在康復初期進行手指的屈伸運動

2、訓練。
　　設計之前，對人手的結構組織進行了相關研究，了解了手部組織及骨骼構成，并依據D-H參數(shù)法對人手指結構進行分析，最后得到其空間運動模型，為機器人結構設計提供理論基礎。
　　本系統(tǒng)采用電動驅動的方式，采用步進電機作為動力源，可以實現(xiàn)比較精確的控制，可以使電機停止在某一個任意的位置，也就是使得患者的手指可以隨時停止在某一設定的位置。在控制系統(tǒng)設計過程中，應用了程序控制和主從控制兩種控制方式。程序控制，主要是針對患病比較嚴

3、重的中風和偏癱患者來說的，該患者穿戴好外骨骼手指康復機器人，按照設定好的程序可實現(xiàn)機器人按照既定的運動方式對患者的手指進行特定的康復訓練。同時，貼附在患者手指上的彎曲傳感器實時監(jiān)測患者手指的彎曲角度信息，以便于觀察患者的康復訓練情況。主從控制方式，主要是針對患病比較輕的患者來說的。主從式控制方式就是讓患者自身的正常一側的手指去控制患病一側的手指，實現(xiàn)自主控制。
　　本文還針對設計好的外骨骼手指康復機器人進行了運動學仿真，以便為該機

4、器人提供有力的理論支撐。首先將設計好的外骨骼手指康復機器人模型導入到ADAMS仿真軟件中，并將各個連接關節(jié)重新建立約束條件，設置好驅動函數(shù)后，就得到了機器人上的標記點的運動信息（彎曲角度、角速度和角加速度）。從仿真結果可以看出，該外骨骼手指康復機器人具有很好的柔順性，在運動過程中可以很順暢地完成設定好的彎曲/伸展動作。在最后，對設計出來的外骨骼手指康復機器人進行了相應的特性評價。該特性評價實驗主要應用了前面提到的主從控制的方式對機器人進