手功能康復(fù)外骨骼的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析.pdf

1、人的大部分日?；顒?dòng)需要手的參與才能完成，因此幫助偏癱患者改善并恢復(fù)手部運(yùn)動(dòng)功能是偏癱康復(fù)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。針對目前國內(nèi)醫(yī)療資源緊張而偏癱患者在康復(fù)期又急需合適手部康復(fù)訓(xùn)練裝置的問題，本課題基于連續(xù)被動(dòng)運(yùn)動(dòng)理論(Continuous Passive Motion，CPM)、神經(jīng)代償可塑性理論和運(yùn)動(dòng)康復(fù)理論，設(shè)計(jì)了一種具有良好人手適應(yīng)性的穿戴式手功能康復(fù)訓(xùn)練外骨骼。本文根據(jù)人手特點(diǎn)對手功能康復(fù)外骨骼進(jìn)行了機(jī)構(gòu)選型，并在構(gòu)型基礎(chǔ)上進(jìn)行了機(jī)構(gòu)優(yōu)化

2、分析、運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)仿真分析、康復(fù)系統(tǒng)組成分析、物理樣機(jī)實(shí)驗(yàn)分析，驗(yàn)證了所研制的手功能康復(fù)外骨骼在康復(fù)訓(xùn)練時(shí)的有效性。
　　首先在機(jī)構(gòu)上解決了外骨骼和人手的適應(yīng)性問題。通過探究手指自由運(yùn)動(dòng)規(guī)律，擬合出三指節(jié)運(yùn)動(dòng)規(guī)律函數(shù);通過對關(guān)節(jié)閉鏈機(jī)構(gòu)優(yōu)化和選型，在避免讓指節(jié)充當(dāng)受力桿件的前提下，解決了轉(zhuǎn)動(dòng)部分瞬心投影和指節(jié)長度調(diào)整兩大技術(shù)問題，達(dá)到了適應(yīng)性康復(fù)訓(xùn)練要求;驅(qū)動(dòng)部分采用了模塊化設(shè)計(jì)，通過電機(jī)、健側(cè)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)化形式滿足了患者的個(gè)性化康復(fù)

3、訓(xùn)練需求。
　　其次通過理論和仿真分析得到了手功能康復(fù)外骨骼的理論運(yùn)動(dòng)參數(shù)。為方便解耦將指節(jié)機(jī)構(gòu)分為閉鏈機(jī)構(gòu)和主運(yùn)動(dòng)鏈機(jī)構(gòu)兩部分，使用D-H法對主運(yùn)動(dòng)鏈機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析得到了空間位姿雅可比矩陣，并進(jìn)行了正、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，又聯(lián)立閉鏈機(jī)構(gòu)得到單根手指空間運(yùn)動(dòng)學(xué)矩陣;進(jìn)一步分析得到力雅可比矩陣并利用牛頓-歐拉法建立了動(dòng)力學(xué)模型;通過Pro/E和ADAMS軟件對單根機(jī)械手指進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)仿真，證明了模型在理論情況下訓(xùn)練的安全性和有效性。

4、
　　再次對手功能康復(fù)外骨骼控制系統(tǒng)進(jìn)行了模塊化分析探索。將康復(fù)系統(tǒng)模塊化為外骨骼執(zhí)行模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理控制模塊、人機(jī)交互可視化模塊;分析了各模塊主要功能以及模塊之間的聯(lián)系，并對閉環(huán)控制策略和人機(jī)交互界面進(jìn)行了簡單描述和設(shè)計(jì)。
　　最后進(jìn)行了一系列物理樣機(jī)實(shí)驗(yàn)。通過分析一代物理樣機(jī)的優(yōu)點(diǎn)及不足，總結(jié)出二代物理樣機(jī)應(yīng)具備的特點(diǎn);為驗(yàn)證二代物理樣機(jī)的有效性，進(jìn)行了人手適應(yīng)性實(shí)驗(yàn)、運(yùn)動(dòng)角度實(shí)驗(yàn)、指面垂直正壓力實(shí)驗(yàn)、健側(cè)輔