肩關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備及保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)與仿真.pdf

1、隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和醫(yī)學(xué)科學(xué)的進(jìn)步，腦卒中等傷病患者的死亡率明顯下降，而留有后遺癥和功能障礙的病人逐漸增多。同時(shí)人口老齡化進(jìn)程加速也使老年性疾病和慢性病的發(fā)病率急劇上升，順應(yīng)這一趨勢(shì)人們對(duì)醫(yī)療服務(wù)的要求不再局限于急救水平的高低，轉(zhuǎn)而更為重視功能的恢復(fù)。多數(shù)偏癱患者都需要一個(gè)系統(tǒng)、有序、連續(xù)且長(zhǎng)期的康復(fù)過程，開發(fā)研究適合社區(qū)以及家用的上肢康復(fù)醫(yī)療設(shè)備成為了當(dāng)前急需解決的問題。對(duì)于康復(fù)設(shè)備最重要的是安全性，本文的研究目的是開發(fā)一種肩關(guān)節(jié)康復(fù)

2、訓(xùn)練設(shè)備及保護(hù)裝置。
　　本文首先調(diào)研分析了康復(fù)在醫(yī)學(xué)上的理論依據(jù)，包括腦重塑理論和運(yùn)動(dòng)再學(xué)習(xí)理論，從人體仿生機(jī)理出發(fā)，為康復(fù)機(jī)器人設(shè)計(jì)了一種4-RRRR肩關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)。該肩關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用于外骨骼上肢康復(fù)機(jī)器人，具有與人體肩關(guān)節(jié)相一致的活動(dòng)空間。驅(qū)動(dòng)方式選擇為氣動(dòng)人工肌肉，氣動(dòng)人工肌肉是—種體積小巧、柔軟、重量輕、工作簡(jiǎn)單、容易控制的仿生學(xué)產(chǎn)品，它由壓縮空氣驅(qū)動(dòng)作推拉動(dòng)作，其過程就像人體的肌肉運(yùn)動(dòng)。使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)具有良好的柔順性，提高患

3、者使用的舒適程度。
　　由于氣動(dòng)人工肌肉運(yùn)動(dòng)的非線性導(dǎo)致肩關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)范圍難以精確控制，對(duì)于醫(yī)療康復(fù)機(jī)器人而言最重要的是安全性。本文為4-RRRR肩關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)了獨(dú)立的保護(hù)裝置，裝置的所有桿件零件均組裝在箱體之中使過量保護(hù)裝置外觀簡(jiǎn)潔，方便安裝。氣動(dòng)人工肌肉驅(qū)動(dòng)為肩關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)提供了柔性的運(yùn)動(dòng)，剛性的過量保護(hù)裝置可以精確的控制肩關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的活動(dòng)范圍，軟件和硬件兩方面的安全措施防止對(duì)患者造成二次傷害。
　　為了直觀的分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)

4、效果同時(shí)防止因多次加工樣機(jī)造成資源的浪費(fèi)，本文最后在SolidWorks中進(jìn)行了完整的三維模型的構(gòu)建，并裝配為虛擬樣機(jī)。使用SolidWorks Motion插件對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，參照康復(fù)醫(yī)師訓(xùn)練方案將仿真分為單輸入、雙輸入和復(fù)合運(yùn)動(dòng)三種情況，馬達(dá)曲線采用數(shù)據(jù)點(diǎn)擬合模擬氣動(dòng)人工肌肉的非線性輸入，最后輸出運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)和運(yùn)動(dòng)仿真動(dòng)畫。將運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)與人體肩關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)相對(duì)比，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)范圍與人體肩關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍一致。仿真動(dòng)畫直觀的展示運(yùn)動(dòng)效果，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)具