手指康复训练装置机械设计与分析

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1、硕士学位论文MASTER′SDISSERTATION论文题目手指康复训练装置机械设计与分析作者姓名邸海涛学位类别工程硕士指导教师蒋里教授2016年5月中图分类号：TP242.3学校代码：10216UDC：621密级：公开工程硕士学位论文（产品研发型）手指康复训练装置机械设计与分析硕士研究生：邸海涛导师：蒋里教授副导师：曹耀辉高级工程师申请学位：工程硕士工程领域：机械工程所属学院：机械工程学院答辩日期：2016年5月授予学位单位：燕山大学ADissertationinMechanicalEngineeringMECHANICALDES

2、IGNANDANALYSISOFFINGERREHABILITATIONTRAININGDEVICEbyDiHaitaoSupervisor:ProfessorJiangliViceSupervisor:SeniorEngineerCaoYaohuiYanshanUniversityMay,2016燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《手指康复训练装置机械设计与分析》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的

3、研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字日期：年月日燕山大学硕士学位论文使用授权书《手指康复训练装置机械设计与分析》系本人在燕山大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所有，本人如需发表将署名燕山大学为第一完成单位及相关人员。本人完全了解燕山大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权燕山大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论

4、文的全部或部分内容。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要摘要康复医疗机器人随着不断成熟的机器人技术成为当今机械工程领域最为热门的研究方向之一，其研究内容涉及到生物（力）学、人机工程学、康复医学、机器人学及计算机科学等诸多领域。手的运动功能是人类得以正常便利生活、学习和工作的基本保障。偏瘫患者及各种外力引起的手外伤是造成人手运动功能障碍甚至丧失的两个重要原因。而传统的康复训练治疗方式给许多普通患者及其家庭带来了沉重的经济负担和精神压力，因

5、此，研究一种辅助患者进行自主康复训练的手指康复机器人显得非常有意义，具有广泛的社会效益。本文首先基于人手生物学特性分析，对人手的生物学结构、运动特性及自由度约束进行了研究，秉承“以人为本”的设计理念结合临床康复医学要求，制定了手指康复训练装置的设计原则和设计目标，选取了合理的训练模式，并对机械系统选择了合适的控制驱动方式及主要零部件。然后基于MATLAB平台利用D-H参数法对拇指和食指及其训练机构进行了运动学分析，并通过蒙特卡洛法对手指的活动空间进行了分析求解；接着在运动学分析的基础上利用第二类拉格朗日方程对食指的人机构型进行了动力

6、学计算分析。最后基于ADAMS平台构建了食指及其训练机构的运动学虚拟样机，并将运动学仿真分析结果同基于MATLAB平台对其进行计算求得的总运动学方程结果作了对照比较，验证了运动学分析的正确性；接着对其构建了动力学模型，并以人手握拳/伸展过程中食指的运动轨迹为原型设定驱动参数进行了仿真分析，且仿真结果数据为电机的选型提供了依据。关键词：手指康复机器人；运动学；动力学；虚拟样机；仿真分析I燕山大学工程硕士学位论文AbstractWiththematurityoftherehabilitationrobotrobottechnologyh

7、asbecomeoneofthemostpopularresearchdirectioninthefieldofmechanicalengineering,itsresearchcontentinvolvesthebiological(force),ergonomics,rehabilitationmedicine,roboticsandcomputerscienceetc.Thefunctionofthehandmovementisthebasicguaranteetothenormalhumanlife,studyandwork

8、convenience.Patientswithhemiplegiacausedbyexternalforceandavarietyofhandinjuriesaretwomainreasonsforhandmotiondysfunc