6071上肢外骨骼康复机器人肘关节机械系统设计

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1、摘要上肢康复机器人是医疗机器人的一个重要分支，它以偏瘫脑卒中病人运动疗法中的运动再学习理论为基础，融合了医学、生物学、机械学、信息与计算机科学等诸多学科，是目前国内外的研究热点。本文对上肢康复机器人系统的总体设计、运动学分析、运动控制系统、机器人样机及实验等进行了研究和开发，为该领域产品设计奠定理论基础、提供技术支撑。论文结合上肢解剖学和运动治疗理论，从安全性、仿生学、外骨骼材质、训练任务、安装使用等几个方面总结出上肢康复机器人的设计要求;在此基础上，设计出了轻型、运动可靠的上肢外骨骼康复机器人肘关节机械系统，并详细介绍了康复机器人系统的机械本体和控制策略。关键词:上肢康复

2、机器人，运动学分析，运动控制系统IVABSTRACTAsanimportantbranchofmedicalrobot，therehabilitationtrainingrobotforstrokehemiplegicpatientsisahotresearchtopicbothathomeandabroad.Basedonmotorrelearningtheory，itcombinesmanytechnologyfieldssuchasmedicine，biology，mechanics，information&computerscience，etc.Thisthesis

3、makesresearchesonsystemdesign，kinematicanalysis，motioncontrolsystem，prototypeandexperiment，andliesthefoundationforfurthertheoreticalresearchandprovidestechnicalsupportings.Takingsafety，bionics，exoskeletonmaterial，trainingmissionandinstallationuseintoconsideration，thedesignrulesforupperlimb

4、rehabilitationrobotareproposedonbasisofhumanupperlimbanatomyandmotionrehabilitationtheory.Undertheguidanceofrules，anovelexoskeletalupperlimbrehabilitationrobotforpatientsinlightandmovementreliableisdeveloped.Themechanicalstructure，controlstrategiesoftherehabilitationsystemarealsointroduced

5、.Keywords:Upperlimbrehabilitationrobot，Kinematicanalysis，MotioncontrolsystemIV目录摘要IABSTRACTII第1章绪论11.1研究背景及意义11.2上肢康复医疗机器人的国内外发展现状21.3肘关节31.3.1上肢外骨骼自由度分析31.3.2肘关节结构41.3.3肘关节的运动及参数41.4外骨骼机械设计51.4.1结构设计51.4.2驱动系统种类及各优缺点61.4.3能源71.4.4举例比较71.5控制系统81.6上肢康复机器人康复训练策略关键技术综述111.7发展前景12第2章外骨路式机器人上肢康

6、复肘关节方案设计132.1上肢生理特点与康复治疗方法132.1.1手臂的生理结构特点132.1.2复治疗方法142.2机器人上肢康复系统构建152.3肘关节系统方案16第3章肘关节机械系统设计173.1机构驱动方案173.2机构运动方式183.3机构方案183.4零部件具体设计193.3.1上臂193.3.2下臂203.3.3拉杆223.3.4装配图22第4章系统运动仿真及有限元分析244.1运动仿真244.1.1机构组装244.1.2机构设置254.1.3运动分析274.2有限元分析284.2.1创建模型294.2.2建立分析模型29IV4.2.3结构分析34第五章系统控

7、制策略455.1表面肌电信号的产生机理与特点455.2基于sEMG信号的上肢康复机器人控制策略475.2.1上肢康复训练动作目标集设计475.2.2表面肌电电极的布置与信号采集475.2.3基于sEMG动作辨识的自主性被动训练方案48致谢50参考文献51IV第1章绪论1.1研究背景及意义随着我国老龄化的加剧，伴随老龄化过程中明显的生理衰退就是四肢的灵活性不断下降，而在老龄人群中有大量有脑血管疾病或神经系统疾病患者，这些患者又大都伴有偏瘫症状，对日常生活产生了种种不利的影响。手臂是日常生活中运用最多也最容易受伤的肢体