手指康复机器人的分析与研究

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1、工学硕士学位论文手指康复机器人的分析与研究崔憧遥哈尔滨理工大学2018年6月国内图书分类号：TH113.2工学硕士学位论文手指康复机器人的分析与研究硕士研究生：崔憧遥导师：张简一申请学位级别：工学硕士学科、专业：机械设计及理论所在单位：机械动力工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨理工大学ClassifiedIndex：TH113.2DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringAnalysisandresearchoffingerrehabilitat

2、ionrobotCandidate：CuiChongyaoSupervisor：ZhangJianyiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：MechanicalEngineeringDateofOralExamination：June,2018HarbinUniversityofScienceandUniversity：Technology手指康复机器人的分析与研究摘要中风患者往往因为中枢神经受损而导致手部功能障碍，需要依靠手指康复机器人

3、来进行康复运动，在进行康复运动过中，需要综合考量人手的康复运动姿态，而且手指康复机器人的运动不是完全等同于手指的运动，因此二者必然存在映射关系，由此需要设计一款手指康复机器人，可以有效的带动手指进行康复训练。本文首先对手部生理结构及康复运动姿态进行分析。通过对人手生理结构进行分析，计算出手指自由度及各部分骨节的尺寸，确定了关节的运动角度，为手指康复机器人的外骨骼结构尺寸奠定了基础。对患者发病后的异常运动模式进行分析，确定采用CPM康复疗法，在前期的康复训练过程中，需要对异常运动模式就行控制，所以确定了四个康

4、复运动姿态，为手指康复机器人提出了明确的动作要求。其次，对手指康复机器人进行构型研究。以人手生理结构尺寸和关节运动角度为基础进行结构，包括手指外骨骼结构、掌背适用性、传动机构、穿戴方式及外观设计等内容。然后用ANSYS软件对手指外骨骼的关键部件进行静力学和疲劳特性分析，验证手指康复机器人结构设计满足康复运动要求。然后对手指康复机器人进行运动学分析和建立机器人—手指映射模型。由于五根手指外骨骼结构相同，所以以食指为例对串联关节进行正运动学求解，进一步求解五指并联的运动学正解。又由于人手的差异性、手指康复机器人

5、结构差异等，都会使得机器人外骨骼各关节旋转的角度与人手各关节旋转的角度不同，提出关节旋转轴线偏移现象，并建立机器人—手指的映射模型，可使得手指康复机器人结构设计更灵活，也可以适应更多的患者。最后，对手指康复机器人进行运动仿真实验。选择ROS系统作为手指康复机器人运动仿真规划实验平台，配置手指康复机器人的URDF模型，并利用MoveIT模块对URDF模型进行配置生成Package，完成仿真实验平台的搭建；对手指康复机器人进行运动特性分析实验、碰撞检测实验，以及康复姿态的再现实验，最终得出仿真实验结果有效地验证

6、了限位的可行性和有效性，并验证了手指康复机器人可以实现目标姿态的运动，可以实现手部康复的目标。关键词康复运动；手指康复机器人；外骨骼；运动学分析；ROS-I-AnalysisandresearchoffingerrehabilitationrobotAbstractStrokepatientsoftensufferfromhanddysfunctionduetodamagetothecentralnervoussystemandneedtorelyonfingerrehabilitationrobotsfo

7、rrehabilitation.Intherehabilitationexercise,weneedtoconsidertherehabilitationpostureofthehand,andthemovementofthefingerrehabilitationrobotisnotcompletelyequivalenttothemovementofthehand,sotheremustbeamappingrelationshipbetweenthetwo.Therefore,itisnecessary

8、todesignafingerrehabilitationrobot,whichcaneffectivelypromotethefingerrehabilitationtraining.Inthispaper,thephysiologicalstructureandrehabilitationpostureofthehandwereanalyzed.Byanalyzingthephysiologicalstruc