仿生外骨骼式下肢康复机器人分析

《仿生外骨骼式下肢康复机器人分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均己在文中以明确方式标明。木学位论文原创性声明的法律责任由木人承担。日期：学位论文作者签名:关于学位论文版权使用授权的说明木人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权釆用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供木学位论文全文或

2、者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名:导师签名:日期：日期：SO124第一章绪论§1-1课题的提出1-1-1康复机器人的发展与研究现状机器人技术是人类科技，尤其是自动控制和计算机技术发展到一定阶段的产物。从二十世纪中期，诞生世界上第一台工业机器人至今，机器人技术发生了翻天覆地的变化，涉足的领域也越來越多，机器人技术发展的重心也发生了转移，从制造业到到非制造业，从工

3、业到农业和服务业，特别是机器人技术在医疗领域的应用获得了飞速发展。由此，机器人技术出现了一个分支一一医疗机器人技术。医疗机器人技术是集计算机技术、先进控制技术、医学技术、生物力学技术、新型材料技术和数值运算等诸多技术为一体的新兴交叉研究领域。目前，医疗机器人技术已成为世界各国机器人技术研究领域的一个研究热点对于医疗机器人，在学术界仍没有一个严格统一的定义，总体上说，医疗机器人主要是指应用在诊断、医疗、康复、护理和功能辅助等医学领域的机器人。其屮，医疗机器人被应用在外科手术方面的研究最早，也最为成熟。外科手术机器人主要突出了

4、机器人技术在精确控制、远程控制和微小动作方面的优势。医疗机器人在康复和护理方面的应用这几年己成为研究热点。护理康复机器人包括功能辅助机器人和康复训练机器人两种。功能辅助机器人是指能帮助体力弱小的老人或身患残疾的人恢复或实现某些生理运动功能，如助力机器人、机器人轮椅、智能假肢等。功能辅助机器人一般通过采集人体的脑电信号和肌电信号（EMG）等生理信号，然后分析处理这些信号，从信号中提取包含人体运动意图的信息，利用这些信息来控制机器人，以辅助人体实现相应的生理运动功能。康复训练机器人种类繁多，包括帮助脑卒中偏瘫患者、脑和损伤患者

5、恢复行走能力的步态康复训练机器人和帮助患者恢复上肢运动能力的上肢康复训练机器人，以及帮助咀嚼肌出现紊乱的病人，如帮助面瘫患者恢复口部活动能力的口腔康复训练机器人等。康复机器人技术经过近半个世纪的发展，已经有很多产品投入了临床试用。由于欧美等国家对康复机器人技术的重视，这些国家的科研工作者和医疗机构进行了大量相关研究，取得了很多有价值的研究成果。欧美的更疗企业也在技术开发和资金方血给予了研究者支持。值得肯定的是，欧美已经有很多康复机器人产品在医疗器械市场上获得了商业上的成功。例如，1987年英国MikeTopping公司研制

6、成功的Handy1康复机器人，在欧美、口本等发达国家的医疗器械市场上获得了巨大成功。它是世界上第一种低价市售并获得市场成功的康复机器人系统。目前，世界上的很多残疾人经常使用Handy1⑶。如图1」所示，此为较新版本的Handy1机器人。它由新型控制器和5-DOF机器人手臂两部分组成，具有识别和合成语咅、触觉输入、手柄控制步进电机能力等功能。荷兰ExactDynamics公司开发的MANUS康复机器人，如图1.2所示，是另一种成功进入市场的康复机器人产品。该机器人具有1个移动自由度和6个旋转白由度，共7个自由度。此机器人手臂

7、安装方便，可以安装到桌子、床或轮椅上，使用简单，可以通过游戏手柄或键盘输入。图1.1Handy1机器人Fig.1.1Handy1Robot图1.2MANUS机械手Fig.1.2MANUSManipulator美国麻省理工学院(MassachusettsInstituteofTechnology,MIT)的Hogan和Krebs等人在1992年研制成功的MIT-MANUS康复机器人，如图1.3所示，用来对脑卒屮偏瘫患者的胳膊和手腕进行康复训练l4'5,o康复训练时，患者坐在康复平台前，手臂和手腕放在与机械臂连接的托台上，机械

8、臂能够带动患者手臂进行被动康复训练，并跟踪记录训练的时间和过程，以指导患者接下来的训练。当患者选择主动康复训练模式时，MIT-MANUS通过传感器测量患者使力的大小，自动提供合适的阻力提高康复训练的强度。美国加利福尼亚大学欧文分校机械和航天工程生物医学中心(DepartmentofMechanicala