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1、一种新型穿戴式手功能康复机器人———邢科新徐琦黄剑等一种新型穿戴式手功能康复机器人邢科新徐琦黄剑王永骥吴军华中科技大学图像信息处理与智能控制教育部重点实验室,武汉,430074摘要:针对中风和脑外伤患者的运动功能障碍问题,设计了一种新型的穿戴式手功能康复机器人。机器人采用气动肌肉驱动,能够辅助患者完成手指多关节复合运动功能训练。该机器人有3个自由度,通过角度和力传感器获取患手-机器人组合系统的状态参数,并采用虚拟现实技术构建康复治疗虚拟环境,提高患者的训练兴趣,从而增强康复效果。采用传统的PID控制器进行了临床实验,实现了关节角度的三次样条参考轨迹
2、跟踪,实验结果验证了所设计的穿戴式手功能康复机器人的可用性和有效性。关键词:手功能康复机器人;气动肌肉;运动功能训练;虚拟现实技术中图分类号:R496文章编号:1004—132X(2009)20—2395—04ANovelWearableRobotofHandRepetitiveTherapyXingKexinXuQiHuangJianWangYongjiWuJunKeyLaboratoryofImageProcessingandIntelligentControl,HuazhongUniversityofScienceandTechnology,
3、Wuhan,430074Abstract:Anovelwearablerobotofhandrepetitivetherapywasdevelopedforstrokeandtraumaticbrainrehabilitation.Therobotdrivenbypneumaticmusclescanhelppatientstocompleterepetitivetrainingtaskformotionfunctionrehabilitationoftheirfingers’joints.Therobothadthreedegreesoffree
4、dom,whichwasequippedwiththreeanglesensorsandtwoforcesensorstoacquirethestateofthehuman-robothybridsystem.Atthesametime,virtualrealitytechnologywasusedtobuildavirtualrehabilitationenvironmentinthesysteminordertoenhancethepatient’sinterestandoptimizetheeffectofrehabilitation.Fin
5、ally,aconventionalPIDcontrollerwasimplementedandthecubicsplinefunctiontrajectorytrackingcontrolforjoint’sangleswasrealized.Experimentswereperformedtoconfirmtheeffectivenessoftheproposeddeviceandmethods.Keywords:handrehabilitationrobot;pneumaticmuscle;motionfunctiontraining;vir
6、tualrealitytechnology[124]0引言域。上肢残疾患者的手功能障碍往往临床表现为目前,手功能康复装置的驱动形式主要有电屈曲挛缩,手的屈肌张力占优势,指间关节和掌指机驱动和气动肌肉驱动两大类。美国Thera关节伸展困难,丧失握持、侧捏、对掌及对指等精TechEquipment公司开发的KinetecMaestra细运动功能,因此痉挛是早期手功能训练的主要PortableHandCMP是电机驱动形式的手部康复问题,康复治疗主要采取被动抑制痉挛的方法。设备。而美国新泽西州立大学开发的RMⅡ-[5]目前临床上治疗师为患者进行康复训练时,
7、一般NDHandMaster以及KMI公司研制的Hand都是采取一对一的训练方式,由治疗师帮助患者Mentor则采用气动肌肉驱动,与电机驱动形式相活动患手的各关节,采取这种方式,不仅训练效率比,采用气动肌肉具有成本低、柔顺性好、安全性和训练强度难以保证,训练效果受到治疗师水平高、质量小、噪声低等优点。但RMII-NDHand的影响,而且缺乏评价训练参数和康复效果关系Master采用类似手套的本体结构,不易穿卸,在的客观数据,难以对训练参数进行优化以获得最手掌安置的气动肌肉使得手指运动范围受到限佳治疗方案。随着科技水平的不断提高和新兴交制,而Hand
8、Mentor则只能辅助偏瘫患者进行手叉学科的不断涌现,国内外越来越多的研究机构腕的单关节康复训练。本文设计的手功能康复机将
