学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

上肢康复机器人设计与运动规划

作　者: 李妍姝
导　师: 王生泽
学　校: 东华大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 上肢康复机器人 运动学分析 干涉分析 康复运动规划 虚拟原型 控制仿真
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 111次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


中风和脑外伤而导致的肢体瘫痪患者大多生活无法自理,不仅造成患者生理和心理上的巨大压力,而且给患者家庭和社会带来沉重负担。同时我国和许多国家一样,正步入老龄化社会,据统计,我国60岁以上的老年人口占全国人口的10%以上。康复机器人是在这种需求形式下应运而生的一个研究领域。本论文旨在研制一种上肢康复机器人,并对其进行运动规划。本文在分析5-DOF外骨骼式上肢康复机器人特点的基础上,对康复机器人进行了正运动学、逆运动学分析与康复运动规划研究。选用几何法逆运动学分析,在逆解存在多组解的情况下,以“关节运动程度均衡”作为评价标准选取适合康复运动解。文中提出了3种康复运动模式,针对不同康复运动模式结合干涉检查进行康复运动规划,实现康复运动功能。文中还对上肢康复机器人原型系统进行了运动控制仿真,为此后的物理原型控制做了充分准备。论文主要做了以下研究工作：1、上肢康复机器人方案与结构设计查阅相关资料,分析现有康复机械臂与机械手的缺点和不足,提出了机械臂与机械手合为一体的上肢康复机器人方案,并根据手指的生理特征及主要康复功能来简化机械手设计：一是通过少自由度机构实现,二是通过充气式手套方式实现。采用上述方案研究制定上肢康复机器人,并进行了改进完善设计2、上肢康复机器人分析本文利用连杆坐标系D-H法,建立上肢康复机器人的连杆坐标系简图,建立了该机器人的运动学模型,对机器人进行了运动学正解、逆解问题的研究,并提出以“关节运动程度均衡”作为评价标准选取适合康复运动解；利用图解法对机器人工作空间的正问题进行了分析；采用包容体法建立了上肢康复机器人与人体的简化模型,并对其进行了干涉分析；最后进行了气动平稳性的研究。3、上肢康复机器人康复运动规划文中提出了3种运动模式,分别为患者自主选择模式,被动趣味/功能运动模式以及促进生物反馈康复运动模式。在遵循康复机器人特点的基础上,分别针对3种运动模式进行运动规划,旨在保证患者安全的前提下完成既定康复训练任务。4、上肢康复机器人运动的实现在1-3研究内容的基础上,借助Lab VIEW软件对康复机器人虚拟原型(SolidWorks三维建模)的运动进行驱动控制仿真,以更有效的方式实现对物理原型的控制。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章 绪论  11-19
  1.1 研究背景及意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-16
    1.2.1 上肢康复机器人研究现状  12-15
    1.2.2 机器人运动规划研究现状  15-16
  1.3 本文主要研究内容及方法  16-19
    1.3.1 研究内容  16-17
    1.3.2 研究方法  17-19
第二章 上肢康复机器人设计  19-31
  2.1 人体上肢生理结构  19-23
    2.1.1 人体手臂生理结构  19-22
    2.1.2 人体手部生理结构  22-23
  2.2 上肢康复机器人的设计要求  23-24
    2.2.1 上肢康复机械臂的设计要求  23-24
    2.2.2 上肢康复机械手的设计要求  24
  2.3 驱动方案  24-26
    2.3.1 驱动方式介绍  24-25
    2.3.2 驱动方式选择  25-26
  2.4 上肢康复机器人方案及设计  26-29
    2.4.1 上肢康复机械臂的方案与结构设计  26-28
    2.4.2 上肢康复机械手的方案与结构设计  28-29
  2.5 本章小结  29-31
第三章 上肢康复机器人分析  31-47
  3.1 运动学分析  31-40
    3.1.1 运动学描述方法  31-32
    3.1.2 正运动学分析  32-36
    3.1.3 逆运动学分析  36-39
    3.1.4 雅可比矩阵  39-40
  3.2 运动空间分析  40-43
    3.2.1 运动空间的基本概念  41
    3.2.2 上肢康复机器人运动空间分析  41-43
  3.3 干涉分析  43-45
  3.4 气动平稳性研究  45-46
  3.5 本章小结  46-47
第四章 上肢康复机器人的运动规划  47-59
  4.1 运动规划基本概念  47-48
  4.2 自主选择模式  48-50
  4.3 被动趣味运动/功能运动模式  50-53
  4.4 促进生物反馈康复运动模式  53-57
  4.5 本章小结  57-59
第五章 上肢康复机器人的控制仿真  59-73
  5.1 软件技术简介  59-61
  5.2 控制仿真模型  61-62
  5.3 基于3种运动模式的控制仿真  62-72
  5.4 本章小结  72-73
第六章 总结与展望  73-75
  6.1 总结  73
  6.2 展望  73-75
参考文献  75-78
攻读硕士学位期间发表的学术论文  78-79
致谢  79

相似论文

  1. 我国优秀竞走运动员分段距离技术特征运动学分析,G821
  2. 教学用六足机器甲虫步态研究,TP242
  3. 60t电弧炉电极升降液压控制系统研究,TF748.41
  4. 某型压力筒控制系统的设计与仿真,U661.7
  5. 双馈异步电机双PWM变流器控制的仿真研究,TM46
  6. 多自由度微创手术取样机器人研究,TP242
  7. 圆锥破碎机挤压破碎力建模及性能仿真分析研究,TD451
  8. 主动磁悬浮轴承技术研究,TH133.3
  9. 机器人辅助上肢康复的虚拟现实训练系统的研究,TP391.9
  10. 汽车电动助力转向系统研究及设计,U463.4
  11. 飞鸟式钢管混凝土拱桥施工过程分析及施工控制,U445.4
  12. 六自由度机器人的运动优化和轨迹规划算法研究,TP242
  13. 基于DSP的有源电力滤波器控制的研究与设计,TN713.8
  14. 基于系统动力学的林产供应链库存控制模型研究,F274;F426.88
  15. 精梳机自动换卷、接头机构的设计及运动学仿真,TS103.225
  16. 基于微小电加工的微进给控制策略研究,TG661
  17. 桥式起重机智能控制器的设计与防摆研究,TH215
  18. 基于模糊自适应PID控制的列车自动驾驶系统的研究,U284.48
  19. 模糊控制在无人侦察机稳定平台中的应用研究,V279.3
  20. 新型三转动并联机构虚拟样机设计及综合性能分析,TP391.9

中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 机器人技术 > 机器人
© 2012 www.xueweilunwen.com