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上肢偏瘫康复机器人研究

作　者: 吕超
导　师: 谢叻
学　校: 上海交通大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 偏瘫 上肢 康复 机器人 外骨骼
分类号: TH789
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


康复训练机器人将工业机器人技术和康复训练相结合,为康复医学提供了全新的治疗手段。本文首先学习了脑卒中导致偏瘫的原因及脑卒中后偏瘫康复的理论依据。将通过机器人辅助康复训练来促进脑可塑性以实现偏瘫的治愈作为研究的最终目的。在研究过程中,首先了解了脑卒中后偏瘫的特点,包括偏瘫后肢体的表现,异常运动模式与运动功能恢复形式,接着学习了脑卒中后常用的运动治疗方法。在此基础上,分析人体上肢的结构和运动学,结合人机系统的设计要求,将机器人的设计方案制定为辅助人体上肢肩、肘、腕三个关节同时参与运动的外骨骼式机器人。按照这一方案,设计了康复训练机器人的机械结构,并研制了样机。该机器人是一款无动力的外骨骼式机器人,具有六个自由度,可引导人体上肢实现七个自由度的运动,分别是肩关节的屈曲/伸展、旋内/旋外、外摆/内收;肘关节的屈曲/伸展;前臂的旋内/旋外;腕关节的屈曲/伸展、外展/内收。机器人的机架和患者的座椅设计为一体,患者只要根据自己的体型,坐到合适位置,穿戴外骨骼后,就可以开始训练。该系统具有重力补偿功能,肌力在2级~5级的不完全瘫痪或轻瘫患者可在该系统上进行主动运动训练。文章还为机器人制定了运动数据采集方案,包括所有设备及原理;使用D-H法给出了机械人的正运动学方程。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章 绪论  12-27
  1.1 课题的背景和意义  12-14
    1.1.1 课题的背景  12-13
    1.1.2 课题的意义  13-14
  1.2 课题的国内外研究现状和发展趋势  14-24
    1.2.1 国内外研究现状  14-23
    1.2.2 课题发展趋势  23-24
  1.3 课题目前需要解决的问题  24-25
    1.3.1 目前已具有的能力  24
    1.3.2 目前需要解决的问题  24-25
  1.4 课题的研究内容  25-26
    1.4.1 研究目的  25
    1.4.2 研究方法  25
    1.4.3 研究内容  25-26
  1.5 本论文的研究内容和组织结构  26-27
第二章 偏瘫运动康复治疗的理论基础  27-38
  2.1 脑卒中后偏瘫的本质  27-29
    2.1.1 脑卒中概述  27
    2.1.2 偏瘫概述  27-28
    2.1.3 脑卒中导致偏瘫的原因  28-29
  2.2 偏瘫康复的理论基础  29-30
  2.3 脑卒中后偏瘫的特点  30-32
    2.3.1 脑卒中后偏瘫的表现  30
    2.3.2 偏瘫的异常运动模式  30-31
     2.3.3 脑卒中后运动功能的恢复形式  31-32
  2.4 脑卒中后常用运动治疗技术与方法  32-36
    2.4.1 临床现行康复治疗手法  32-34
    2.4.2 脑卒中后常用运动治疗方法  34-36
  2.5 脑卒中后运动功能评定  36-37
  2.6 本章 小结  37-38
第三章 机器人机械结构的整体设计方案  38-49
  3.1 人体上肢结构与运动学  38-44
    3.1.1 人体上肢结构  38-41
    3.1.2 人体上肢运动学  41-44
  3.2 人机系统设计要求  44
  3.3 机器人的设计方式比较  44-45
  3.4 机器人机械结构设计方案  45-48
  3.5 本章小结  48-49
第四章 康复训练机器人机构的研制  49-64
  4.1 材料和尺寸  50-51
  4.2 外骨骼模块  51-59
    4.2.1 肩关节运动模块  53-55
    4.2.2 肘关节运动模块  55-56
    4.2.3 前臂和腕关节运动模块  56-59
  4.3 重力补偿模块  59-60
  4.4 机架和座椅模块  60-61
  4.5 基于PNF 疗法的上肢康复训练机器人  61-63
    4.5.1 PNF 上肢对角螺旋运动.  61-62
    4.5.2 基于PNF 疗法的机器人设计方案  62-63
  4.6 本章 小结  63-64
第五章 机器人的运动数据采集与运动学求解  64-73
  5.1 数据采集  64-69
    5.1.1 数据采集设备  64-68
    5.1.2 数据采集原理  68-69
  5.2 上肢康复训练机器人的运动学  69-72
  5.3 本章小结  72-73
第六章 总结和展望  73-76
  6.1 全文总结  73-74
  6.2 研究展望  74-76
参考文献  76-80
致谢  80-81
硕士期间发表的学术论文及申请的发明专利  81

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 仪器、仪表 > 医药卫生器械 > 其他医疗器械
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