喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 上肢康復機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計與運動仿真 開題報告 班級：機械1202 學號：2012010034 姓名：石雨 指導教師：高宏 一、綜述 1.1課題背景意義 中風，或稱腦卒中，亦稱為腦血管意外，是指由各種原因引起腦動脈系統(tǒng)和靜脈系統(tǒng)發(fā)生病理性改變所造成的一類疾病。中風所出現(xiàn)的腦血液循環(huán)障礙直接影響腦組織，并使腦細胞發(fā)生功能性或器質(zhì)改變。中風具有高死亡率、高復發(fā)率以及高致殘率等特點，嚴重影響了人們的生存質(zhì)量及生命。世界衛(wèi)生組織將這種病確定為當今人類的第一殺手。一旦患了中風，重者死亡，輕者半身癱瘓，生活不能自理，給患者的生活、工作、學習帶來極大的不便，也給患者帶來了極大的精神痛苦，同時也給患者家人和社會帶來負擔。據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，2005年全球因腦卒中死亡的人數(shù)估計達570萬以上，如果不采取措施，預計到2015年會增加到650萬，到2030年這一數(shù)字將會突破780萬。我國每年的新發(fā)病率為250萬，其中因腦卒中死亡的達150萬，世界衛(wèi)生組織對我國做過研究，他們預測如果增長不變的話，到2030年將有400萬死于腦卒中。因此，腦卒中的防治已成為國內(nèi)外醫(yī)療領(lǐng)域的研究熱點。 隨著世界各國相繼進入老齡化，中風患者勢必越來越多?？萍嫉陌l(fā)展使醫(yī)護人員對于急性中風患者能夠采取比較有效的治療手段，中風后能夠幸存下來的人越來越多。但是通常中風患者易殘留各種各樣的后遺癥，如偏癱、語言功能障礙、運動功能障礙、神志障礙、面癱(口眼歪斜)、二便失禁等，一般以運動功能障礙居多，重者影響正常生活。在幸存者中有70％一80％殘留有不同的殘疾，一組資料顯示生活不能自理者高達42．5％。因中風而導致運動功能障礙，常常對患者本人及家庭造成心理和其它方面的沖擊。社會和家庭需要花費極大的代價來治療和護理這些患者，造成社會成本的極大浪費。岡此，尋求有效的康復手段，使患者能夠在一定程度上恢復失去的功能，不僅有利于提高患者本身的生活質(zhì)量，也可以減輕家庭及社會的經(jīng)濟負擔。 隨著我國腦神經(jīng)外科技術(shù)的不斷發(fā)展，雖然越來越多的腦血管疾病患得到了及時的手術(shù)治療，但大部分患者在手術(shù)后會伴隨后遺癥。對中風后遺癥患者，必須爭取早期康復治療，尤其在發(fā)病后的前三個月內(nèi)的康復治療是獲得理想功能恢復的最佳時機，但對病程長者，其潛在功能恢復力也不容忽視，應當繼續(xù)進行相應的康復治療，也可達到改善功能的效果。根據(jù)臨床經(jīng)驗，在發(fā)病后兩年內(nèi)，如果康復措施得當，會有不同程度的恢復。進行系統(tǒng)的康復訓練能夠幫助患者提高其自理能力，降低致殘率，讓患者早日回歸并適應家庭和社會生活?？梢?，它有著非常重要的意義和作用。 1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 康復機器人是機器人科學與康復醫(yī)學的交叉學科，是機器人技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域中的新應用。康復機器人具體又可分為康復訓練機器人和功能輔助型機器人兩種。前者的主要功能是幫助患者完成各種運動功能的恢復性訓練，如人的下肢行走訓練、手臂運動訓練、脊椎牽引運動訓練、頸部運動訓練等；后者的主要功能是用來幫助肢體運動功能障礙的患者完成各種運動，如智能輪椅、導盲手杖、 機器人假假肢等。本文研究的是上肢康復訓練機器人，主要用來幫助上肢有運動功能障礙的患者進行康復訓練。 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀 康復機器人技術(shù)在歐美國家得到了機器人研究者和醫(yī)療機構(gòu)的普遍重視，許多研究機構(gòu)都開展了有關(guān)的研究工作，近年來取得了一些有價值的成果。 康復機器人是機器人技術(shù)和康復工程的結(jié)合。首次嘗試將服務于殘疾人的機器人系統(tǒng)產(chǎn)品化是在20世紀的60年代到70年代。實踐證明這些嘗試都不太成功，這主要有2個方面原因：其一是設(shè)計的不理想，尤其是人機接口；其二是因為單價太高導致了康復機器人產(chǎn)品化的失敗。20世紀80年代是康復機器人研究的起步階段，美國、英國和加拿大在康復機器人方面的研究處于世界的領(lǐng)先地位。1990年以前全球的56個研究中心分布在5個工業(yè)區(qū)內(nèi)：北美、英聯(lián)邦、歐洲大陸和斯堪的納維亞半島及日本。1990年以后康復機器人的研究進入到全面發(fā)展時期。 1991年，MIT設(shè)計完成了第一臺上肢康復訓練機器人系統(tǒng)MIT-MANUS，該設(shè)備采用五連桿機構(gòu)，末端阻抗較小，利用阻抗控制實現(xiàn)訓練的安全性、穩(wěn)定性和平順性，用于病人的肩、肘運動。MANUS具有輔助或阻礙手臂的平面運動功能，可以精確測量手臂的平面運動參數(shù)，并通過計算機界面為患者提供視覺反饋，在臨床應用中取得了很好的效果。在此基礎(chǔ)上，他們又研制了用丁手腕部康復的機械設(shè)備，可以提供三個旋轉(zhuǎn)自由度，并進行了初步的臨床試驗。MIT-MANUS在結(jié)構(gòu)機械設(shè)計方面考慮了安全性、穩(wěn)定性以及患者近距離物理接觸的柔順性。圖1-1為MIT-MANUS系統(tǒng)，圖1-2為安裝在輪椅上的MIT-MANUS。 圖1-1 MIT-MANUS系統(tǒng) 圖1-2安裝在輪椅上的MIT-MANUS 另一個典型的上肢康復訓練機器人系統(tǒng)是MIME(mirror-image motion enabler)，如圖1-3所示。該設(shè)備包括左右兩個可移動的手臂支撐．由工業(yè)機器人PIMA-560操縱患者手臂，為息者提供驅(qū)動力，既可以提供平面運動訓練，也可以帶動肘和肩膀進行三維運動。但是PUMA-560本質(zhì)上是工業(yè)機器人。因而從機械的角度上說不具有反向可驅(qū)動性以及結(jié)構(gòu)上與人的上肢不完全匹配，該系統(tǒng)在醫(yī)療領(lǐng)域的應用有其局限性。 圖1-3 鏡像運動機器人MIME 1993年美國的Lum等人研制了一種稱作手—物體一手的系統(tǒng)(hand-object-hand system)，嘗試對一只手功能受損的患者進行康復訓練。這種雙手物理治療輔助機器包括兩個置于桌面上、可繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的夾板狀手柄，其中一個手柄下端連接在驅(qū)動電機上，電機可以輔助患者完成動作(如圖1-4所示）。該機器主要幫助完成兩個任務動作的訓練：雙手移動和雙手擠壓。雙手移動任務要求兩手夾持某一物體作前后往返運動，擠壓運動要求在物體上產(chǎn)生需要的抓取力。為限制自由度數(shù)目，患者雙手要放置在剛性手柄上，以阻止手腕屈伸。 圖1-4 手-物體-手系統(tǒng) 1999年，Reinkensmeyer等研制了輔助和測量向?qū)鰽RM--Guide，用來測定患者上肢的活動空間。2000年他們對該裝置進行改進，用來輔助治療和測量腦損傷患者上肢運動功能，如圖1-5所示。該設(shè)備為單電機驅(qū)動的二自由度裝置，包括一個直線軌道，其俯仰角和水平面的傾斜角可以調(diào)整。試驗中患者手臂縛在夾板上，沿直線軌道運動，傳感器可以記錄患者前臂所產(chǎn)生的力。但是這種設(shè)備訓練方式單一，無法進行更深的研究。 圖1-5 輔助康復和測量向?qū)鰽RM-Guide 2005年，瑞士蘇黎世大的Tobias Nef等開發(fā)了一種新型的上肢康復機器ARMin，如圖1-6所示。它是一種6自由度半外骨架裝置，安裝有傳感器及6維力／力矩傳感器，能夠進行肘部屆伸和肩膀的空間運動，用于臨床訓練上肢損傷患者日程生活中的話動。 圖1-6 ARMin康復機器人 此外關(guān)于上肢康復訓練機器人的報道還有：CPM機、REHAROB以及華盛頓大學設(shè)計的7DOF上肢外骨架裝置等。其中，CPM機是利用康復醫(yī)學中連續(xù)被動運動(Continuous Passive Motion/CPM)的基本原理對受傷肢體進行康復治療的機械裝置，是目前為止一個機器人生物力學或生物物理化學類型的應用的例證。由于受技術(shù)水平的限制，CPM機長期停留在“大關(guān)節(jié)”康復的范圍內(nèi)。目前，市場上已經(jīng)有了用于腕關(guān)節(jié)和手指關(guān)節(jié)這樣的“小關(guān)節(jié)”康復的CPM機（圖1-7 Rolyan公司的手關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)CPM 機），但他們還不能像“大關(guān)節(jié)”CPM機那樣實現(xiàn)精確的控制，不能對手指抓握等精巧動作進行訓練，治療的效果還有待提高。 圖1-7 Rolyan公司的CPM機 近年來．隨著機器人技術(shù)和康復醫(yī)學的發(fā)展，在歐洲、美國和日本等國家，行行色色的康復訓練機器人,如手臂訓練機器人、踝關(guān)節(jié)訓練機器人等，以其經(jīng)濟的價格，簡易的操作以及適宜的病情反饋與康復訓練指導得到了醫(yī)學專家與病人的肯定。 1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀 目前，國內(nèi)在該領(lǐng)域進行研究的主要有清華大學、東南大學、上海交通大學、復旦大學、浙江大學、哈爾濱工程大學和哈爾濱工業(yè)大學等。其中，上海交通大學和復旦大學合作展開了“神經(jīng)的運動控制與控制信息源的研究”。其研究目的是提取神經(jīng)信息，利用神經(jīng)信息來控制電子假手。目前，七個自由度假手模擬裝置已設(shè)計完成，神經(jīng)信息的提取正在進行動物試驗，信息的整合與控制電路的設(shè)計進展順利。其原理是借助儀器，通過意識控制動作的反復訓練，伴隨信息轉(zhuǎn)化、生物反饋、生物控制和功能訓練過程，不斷調(diào)節(jié)和增強腦的指令，從而提高中樞神經(jīng)系統(tǒng)和骨骼肌肉系統(tǒng)的支配和控制能力，消除控制機能障礙和運動障礙，改善直至恢復機能狀態(tài)。清華大學在國家“863”計劃支持下，從2000年起即開展了機器人輔助神經(jīng)康復的研究，研制了兩款上肢復合運動康復訓練機，他們都可以在平面內(nèi)進行兩個自由度的運行訓練，如圖1-8示。 圖1-8 上肢復合運動康復訓練機（清華大學研制） 東南大學從2004年起也開展了康復機器人技術(shù)的研究，并設(shè)計了一套上肢康復訓練機器人系統(tǒng)(圖1-9)，其機械結(jié)構(gòu)如圖1-10所示。此系統(tǒng)現(xiàn)可以實現(xiàn)被動、主動和帶阻尼主動三種鍛煉模式和一對多的訓練模式，并為了能眵為治療醫(yī)師提供客觀的病人康復信息，系統(tǒng)還建立了患者信息數(shù)據(jù)庫。同時，為了吸引患者更積極的參與訓練，系統(tǒng)利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)設(shè)計了不同難易程度的多套游戲系統(tǒng)．界面如圖1-11所示。 圖1-9 康復機器人系統(tǒng)運行圖（東南大學研制） 圖1-10 單自由度上肢康復訓練機械臂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（東南大學研制） 圖1-11 三個不同難度的程序界面 1.3目前存在的問題 目前康復機器人偏癱治療的研究仍然處于起步階段．臨床應用任重而道遠。應用于偏癱康復訓練的機器人還存在如下問題： （1）患者訓練動作種類相對較少且僅限于重復某些單一的動作，患者肢體的活動范圍主要限于訓練身體正前方，運動幅度比較小，不能以大范圍活動關(guān)節(jié)和較多關(guān)節(jié)的復雜活動為目標，不能夠充分提供中樞神經(jīng)康復所需的運動刺激。 （2）一般僅限于水平面運動(MIME可以訓練一些三維運動)，不能進行三維或更多維的運動訓練：僅限于某些關(guān)節(jié)、肌肉群或局部神經(jīng)系統(tǒng)的康復； （3）研究的目標主要在于探索機器人能否應用于康復訓練中，以及這種訓練方式有無治療效果，而對于如何提高康復訓練的效果的研究井不深入。 （4）機器人輔助治療過程的機制有待深入研究。 （5）機器人的適用面不夠廣泛。此適用面包括不同的患者的適用；同一患者不同的恢復時期的適用；患者需不同鍛煉模式(如患者的主動或被動鍛煉等模式)的適用；在患者肌肉出現(xiàn)痙攣時(此時患肢可能出現(xiàn)較大的阻力或其他干擾)，如何緩解痙攣和使康復效果繼續(xù)維持現(xiàn)有的較好的水平，等等方面的適用性。 因此，上肢康復訓練機器人系統(tǒng)的應用研究將集中在以下幾個方面： 第一康復醫(yī)療機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計：機械結(jié)構(gòu)是康復訓練機器人系統(tǒng)的基礎(chǔ)，應盡量簡潔輕巧，具有一定的靈活性，提高訓練動作的種類，增大動作幅度，在三維空間內(nèi)對患肢各個關(guān)節(jié)進行訓練。 第二控制策略與運動模式的設(shè)計：由于患者的病情千差萬別各不相同，因此，機器人要感知患肢狀態(tài)并采取相應的訓練模式和控制策略，在控制系統(tǒng)適應性和穩(wěn)定性、傳感器技術(shù)應用、系統(tǒng)辨識和控制算法設(shè)計等方面需要作更深入的研究。 第三力反饋：機器人應該能夠?qū)崟r檢測患者與機器人之間的相互作用力，在患者主動能力不足時提供更人的輔助，而在患者有能力完成動作時，適當減小輔助甚至施加阻力，以便充分發(fā)揮患者殘存的功能。 第四安全機制：安全問題是康復機器人設(shè)計過程的一個重要方面，康復訓練機器人必須根據(jù)臨床康復訓練的基本動作和安全機制的要求，在設(shè)計中除了考慮機器人的功能實現(xiàn)外，還要防止患肢二次損傷，必須從機構(gòu)設(shè)計(硬件)和控制系統(tǒng)(軟件)兩個方面保證康復機器人系統(tǒng)的安全性。 第五康復效果的評價機制：與肌電信號檢測相結(jié)合，探索訓練參數(shù)與康復效果之間的關(guān)系，提高訓練效果。在大量試驗的基礎(chǔ)上，總結(jié)臨床康復的初步規(guī)律，建立客觀、精確的康復評估方法。 第六多路復用：發(fā)展“多路復用”的網(wǎng)絡(luò)康復醫(yī)療機器人系統(tǒng)，提高資源利用率。 1.4 課程的研究意義 據(jù)統(tǒng)計，我國腦卒中的發(fā)病率是歐美發(fā)達國家的4-5倍，是日本的3倍，加之腦外傷等疾病而導致我國肢體癱瘓患者數(shù)量顯著增加，其中大多數(shù)患者生活無法自理，這不僅造成了患者生理和心理上的巨大壓力，還給患者家庭帶來了沉重的負擔。與此同時，我國同許多其他國家一樣，正在步入老齡化社會，據(jù)統(tǒng)計，我國60歲以上老年人人口占全國人口的10%以上。并伴隨機器人技術(shù)的不斷發(fā)展以及應用范圍的不斷擴展，機器人已經(jīng)被應用于日程生活的許多方面?？祻蜋C器人是在這種需求下應運而生的一個新的研究領(lǐng)域，它的研究貫穿了康復醫(yī)學、生物力學、機械學、電子學、材料學、計算機科學以及機器人學等諸多領(lǐng)域，并已經(jīng)成為了國際機器人領(lǐng)域的一個研究熱點。 在老齡化過程中，最明顯的生理衰退就是老年人四肢的靈活性不斷下降，進而對日常的生活產(chǎn)生影響。此外，由于多種疾病而引起的肢體運動性障礙的病人人數(shù)也在增加。與之相對的是，通過人工簡單或簡單的醫(yī)療設(shè)備進行的康復訓練已經(jīng)遠遠不能滿足患者的要求。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，這個特殊的群體已經(jīng)等到越來越多人的關(guān)注，治療、康復和服務于他們的產(chǎn)品技術(shù)和質(zhì)量也在逐步提高。因此，康復設(shè)備的研究和應用有著廣闊的發(fā)展前景。 二、研究內(nèi)容 課題所研究的康復機器人屬于主動型康復機器人，它能夠?qū)崿F(xiàn)空間三自由度的靈活移動，彼此互不干涉，使患者的上肢結(jié)構(gòu)能夠在安全的活動范圍內(nèi)得到充分鍛煉。本論文的內(nèi)容具體如下： （1） 運動康復治療理論基礎(chǔ) 研究腦卒中后偏癱的發(fā)病原因、特征及康復理論，同時了解目前康復治療常用的技術(shù)和方法，從醫(yī)學角度提出對康復機器人的設(shè)計要求。 （2） 機器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 通過總結(jié)學習目前已經(jīng)設(shè)計成型的康復機器人，對它們的有且點進行分析，結(jié)合人體工程學原理，確定課程所要設(shè)計的機器人，具體包括系統(tǒng)構(gòu)成、各模塊設(shè)計、構(gòu)件選型及工作原理等。 （3） 機器人運動學分析 學習機器人位置運動學相關(guān)知識，分析課題所設(shè)計機器人在空間直角坐標系下的運動學，對系統(tǒng)進行建模，完成運動學分析。 （4） 機器人動力學分析 用電腦軟件對機器人系統(tǒng)進行建模，分析其末端力或力矩與各關(guān)節(jié)速度、加速度之間的關(guān)系，為機器人后續(xù)的優(yōu)化設(shè)計，仿真奠定理論基礎(chǔ)。 （5） 機器人仿真 用計算機軟件對其進行運動學仿真，得到運動軌跡、關(guān)節(jié)位移、關(guān)節(jié)速度和加速度等變化曲線，同時完成運動學理論分析結(jié)果的驗證，為以后進一步研究做準備。 三、研究設(shè)計方案 康復機器人是代替醫(yī)師幫助患者進行訓練的設(shè)備，不同于普通的工業(yè)機器人，為了保證康復訓練的安全性和有效性，需要對其設(shè)計提出一定要求。 3.1 人體上肢結(jié)構(gòu)與運動學分析 在設(shè)計康復機器人時要符合人機工程學原理，保證患者運動的絕對安全，對于機構(gòu)的合理設(shè)計就要從人體上肢解刨學出發(fā)，了解其結(jié)構(gòu)特點，為設(shè)計提供必要的參考數(shù)據(jù)，使它能夠最大限度的符合人體工程學和運動原理。 3.1.1 人體上肢結(jié)構(gòu) 人體的上置結(jié)構(gòu)比較復雜，是由肩骨、上臂骨、前臂骨、手骨等骨骼和肩部及胸部肌肉群、肱二頭肌、肱三頭肌、內(nèi)屈肌肉群等肌肉組織以及骨骼之間連接的韌帶、肌腱、起保護作用的軟組織和皮膚共同組成，如圖3-1所示。 3.1.2 人體上肢運動 由于人體上肢結(jié)構(gòu)的復雜性和運動的特殊性，想要建立一個理想的、準確的、適用于各種情況的上肢運動模型是很困難的，因此本文從實用的角度出發(fā)對人體上肢運動進行分析。 人體上肢包括手部、腕關(guān)節(jié)、小臂、肘關(guān)節(jié)、大臂和肩關(guān)節(jié)。肩關(guān)節(jié)將身體和大臂鏈接在一起，肘關(guān)節(jié)將大臂和小臂連接在一起，而腕關(guān)節(jié)將小臂和手部連接在一起。手部的自由度較多，且運動復雜，在本文里我們不作考慮?，F(xiàn)實日常生活運動人體上肢各關(guān)節(jié)的運動有：肩關(guān)節(jié)的屈伸、內(nèi)收外擺、大臂的內(nèi)旋外旋、肘關(guān)節(jié)的屈伸、小臂的內(nèi)旋外旋、腕關(guān)節(jié)的屈伸、內(nèi)收外擺等七個自由度，因此對人體上肢的運動進行研究，建立的運動模型通常具有七個自由度。人體上肢運動模型簡圖如圖3-2所示。 圖3-1 上肢結(jié)構(gòu) 圖3-2人體上肢運動模型簡圖 由于每增加一個自由度都會是康復機器人的復雜程度成倍提高，也造成生產(chǎn)成本的增加，因此，我們結(jié)合實際需要，對七個自由度進行合理取舍，保留肩關(guān)節(jié)的屈伸、內(nèi)收外擺和肘關(guān)節(jié)的屈伸這三個自由度。 3.2 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 機器人的機械設(shè)計結(jié)構(gòu)需要保證具有兩到三個自由度，牽引患肢能夠完成多關(guān)節(jié)大范圍的復合運動，同時應在運動空間上與人體上肢保持一致，避免在運動過程中發(fā)生干涉?？祻蜋C器人一般包括末端牽引式和外骨骼式兩種，在設(shè)計上兩者特點如下。 （1） 末端牽引式康復機器人的作用點一般在手腕或者用手握住，在設(shè)計時必須保證能夠平衡患肢重量，為患者所用?；颊叨急容^虛弱，不能自主支撐，需增加支撐機構(gòu)來滿足要求。目前，臨床上一般是通過醫(yī)師拖住患肢肘關(guān)節(jié)進行訓練，因此，支撐結(jié)構(gòu)應以肘關(guān)節(jié)為主。在訓練過程中為了刺激患者中樞神經(jīng)，發(fā)揮他的參與功能，提倡盡量讓患者自主支撐，讓患者能夠在最小的支撐力作用下完成康復訓練。 （2） 外骨骼式康復機器人，它的設(shè)計必須能夠與人體上肢結(jié)構(gòu)吻合，和患者肢體相一致，此外對于材料有較高的要求，密度小，質(zhì)量輕，以避免對患者造成二次傷害。設(shè)計時應該具有多個自由度，滿足患者各個部位的訓練需要，同時增強外界刺激，提高患者對肌肉的控制能力和協(xié)調(diào)能力。在尺寸方面應盡量滿足人體工程學，可以適當調(diào)整臂長，滿足不同患者對結(jié)構(gòu)的要求。 3.2 傳動方式設(shè)計 在國內(nèi)外現(xiàn)有的康復機器人中比較常見的傳動方式有直接驅(qū)動設(shè)計，同步帶傳動設(shè)計，齒輪結(jié)構(gòu)傳動設(shè)計，氣動肌肉傳動設(shè)計等傳動方式。同步帶傳動設(shè)計，各自由度的驅(qū)動電機通過帶傳動實現(xiàn)關(guān)節(jié)的運動，帶傳動可降低機器人手臂的自重，但帶傳動的柔性會影響到傳動精度。齒輪結(jié)構(gòu)傳動，交錯斜齒輪或錐齒輪可使電機安放方向任意變動，減少機構(gòu)之間的相互干涉，但如果傳動比過大，則兩齒輪會因尺寸相差太大而不便安裝，傳動比過小則與直驅(qū)方式無異。 3.2 初步設(shè)計預想 （1）自由度設(shè)計 由于每增加一個自由度都會是康復機器人的復雜程度成倍提高，也造成生產(chǎn)成本的增加，因此，我們結(jié)合實際需要，對七個自由度進行合理取舍，保留肩關(guān)節(jié)的屈伸、內(nèi)收外擺和肘關(guān)節(jié)的屈伸這三個自由度。如圖3-3、3-4所示。 圖3-3三自由度上肢運動模型簡圖 圖3-4動作分解圖 在正常的情況下，人體上肢肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)的活動范圍如表3-1 所示。 表3-1正常情況下人體上肢關(guān)節(jié)活動范圍 屈 伸 外擺 內(nèi)收 內(nèi)旋 外旋 肩關(guān)節(jié) 0~45 0~170 0~180 0~30 0~95 0~85 肘關(guān)節(jié) 0~154 0~5 / / 0~90 0~90 本文在康復訓練機器人設(shè)計時，將肩關(guān)節(jié)的活動限制在屈 0~30 ，伸 0~90 ，外擺 0~60 ，內(nèi)收 0 范圍內(nèi)；將肘關(guān)節(jié)的活動限制在屈 0~150 ，伸 0 范圍內(nèi)。進行這樣的限制后，康復訓練機器人能夠保證患者在康復訓練時上肢的動作幅度不會太大，可避免意外發(fā)生，提高機器人的安全性。最終本設(shè)計中人體上肢關(guān)節(jié)的活動范圍如表3-2所示。 表3-2本設(shè)計中人體上肢關(guān)節(jié)活動范圍 屈 伸 外擺 內(nèi)收 內(nèi)旋 外旋 肩關(guān)節(jié) 0~30 0~90 0~60 0 0 0 肘關(guān)節(jié) 0~150 0 / / 0 0 （2）結(jié)構(gòu)設(shè)計 本設(shè)計采用外骨骼式康復機器人，與人體上肢結(jié)構(gòu)吻合。對于材料有較高的要求，密度小，質(zhì)量輕。設(shè)計時應該具有多個自由度，滿足患者各個部位的訓練需要，同時增強外界刺激，提高患者對肌肉的控制能力和協(xié)調(diào)能力。在尺寸方面應盡量滿足人體工程學，可以適當調(diào)整臂長，滿足不同患者對結(jié)構(gòu)的要求。機構(gòu)運動簡圖如圖3-4所示。 圖3-4 四、對進度的具體安排 第1 周，領(lǐng)取任務書，開始文獻調(diào)研； 第2 周，完成文獻調(diào)研，開始英文翻譯； 第4 周，完成開題報告，完成英文翻譯； 第7 周，完成設(shè)計計算和強度校核計算，繪制結(jié)構(gòu)草圖； 第8 周，完成結(jié)構(gòu)設(shè)計，完成裝配草圖繪制； 第 10周，完成零部件尺寸設(shè)計，零件圖繪制； 第12周，完成論文初稿，完成裝配圖繪制； 第14周，完成論文最后修改和圖紙修改，提交論文最終稿； 第15周，打印論文，準備答辯； 第16周，完成論文評閱，組織答辯，進行成績評定。 五、參考文獻 [1] 張子明.中風臨床指南[M] .北京:中國醫(yī)藥科技出版社.1993. 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A Novel Hybrid Rehabilitation Robot for Upper and Lower Limbs Rehabilitation Training [J]. Procedia Computer Science 42(2014). 指導老師： 年 月 日 監(jiān)督老師： 年 月 日 領(lǐng)導小組審查意見： 審查人簽字： 年 月 日