肘关节康复训练装置的研究

论文摘要

康复训练机器人的研究正在蓬勃兴起,引起了越来越多的研究者的兴趣。本文对肘关节康复训练装置的结构设计、气动人工肌肉的特性研究、气动伺服控制技术等关键技术进行了研究。通过对现代康复理论和康复训练方法的研究,本文明确了康复训练在运动功能康复中的重要地位和积极作用。针对肘关节功能运动要求,开展功能结构研究,在理论研究的基础上,对整个肘关节康复训练装置进行了整体设计,从模块化的角度对此装置的机械本体结构、气动驱动系统和控制系统分别进行了详细的分析,明确了各部分的具体结构和功能需求,提出了整个肘关节康复训练装置的设计方案。针对肘关节康复训练装置所采用的特殊驱动器及其控制要求,本文对气动人工肌肉进行了静态和动态特性实验,结合实验,建立了整个系统的数学模型。根据控制系统的具体要求,在动态特性模型的基础上,采用分段式的PID控制算法进行了控制研究,为气动人工肌肉在多关节康复机器人中的应用打下初步的基础。最后开发出了肘关节康复训练装置实验样机,并在正常人体上进行了多种康复训练模式的实验研究,包括主动运动、被动运动和抗扰运动模式。实验结果检验了该康复训练机器人机械结构的有效性、控制系统的安全性、可靠性,为下一步的临床实验研究奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 课题背景
• 1.3 研究意义
• 1.4 国内外康复训练机器人研究现状
• 1.5 机器人辅助康复训练的初步结论和发展趋势
• 1.6 论文的主要工作
• 2 偏瘫运动康复治疗的理论基础
• 2.1 偏瘫的特征和常见的康复治疗方法
• 2.2 运动功能训练的方式和方法
• 2.3 康复训练机器人的设计要求
• 2.4 本章小结
• 3 肘关节康复训练装置的设计
• 3.1 肘关节康复训练装置的整体设计
• 3.2 肘关节康复训练装置的机械结构设计
• 3.3 肘关节康复训练装置的气动驱动系统设计
• 3.4 肘关节康复训练装置的控制系统设计
• 3.5 本章小结
• 4 气动人工肌肉的性能研究
• 4.1 气动人工肌肉概述
• 4.2 气动人工肌肉的静态特性研究
• 4.3 气动人工肌肉的动态特性研究
• 4.4 本章小结
• 5 肘关节康复训练装置的控制系统研究
• 5.1 引言
• 5.2 控制系统的数学模型
• 5.3 基于PID 算法的位置控制
• 5.4 本章小结
• 6 机器人辅助康复训练的实验研究
• 6.1 实验目的
• 6.2 实验对象和方法
• 6.3 实验结果和分析
• 6.4 讨论
• 6.5 本章小结
• 7 全文总结
• 7.1 全文总结
• 7.2 前景展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 发明专利“一种肘关节康复训练装置”受理通知书
• 附录2 发明专利“一种可穿戴式上肢康复训练机器人装置” 受理通知书