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《哈尔滨工业大学》 2007年
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创伤手指康复机械手系统研究

张付祥  
【摘要】: 随着机器人技术的进步及其应用领域的不断扩展,康复机器人作为智能机器人的一个分支正在逐步进入我们的生活,并给康复理论的发展和临床康复技术的进步带来了新的动力。目前,康复机器人技术正在日益成为机器人领域的研究热点。 人手外伤或术后的功能恢复是手外科医师必须面对的问题。目前,连续被动活动(Continuous Passive Motion,简称CPM)理论正在进入临床实践并为广大康复医师所日渐接受。为了给手外伤患者提供一个用于手功能康复治疗的CPM机,给手外科康复医师提供一个临床研究的仪器设备,提高手功能康复治疗的自动化、智能化水平,结合国家自然科学基金“智能促动手(指)功能恢复医疗仿生机械手的研究”(批准号:60275033),针对连续被动活动装置在手功能康复中应用的特点与难点,本文围绕创伤手指康复机械手的康复原理、CPM装置的构型设计与尺度综合、机械系统设计、康复机械手的运动学和动力学、传感系统设计及传感器信号处理方法、康复机械手嵌入式系统设计、康复模式和系统实践等关键技术进行了深入的研究,最终成功研制了创伤手指功能康复机械手系统。 本文首先研究了康复机械手机械系统。根据临床康复的需要,设计了康复机械手康复治疗方案,并在人手功能分析的基础上,设计了一个能对人手指的多个关节进行康复运动的CPM装置的构型。该CPM装置组成的基本单元是平面四杆机构,针对这一结构特点提出一种基于机械性能的平面四杆机构尺度综合方法。康复机械手机械系统选用仿生肌肉的驱动技术,整个系统划分成仿生手指和仿生肌肉两个模块,两个模块通过仿生肌肉联接构成完整的康复机械手机械系统。 其次研究了康复机械手的运动学和动力学的分析方法。针对康复机械手对抓握训练的需求,将康复机械手CPM装置和人的手指看作一个整体,进行一体化分析。通过研究应用旋量理论建立机器人运动学和动力学方程的方法,在对平面四杆机构和空间六杆机构进行运动学和动力学分析的基础上,提出了基于旋量理论的康复机械手运动学和动力学方法。 然后研究了康复机械手传感系统。根据康复机械手CPM装置的特点,采用传统的应变测量原理,将关节力矩传感器及其信号调理电路集成在杆件上;采用霍尔位置传感器实现关节位置的无接触测量,其信号调理电路集成在CPM装置的关节上。根据关节力/位传感器信号频率较低的特点,在对主要干扰源进行分析的基础上,提出了在时间域以实际输入信号和理想输出信号的均方差最小为优化目标的无限长冲激响应(IIR)数字滤波器的优化设计方法。 再次研究了康复机械手嵌入式系统设计。在康复机械手嵌入式系统设计中采用软硬件协同设计的方法。嵌入式系统硬件设计采用了功能模块化的方法,硬件系统的核心是基于串行外设接口(SPI)总线的数据采集模块和电机控制模块。结合嵌入式系统硬件,软件系统采用分级并行竞争控制结构。 最后,对建立的仿生机械手系统进行了实验研究。包括系统性能评估实验和康复运动实验,并对康复模式进行了探索。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TP242.6

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 黄鹏程;杨庆华;鲍官军;王志恒;都明宇;张立彬;;新型气动弯曲关节的静态特性分析[J];机器人;2013年01期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
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中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 甘增康;手部功能康复机器人电气控制系统的设计与研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
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4 姜永波;康复机械手嵌入式系统设计与实现[D];哈尔滨工业大学;2008年
5 李胜群;手指康复机器人结构与控制系统研究[D];华中科技大学;2009年
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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国硕士学位论文全文数据库 前1条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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10 姜封国;;基于小生境技术的混合遗传算法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李佳;载人潜器阻力性能的数值和试验预报及外形优化研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 张亚娟;适应性企业战略协同机制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 谭枫;介入式文化算法及其应用研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 陆满君;通信辐射源个体识别与参数估计[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 谭佳琳;粒子群优化算法研究及其在海底地形辅助导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 董九志;带有主被动关节的辅助腹腔镜手术机器人研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
7 李晚龙;六自由度Stewart平台分散智能控制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 董慧群;代建制项目风险预警管理研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
9 许爱德;开关磁阻电机在船舶电力推进中的应用研究[D];大连海事大学;2010年
10 张进;地震叠前数据的弹性阻抗非线性反演方法研究[D];中国海洋大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 万成;动态环境下的元胞遗传算法研究[D];南昌航空大学;2010年
2 李坤;参数参与进化的自适应遗传算法研究[D];南昌航空大学;2010年
3 柳枝华;微粒群优化算法的改进及应用[D];南昌航空大学;2010年
4 王磊;继电保护测试仪检定装置的研究与实现[D];南昌航空大学;2010年
5 张炜;嵌入式系统功耗管理研究与实现[D];山东科技大学;2010年
6 吴香庭;基于遗传算法的K-means聚类方法的研究[D];山东科技大学;2010年
7 马水松;多目标遗传算法与非支配集的构造研究[D];山东科技大学;2010年
8 雷云云;基于被动式四足机器人的运动学及动力学分析[D];山东科技大学;2010年
9 李臻;城市公交车辆智能调度优化研究[D];山东科技大学;2010年
10 朱国凯;泰安市农村公路典型路面结构研究[D];山东科技大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前9条
1 王俊国;基于神经网络的建模方法与控制策略研究[D];华中科技大学;2004年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前6条
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2 李海丽;谢叻;魏盛凯;蒋峻;俞文伟;;手功能康复机器人技术[J];机械设计与研究;2014年01期
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 刘晓敏;基于气动复合弹性体柔性关节机械手研究[D];吉林大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 甘增康;手部功能康复机器人电气控制系统的设计与研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
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5 于美丽;基于ADAMS外骨骼康复机械手的设计和仿真分析[D];青岛大学;2012年
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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【相似文献】
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5 白跃宏;徐义明;殷跃红;;下肢外骨骼康复机器人研制[A];中国康复医学会运动疗法分会第十一届全国康复学术大会学术会议论文摘要汇编[C];2011年
6 万大千;徐义明;白跃宏;;下肢外骨骼康复机器人研究进展[A];中国康复医学会运动疗法分会第十一届全国康复学术大会学术会议论文摘要汇编[C];2011年
7 许光旭;;步态训练的新选择——LokoHelp康复机器人[A];首届全国脑外伤治疗与康复学术大会论文汇编(上)[C];2011年
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中国重要报纸全文数据库 前4条
1 杨红军 曹洪田 王婷;科技创新攀新高 华丽转身上精品[N];江苏经济报;2010年
2 记者 应丽斋 余延青 通讯员 张敏;45名专家“把脉问诊”89个海内外项目[N];嘉兴日报;2010年
3 本报记者 徐晓敬;沈阳要做家庭智能机器人[N];辽宁日报;2010年
4 本报记者 刘宇雄;让机器人更好地为百姓服务[N];广东科技报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 邢科新;手功能康复机器人系统若干关键技术研究[D];华中科技大学;2010年
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4 伊蕾;助行康复机器人控制策略研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
5 吴军;上肢康复机器人及相关控制问题研究[D];华中科技大学;2012年
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2 刘艳辉;具有远程转动中心的踝关节康复机器人分析与设计[D];燕山大学;2010年
3 马俊宝;下肢康复机器人防跌倒控制实验研究[D];沈阳工业大学;2011年
4 吴希瑶;下肢康复机器人机构分析与设计[D];北京工业大学;2011年
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6 甘增康;手部功能康复机器人电气控制系统的设计与研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
7 孔祥战;仿生外骨骼式下肢康复机器人研究[D];河北工业大学;2011年
8 肖艳春;外骨骼式下肢康复机器人的构型及其运动学分析[D];河北工业大学;2011年
9 李长胜;腿康复机器人主被动控制及实验研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
10 周鑫;下肢康复机器人的训练规划与康复效果评估[D];哈尔滨工程大学;2011年
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