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用于下肢瘫痪小白鼠康复运动的柔式外置骨架机器人的研究

作　者: 蒋丽娟
导　师: 王庆明; 杨轲
学　校: 华东理工大学
专　业: 机械工程
关键词: 柔式驱动器硅胶柔式外置骨架机器人驱动器特征化
分类号: TP242
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

本文以研制用于小白鼠下肢运动康复的自动化设备,即外置骨架机器人为目的。从机械的角度结合创新的思想,进行了一款柔式外置骨架机器人的研究。首先结合传统四肢康复治疗、外置骨架机器人技术及其在四肢运动康复治疗中的应用进行了综合分析,否定了传统方法在本项目中的可行性,提出了运用柔式驱动器来构建外置骨架机器人的方案。根据小白鼠下肢的生物特征,得出了项目所需驱动器的各项要求,结合过去的研究中类似柔式驱动器的设计,确定了两款完全基于超软硅胶的柔式驱动器并给出了各自的制作过程。本文也分析了这两款驱动器的特征化过程,分析结果显示这两款驱动器完全适用于预定的需求。以驱动小白鼠大腿前后摆动为目标,规划了整个系统的柔式外置骨架机器人的设计及其控制系统的设计。设计开发了用于固定柔式驱动器的多自由度定位装置,及驱动器和小白鼠大腿骨的链接部件,设计了符合项目具体要求的折弯式驱动器,组建了用于小白鼠的外置骨架机器人。在控制系统中,开发了用于气动系统的电磁阀驱动电路,选用了NI生产的数据采集设备,集合运用LabView开发的控制界面,从而完成了控制系统的组装与调试。柔式外置骨架机器人在控制系统的控制下,运作正常,达到了预期的要求。实现了小白鼠下肢运动康复治疗及训练的功能。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-16
  1.1 传统外置骨架机器人研究概况  9-11
  1.2 传统外置骨架机器人在人类康复运动治疗中的应用  11-12
  1.3 脊椎损伤小白鼠在运动康复治疗中的研究现状  12-14
  1.4 外置机械骨架在小白鼠运动康复训练中的应用  14-15
  1.5 传统外置骨架机器人的不足之处  15
  1.6 研究内容  15-16
第2章柔式驱动器的选择和实现  16-33
  2.1 老鼠下肢生物特征  16-19
    2.1.1 小白鼠下肢运动自由度  17
    2.1.2 小白鼠下肢尺寸及重量  17-18
    2.1.3 小白鼠下肢关节的输出扭矩  18-19
    2.1.4 小白鼠下肢活动范围  19
  2.2 现有柔式驱动器及其特点  19-26
    2.2.1 现阶段不同类型的柔式驱动器  19-20
    2.2.2 气动驱动器  20-26
  2.3 柔式驱动器的驱动力计算及其比较  26-33
    2.3.1 同尺寸下柔式驱动器的驱动力/力矩的计算  27-32
    2.3.2 各款驱动器可行性的总结及适合于本项目驱动器的选择  32-33
第3章基于硅胶的柔式驱动器的开发  33-42
  3.1 基于硅胶的柔式驱动器的设计与制作  33-38
    3.1.1 柔式驱动器的设计  33-34
    3.1.2 柔式驱动器的制作  34-38
  3.2 柔式驱动器驱动用气动系统  38-40
  3.3 基于硅胶的柔式驱动器性能估计与计算  40-42
    3.3.1 折弯式驱动器的静态性能  40-41
    3.3.2 旋转式驱动器的静态性能  41-42
第4章基于硅胶的柔式驱动器的特征化  42-51
  4.1 特征化方案  42-46
    4.1.1 驱动力/力矩测试平台  42-45
    4.1.2 运动测试平台  45
    4.1.3 驱动器测试参数  45-46
  4.2 力学特征化  46-48
  4.3 运动特征化  48-51
第5章柔式外置骨架机器人的设计  51-61
  5.1 柔式骨架机器人系统的设计  51-52
  5.2 柔式外置骨架机器人主体  52-54
    5.2.1 驱动器定位结构  52-53
    5.2.2 小白鼠股骨固定装置  53
    5.2.3 柔式驱动装置  53-54
  5.3 机器人气动系统  54-61
    5.3.1 气动系统平台  54-56
    5.3.2 气动系统控制系统  56-61
第6章总结与展望  61-65
  6.1 本文所做的工作  61
  6.2 创新点  61
  6.3 存在的问题  61-63
  6.4 对未来此课题研究的展望  63-65
参考文献  65-71
致谢  71

用于下肢瘫痪小白鼠康复运动的柔式外置骨架机器人的研究

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