【正文】 Fv? （ ） 代入數據得到 P= 綜合各方面的因素，所選擇的電機的功率為 P=5W 根據公式（ ），可得到轉換在電機軸上的轉矩 LT = 根據以上所算出的數據，選擇的是寧波儀表電機廠的直流減速伺服電機電機，具體各參數見表 。折算到電動機軸上的負載轉矩 LT 應滿足折算前后前后的功率不變原則，考慮傳動機構的傳動損耗，則有 L cMFvT n?? （ ） 式中 LT —— 折算到電機軸上的負載轉矩， N m F—— 工作機構直線運動時運動所受到的阻力， N v—— 工作機構的線 速度， m/s Mn —— 電動機的轉速， r/min c? —— 總的傳動效率 代入數據得 5 0 0 0 .19 .5 5 0 .9 10 .3 5 1 5 0 0LT ?? ? ?? N. m 綜合考慮之后，選擇的是淄博床架電機有限公司的產品，其各參數見表 。包括驅動方式的選取、驅動系和傳動系的設計，康復機器人整體尺寸及外形的設計。工作時，啟動電機，在單片機的控制下，帶動手柄繞電機軸旋轉，從而帶動手腕的轉動，實現(xiàn)手腕的康復訓練 [16]。 手腕轉動機構設計 圖 手腕康復結構運動簡圖 手腕康復機構中，主要 應當考慮對患者上肢的固定，重點在把手的設計。同時考慮到消除因絲杠傳動不精確帶來的誤差，兩端支承座的設計稍有不同，其中一端采用了鉸接連接。同時，一根光桿滑軌固定于橫梁的左右段機構中。 經過充分的考慮，上肢分合運動的機構借助安裝在橫梁上帶傳感器的直流減速電機、同步齒形帶傳動副、光感滑軌和把手來實現(xiàn)。與此同時， 箱體的下端，通過鍵將其與一根傳動軸相連，在前后擺減速電機的帶動下，通過能夠實現(xiàn)自鎖的蝸桿減速器，使整個結構能夠發(fā)生前后擺運動，用以實現(xiàn)患者上肢的前后擺康復訓練。穿過側壁的傳動軸帶動左右的齒輪副，帶動絲杠同步的轉動，從而實現(xiàn)內套筒在立柱內同步的向上下滑動，實現(xiàn)上肢的屈伸屈伸康復運動。設計時，要使患者的上肢能夠得到足夠充分的空間進行屈伸訓練，因此，上肢屈伸機構借助左右對稱布置的兩根可伸縮的立柱來實現(xiàn) 這個目的。前后擺電機通過滑塊型彈性聯(lián)軸器與蝸桿減速器相連，蝸桿減速器通過 HL 型柱銷彈性聯(lián)軸器與傳動軸相連。 因此，上肢前后擺機構裝在基座上，由直流電機、減速器、渦輪蝸桿、傳動軸、軸承座等組成。 此外，立柱的電機通過加腹板的電機支承架固定，支架通過螺釘固定在立柱座上 圖 前后擺機構運動簡圖 面，這樣，電機和立柱就連接在一起，在前后擺的過程當中，整個立柱就能隨著電機的轉動而一起運動。在康復機器人結構設計中，立柱主要由三部分組成，內套筒、外套筒和絲杠螺母副，此外還有用于固定絲杠螺母副用的軸承套等附屬結構。就本設計而言，設計的主體是兩根可升降的立柱，放于地面與立柱相連的機座、橫梁、與機座相連的立柱座、同步齒型帶及帶輪等等。 本課題主要研究內容 本實用“上肢康復機器人”的機身是由放置于地面上的基座、兩根可以伸縮的立柱和上橫梁組成，并在其各組成部分上分別裝配上肢前后擺動機構上肢屈伸機構和上肢分合機構；各運動機構由單獨的電機和減速器驅動，而傳動機構的主件分別是傳動軸、絲杠螺母副、同步齒形帶。由于我國的康復醫(yī)學事業(yè)仍然處于起步階段，但患者數量多、治療師資源缺乏，據此現(xiàn)狀，發(fā)展康復訓練醫(yī)療機器人系統(tǒng)更具實際意義。 機器人具備許多人類所無法比擬的優(yōu)點，例如：長期、穩(wěn)定地重復訓練，精確、客觀地測定訓練與運動參數，提供實時反饋、遠程訓練等。 3. 力反饋：機器人應該能夠實時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大的輔助，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?；谔摂M環(huán)境的康復訓練通常與網絡相結合，因此，不僅具有遠程康復機器人系統(tǒng)的優(yōu)點，還提高了患者進行康復訓練的能動性。圖 為 MITMANUS [12]在治療中風病人。美國麻省理工學院研制了一種幫助中風患者康復治療的機器人 MITMANUS ,它有 2 個自由度 ,可以實現(xiàn)病人的肩、肘和手在水平和豎直平面內的運動。單手刀技術水平限制，長期停留在“打關節(jié)”康復范圍。運動技能的學習或再學習，這是一個囊括了競爭運動控制理論、訓練技術和人機接口問題等諸多方面的復雜問題。康復治療機器人在醫(yī)療實踐上主要是用于恢復患者肢體運動系統(tǒng)的功能。 S. Tachi 等人在 MIT 日本實驗室研制了一種移動式康復機器人 MELDOG[6] ，作為“倒盲狗”以幫助盲人完成操作和搬運物體的任務。這種機械手已經成為面向應用的流行設計， KARES[5]系統(tǒng)，就是一種基于輪椅的機械手系統(tǒng)，在電動輪椅上安裝了一個六自由度的機械手，能夠幫助行動不便的老人和殘疾人獨立的行動。隨后他對樣機進行了改造，也使得 Handy1 成為歷史上最成功的康復機器人。種機械手安裝在一個徹底結構化的控制平臺上，在固定的空間內操作，具有足夠自由度的串聯(lián)機器人再配上適合殘疾人使用的人機界面是這種機器人典型的設計模式。對于中風、偏癱、 上 肢運動機能損傷等患者來說，上 肢康復訓練機器人有著很好的治療效果 。 康復機器人有兩種：輔助型康復機器人 和康復訓練機器人 [3]。康復肢體運動功能用機械肢體組合系列 機器人 ,是多種同類機器人屬于機器人領域 ,解決了本人發(fā)明的實用新型專利半身不遂患者康復學步機 ,只能帶動人的大小臂大小腿康復運動功能 ,而不能帶動手腳各關節(jié)運動的重大不足 ,主要技術特征是將半身不遂患者康復學步機略加改進后 ,在學步機的小臂絞鏈桿上安裝了可以帶動人手腕關節(jié)手指各個關節(jié)都能運動的機械手托板 ,在小腿鉸鏈桿上安裝了可以帶動人腳踝腳指各個關節(jié)都能運動的機械腳托板后實現(xiàn)的 ,用途是康復肢體運動功能 ,帶動患肢的各個關節(jié)、每塊骨骼、每塊肌肉、每個筋鍵、每條神經都在作患者萬分渴望而大腦又支配不了的動作 ,通過較長時間的被 動運動鍛煉 ,最終使殘疾人患肢的主動運動功能得到康復。 黑龍江工程學院學院本科生畢業(yè)設計 2 康復機器人是康復設備的一種類型。在 我 國數以百萬計的有神經科疾病病史和受到過意外傷害的患者 需要進行康復治療，僅以中風為例，每年大約有600， 000 中風幸存者，其中的二百萬病人在中風后存在長期的運動障礙。黑龍江工程學院學院本科生畢業(yè)設計 1 第 1章 緒論 全套 完整版 19張 CAD 圖紙，聯(lián)系 153893706 概述 據報道，我國 60 歲以上的老年人已有 億，占全國人口的 11％，到 2050 年將達到 億。 與此 同時，由于交通運輸工具的迅速增長，因交通事故而造成神經心痛損傷或者肢體損傷的人數也越來越多。因此，服務于四肢的康復設備的研究和應用有著廣闊的發(fā)展前景 [2]。由于康復訓練機器人要與人體直接相連，來帶動肢體進行康復訓練，所以對驅動器的安全性、柔性的要求較高。目前，康復機器人已經廣泛地應用到康復護理、假肢和康復治療等方面，這不僅促進了康復醫(yī)學的發(fā)展，也帶動了相關領域的新技術和新理論的發(fā)展。 康復機器人是康復醫(yī)學和機器人技術的完美結合，康復機器人技術在歐美等國家得到了科研工作者和醫(yī)療機構的普遍重視，許多研究機構都開展了有關的研究工作，近年來取得了一些有價值的成果。 康復機械手的研究現(xiàn)狀 設計康復機器人最初的一個目的就是在殘疾人和環(huán)境之間放置一個機械臂， 通過這個機械臂來部分或全部的實現(xiàn)操作功能，按機械臂的安裝位置劃分，康復機械手可分為 3 類： （ 1）基于桌面的機械手 [4]。 1987 年，英國人 Mike Topping 研制了 Handy1 康復機器人，使一個患有腦癱的 11 歲男孩第一次能夠進行獨立就餐。這種機器人是安裝在輪椅上的，是因為輪椅的移動擴大了機械手的工作范圍，同時由于安裝基座的改變致使機械手的剛性下降和抓取精度的降低，這種機械手也只是用于用于輪椅的患者，這是一點不足。這類機械手是目前最先進的康復機械手，這種機黑龍江工程學院學院本科生畢業(yè)設計 4 械手安裝在移動的機器人或者半自主的小車上從而適用于更多的患者使用，同時擴大了機械手的活動空間并提高了抓取的精度。 康復治療機器人研究現(xiàn)狀 康復治療機器人是康復醫(yī)學和機器人技術的完美結合，不再把機器人當作輔助患者的工具，而是把機器人和計算機當作提高臨床康復效率的新型治療工具。生物力學或生物物理化學類型的應用就是使用機器人系統(tǒng)來打破受傷肢體的運動范圍。早在 20 世紀 60 年代初期就有醫(yī)學團體運用 CPM 機進行術后康復治療的醫(yī)學實踐，此后也有用于膝、肩、肘關節(jié)等康復的 CPM 機出現(xiàn)。目前這一類機器人的研究比較活躍 ,用來康復治療與神經運動有關的疾病 , 包括中風、帕金森氏病和大腦性麻痹 (Cerebral Palsy) 。如果病人的手臂不能主動運動 ,機器人臂可以像傳統(tǒng)康復醫(yī)療中臨床醫(yī)生的做法那樣帶動病人的手臂運動。虛擬環(huán)境技術的發(fā)展使這種思想得以實現(xiàn)，研究者們采用基于虛擬環(huán)境的用戶界面，通過一些小游戲鼓勵患者進行主動訓練。 2. 控制策略與運動模式的設計由于患者的病情千差萬別，因此，機器人要感知患肢狀態(tài) (力量 和位置 )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、黑龍江工程學院學院本科生畢業(yè)設計 6 傳感器技術應用、系統(tǒng)辨識和控制算法設計等方面需要作更深入的研究。大量實驗的基礎上，探索臨床康復的初步規(guī)律，并建立新的康復評估方法，從而對運動功能的康復機制重新評估和理解。國內的研究基礎和對這一領域的了解和把握與上述領先單位的差距并不很大，但在經費投入方面嚴重不足。因此，康復醫(yī)療訓練機器人技術在現(xiàn)代康復醫(yī)學和神經反饋訓練有廣泛的應用前景。確定結構尺寸，形狀，材料，動力等參數，對齒輪、主軸、軸承進行必要的校核、驗算； 手繪和計算機繪制相結合，繪制整體裝配圖及主要零部件的零件圖； 第 2章 總體結構方案設計 本設計的主要工作是設 計一個用于上肢康復的機器人，能夠實現(xiàn)對上肢的上下、屈伸、分合以及手腕轉動的康復訓練 [14]。總體方案為： 機身由平臺上面的機座、兩根可伸縮的立柱、橫梁以及手柄組成，并在其各組成部分上分別裝上上肢前后擺機構、上肢屈伸機構、上肢分合 機構和手腕轉動機構；各運動機構有單獨的電機和減速器驅動；傳動機構的主件分別是傳動軸、絲杠螺母副以及同步帶傳動副。為了保證整個康復機器人的結構的穩(wěn)定，各個零部件的垂直度，表面粗糙度都一定要達到設計的要求 [15]，這樣才能使真?zhèn)€結構在運動的過程總 不會出項卡死之類的現(xiàn)象，同時也減小了