【導(dǎo)讀】根據(jù)康復(fù)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展特點(diǎn)和應(yīng)用并結(jié)合該領(lǐng)域的研究背景，分別從康復(fù)機(jī)器人?；颊叩倪\(yùn)動(dòng)機(jī)能得到更快更好的恢復(fù)。目前，康復(fù)機(jī)器人已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到康復(fù)護(hù)理、假肢和康復(fù)治療等方面，這不僅促進(jìn)了康復(fù)醫(yī)學(xué)的發(fā)展，也帶動(dòng)了相關(guān)領(lǐng)域的新技術(shù)和新理論的發(fā)展。機(jī)構(gòu)的普遍重視，許多研究機(jī)構(gòu)都開(kāi)展了有關(guān)的研究工作，近年來(lái)取得了一些有價(jià)值的成果。對(duì)于中風(fēng)、偏癱、上肢運(yùn)動(dòng)機(jī)能損傷等患者來(lái)說(shuō)，上肢康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人有著很好的治療效果。在老齡人群眾中有大量的腦血管疾病或神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者，這類患者多數(shù)伴有偏癱癥狀[1]。與此同時(shí)，由于交通運(yùn)輸工具的迅速增長(zhǎng)，因交通事故而造成神經(jīng)心痛損傷或者肢體損傷的。人數(shù)也越來(lái)越多。在我國(guó)數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的有神經(jīng)科疾病病史和受到過(guò)意外傷害的患者需要進(jìn)行康復(fù)

　　

【正文】 動(dòng)，實(shí)現(xiàn)手腕的康復(fù)訓(xùn)練。 電機(jī)選擇 驅(qū)動(dòng)方式選擇 按放大原理的不同，功率放大器可分為脈寬調(diào)制型功率放大、開(kāi)關(guān)功率放大和線性功率放大 3種類型。 脈寬調(diào)制型功率放大器采取準(zhǔn)連續(xù)的線性放大原理，通過(guò)控制其導(dǎo)通脈沖的占空比實(shí)現(xiàn)了輸出信號(hào)的周期平均值與輸入信號(hào)成比例，成本較低，功耗小，但是其干擾 較大，使用其驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)電機(jī)容易發(fā)生抖動(dòng)；開(kāi)關(guān)功率放大器只工作于飽和或者截止兩種狀態(tài)，管耗基本為零，但是由于其無(wú)法進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以一般只適用于驅(qū)動(dòng)繼電器、步進(jìn)電機(jī)和電磁閥；線性功率放大器控制波形失真率小，控制調(diào)節(jié)方便，驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，抖動(dòng)較小，干擾也較小，但放大器的效率較低，消耗在功率放大器上的功率損耗較大。 考慮到本系統(tǒng)的使用對(duì)象是上肢患有運(yùn)動(dòng)障礙的患者，如果訓(xùn)練過(guò)程電機(jī)產(chǎn)生較 大抖動(dòng)則容易對(duì)患者造成二次拉傷。因此考慮到系統(tǒng)穩(wěn)定性要求，選用了穩(wěn)定性較好的線性功率放大器。 由于本系統(tǒng)的對(duì)象是患者，在 訓(xùn)練的過(guò)程中要求電機(jī)有很好的低速堵轉(zhuǎn)性能，因此采用了直流力矩電機(jī)，直流力矩電機(jī)具有低轉(zhuǎn)速、大扭矩、響應(yīng)快、特性線性度好、力矩波動(dòng)小等特點(diǎn)，廣泛使用于需要頻繁正反轉(zhuǎn)的裝置或其他類似動(dòng)作的各種機(jī)械上。 電機(jī)的參數(shù)選擇 在立柱升降對(duì)患者進(jìn)行上肢屈伸康復(fù)訓(xùn)練的過(guò)程中，考慮到患者的承受能力，設(shè)定其移動(dòng)速度為 ? m/s ，立柱以上整體的質(zhì)量 m=50kg，因此，得到功率 1P Fv? （ ） 代入數(shù)據(jù)，得 1P =50W 在立柱的傳動(dòng)鏈中，選擇絲杠的效率 1? =，滾動(dòng)軸承的效率 2? =，齒輪的傳動(dòng)效率為 3? =，因此估算得到電機(jī)的功率 11 2 3PP ???? （ ） 代入數(shù)據(jù)得到 P=150W 當(dāng)立柱升降時(shí) ? ，所受到的垂直方向的阻力 vL cMFT n??。折算到電動(dòng)機(jī)軸上的 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 LT 應(yīng)滿足折算前后前后的功率不變?cè)瓌t，考慮傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)損耗，則有 L cMFvT n?? （ ） 式中 LT —— 折算到電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩， N m F—— 工作機(jī)構(gòu)直線運(yùn)動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)所受到的阻力， N v—— 工作機(jī)構(gòu)的線速度， m/s Mn —— 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速， r/min c? —— 總的傳動(dòng)效率 代入數(shù)據(jù)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(jī)有限公司的產(chǎn)品， 其各參數(shù)見(jiàn)表 。 表 電機(jī)參數(shù) 型號(hào) 輸出轉(zhuǎn)矩 （ N mm） 輸出轉(zhuǎn)速（ r/min） 功率 （ W） 電壓 （ V） 110SZ61 1043 1500 150 12 圖 110SZ61電機(jī) 位置傳感器的選擇 本系統(tǒng)的位置傳感器選用滑動(dòng)電阻器式角位置傳感器，該傳感器具有性價(jià)比高、精度高、線形度好等特點(diǎn)，其滿量程的阻值為 1 K。如圖 ，角位置傳感器的轉(zhuǎn)軸通過(guò)柔性聯(lián)軸節(jié)與電機(jī)的轉(zhuǎn)軸安裝在一起，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)位置傳感器轉(zhuǎn)動(dòng)從而使 其電阻值發(fā)生變化，加上外圍電路后其輸出電壓也隨之改變。其中柔性連軸節(jié)用于克服電機(jī)軸芯線與位置傳感器轉(zhuǎn)軸軸心線偏差所帶來(lái)的跳動(dòng)和測(cè)量誤差。 力傳感器的選擇 本系統(tǒng)中力傳感器采用應(yīng)變片式力傳感器，其內(nèi)部的 4個(gè)應(yīng)變片的貼片電阻構(gòu)成全橋電路，經(jīng)調(diào)理放大后經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)后后送入 ARM處理器。 本系統(tǒng)選用北京鴻基點(diǎn)科技發(fā)展有限公司的 BK5B型懸臂梁式測(cè)力 /稱重傳感器，量程為3kg，精度為 ％。外觀圖如圖 。 力傳感器安裝在機(jī)械臂的前端，這樣可以減少運(yùn)動(dòng)中的慣性力的影響，如果將其安裝 在機(jī)械臂的后端，理論上雖然可以獲得較大的形變，但是機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的較大的慣性力將嚴(yán)重影響力的輸出值，使其與實(shí)際力產(chǎn)生較大的誤差。 安全性設(shè)計(jì) 在緒論中本文已經(jīng)提到，本康復(fù)系統(tǒng)的所應(yīng)用的對(duì)象是上肢患有運(yùn)動(dòng)障礙的患者。使用方式是患者在機(jī)械臂的牽引下完成一系列的康復(fù)訓(xùn)練，而機(jī)械臂是由電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的，考慮到對(duì)象的特殊性，萬(wàn)一在訓(xùn)練過(guò)程中系統(tǒng)出現(xiàn)故障，會(huì)導(dǎo)致患者產(chǎn)生二次受傷，將會(huì)背離康復(fù)訓(xùn)練的初衷，所以康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)在保障患肢安全性方面要求很高。針對(duì)這一要求，系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中都采取了 一定的保護(hù)措施。 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，保證機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)空間與患肢的運(yùn)動(dòng)空間不發(fā)生干涉；為了將機(jī)械臂控制在一個(gè)合理的工作范圍內(nèi)，在機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中加入了限位裝置，從而限制了機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)的角度，防止出現(xiàn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)的情況。 在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，使用阻抗控制策略將力的控制加入到控制系統(tǒng)中，允許患者的運(yùn)動(dòng)軌跡與機(jī)器人的規(guī)劃軌跡不一致，從而將患者與機(jī)械臂之間的相互作用力控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)；并通過(guò)軟件限制機(jī)械臂旋轉(zhuǎn)的角度范圍，醫(yī)師可以根據(jù)患者當(dāng)前的情況設(shè)定合理的運(yùn)動(dòng)范圍。 結(jié)束語(yǔ) 機(jī)器人輔助運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)技術(shù)是機(jī) 器人研究領(lǐng)域的前沿和熱點(diǎn)。康復(fù)機(jī)器人，尤其是遠(yuǎn)程康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展為偏癱康復(fù)治療提供了一個(gè)良好的機(jī)遇。運(yùn)用先進(jìn)的康復(fù)醫(yī)學(xué)知識(shí)結(jié)合機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行腦神經(jīng)康復(fù)治療、改善偏癱患者肢體運(yùn)動(dòng)功能，研制符合患者病情特點(diǎn)的康復(fù)設(shè)備，具有重大現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的市場(chǎng)前景。 參考文獻(xiàn) [1] 呂廣明 ,孫立寧 ,彭龍剛 .康復(fù)機(jī)器人技術(shù) 發(fā)展現(xiàn)狀及 關(guān)鍵技術(shù)分 析 [J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) ,2020,36(9):12241231. [2] 呂廣明 ,孫立寧 ,沈剛 . 基于 CMAC神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)的康復(fù)機(jī)器人的智能控制技術(shù) [J].哈爾濱工程大學(xué)報(bào) ,2020,27(5): 662665. [3] 趙京東，姜力 ,劉宏 ,等 . 基于 DSP 的三自由度肌電假手實(shí)時(shí)控制方法 [J].航空學(xué)報(bào) ,2020,28(5):12571261. [4] Wang RC, Jiang MW, Jin DW. Development of a new tactileslip sensor for EMG controlled prosthetic hand. ICSCA. 2020. [5] Kiguchi K, Tanaka T, Fukuda T. Neurofuzzy control of a robotic exoskeleton with EMG signals. IEEE Trans Fuzzy Systems. 2020。12(4):481490 [6] Fukuda O， Tsuji T， Kaneko M. A humanassisting manipulator teleoperated by EMG signals and arm motions. IEEE Trans Rob 。19(2):210222. [7] MussaIvaldi S. Real brains for real robots. Nature. 2020。408: 305306 [8] 任 宇鵬 , 王 廣志 , 程明 , 等 . 基于 腦 機(jī)接 口 的 康 復(fù) 輔 助機(jī) 械 手 控 制 [J]. 中 國(guó)康 復(fù) 醫(yī) 學(xué) 雜志 ,2020,19(5):330333. 答謝辭 論文完成之際， 感 謝 老師對(duì)我論文的悉心指導(dǎo)，從論文選題到論文的寫(xiě)作過(guò)程給予我真誠(chéng)的鼓勵(lì)、中肯的建議和指導(dǎo)。 她 嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)給予我深深地 影響 ，促使我在論文寫(xiě)作中精益求精。對(duì)老師的辛勤指 導(dǎo)，呈上我最誠(chéng)摯的謝意。 感謝我的其他專業(yè)課老師，是她們給予我一些基礎(chǔ)知識(shí)教導(dǎo)，在擁有這些知識(shí)基礎(chǔ)上才能使我更有信心完成這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)。 感謝我的班主任，因?yàn)樵诖髮W(xué)里大多時(shí)間是自主學(xué)習(xí)，是他從大一開(kāi)始一直叮囑我們?cè)诖髮W(xué)里不能只顧玩而忘記學(xué)習(xí)，讓我們?cè)诋厴I(yè)之際沒(méi)有像其些同學(xué)那樣感到在大學(xué)里虛度了好幾年。 感謝我的同班同學(xué)們，感謝他們平時(shí)在學(xué)習(xí)方面給予幫助；做畢業(yè)設(shè)計(jì)之時(shí)， 百忙之中，依舊能夠隨時(shí)對(duì)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)給予指導(dǎo)與幫助 。感謝本文參考文獻(xiàn)提到的作者及合作者，是他們的成果奠定了我的工作基礎(chǔ)。 特別感謝我的父 母， 是他們 對(duì)我無(wú)私的物質(zhì)幫助和精神鼓勵(lì)使我渡過(guò)了 大學(xué)時(shí)光 。親情不言謝，但是我知道，我永遠(yuǎn)愛(ài) 他 們。