PAM驱动的上肢康复机械臂及其评价系统研究

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近年来,脑卒中和交通事故造成上肢有损伤的人数逐年上升,对康复器械的需求越来越大,本项目立足于实际需求,在实验室现有单臂助力臂基础上,开发了三自由度(肩关节外收/内展(被动)、肘关节屈曲、腕关节屈曲)可穿戴上肢康复机械臂,并在此基础上,对康复运动控制及康复评价展开研究。本文完成了从康复机械臂的结构优化到康复运动控制和康复训练评价的设计,具备了一定的实际应用价值。本文主要工作如下:首先,探讨国内外康复机器人研究现状,阐述了本文的研究背景和研究意义。确定了以穿戴式为特点的上肢康复机械臂,从穿戴的要求考虑,对现有的单臂进行了优化,更为贴合人体尺寸,并设计了相应的穿戴辅助机构。其次,对上肢康复机械臂的模型进行了简化,分析了康复机械臂的运动学与动力学模型,为康复机械臂的控制提供了理论基础。然后,完成了上肢康复机械臂的被动、主动两种康复训练策略研究;被动康复训练采用角度的PD控制策略,实现了肘关节与腕关节的联动控制;主动康复训练采用了两种控制策略:力跟随控制、阻抗控制。从而实现了多种康复训练的方式。并基于MATLAB/SimMechanics 进行 了理论验证。最后,针对设计的上肢康复机械臂设计了相应对的康复评价系统,选取了三个衡量康复训练效果的指标,基于AHP(层次分析法)确定了各个指标的权重系数,最后得到了康复评价得数学模型,完成对康复训练效果的评价。
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