软体外骨骼手部康复机器人的研究

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2、■达或抽赵芳Ｍ｜｜Ｉｊｆ＾ｌｌｌＪｉＢ郭书祥教授－＇／＇．ｖ天津理工大学研究生院二Ｏ—一７＼年月採匈巧方巧进行的研巧工作和取本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下，论文中不包含其他得的研究成果，除了文中特别加标注和致谢么处外理工大学或人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得义津一其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研巧所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签争口期：公八年＾月＞口学住典丈作老签义：赵学位冷文胶权使巧援权书

3、本学位论文作者完全了解天津理工大学论有文关保留、使用学位论文的规定。特授权天津理工大学可？将学位的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编，臥供查阅和借阅。同意学校向国家有关部口或机构送交论文的复本和电子文件。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）■导学化冷丈作者签名：走师签年线签口李日期；２ｉＶ占年３月＞ａ签李ｇ期：年３月＾分类号：密级：天津理工大学研究生学位论文软体外骨骼手部康复机器人的研究（申请工程硕士学位）工程领域：机械工程作者姓名：赵

4、芳指导教师：郭书祥教授2016年1月ThesisSubmittedtoTianjinUniversityofTechnologyfortheMaster’sDegreeStudyonaSoftExoskeletonRobotfortheHandRehabilitationByFangZhaoSupervisorShuxiangGuoJanuary,2016摘要中风被医学界公认为是威胁人类健康的三大疾病之一，而中风后导致偏瘫的概率达百分之五十以上，此类患者的康复需求引起了社会极大关注。为解决现阶段手部康复机器人研究成果中存在

5、的一些问题如结构复杂、不便携、存在安全隐患等，本课题设计了一套软体外骨骼式机器人系统，用于辅助偏瘫患者在康复初期进行手指的屈伸运动训练。该系统操作简单、质轻、便携，且消除了潜在的安全隐患。系统包括软体外骨骼手套、计算机、表面肌电信号采集设备、微型真空泵、电磁阀组及多个控制器。系统中的软体外骨骼手套主体部分是软体执行器。软体执行器是一种柔软的、内部有中空腔体的半圆柱形硅胶条，内部充入空气后可实现单向弯曲伸展。软体执行器设计的好坏直接影响系统的性能。因此本文以人手生物学特性为基础，重点叙述了软体执行器的设计和制作过程，并通过有

6、限元软件ABAQUS进行多结构形变仿真，增加设计可靠性。本系统采用气动驱动，在控制系统设计过程中，首先进行了气泵和电磁阀的选型，然后通过气路分流方案实现了单气泵对多个软体执行器的驱动，大大降低了系统成本与重量。系统实现了两种控制方式：肌电控制、上位机控制。肌电控制实现了由人体表面肌电信号控制系统的运行，并且肌电信号可通过无线接收设备输入计算机，实现了信号的远距离采集，增加了系统的使用灵活性，但通过肌电控制的系统只能实现执行器的连续动作。上位机控制是通过计算机端给下位机发出控制命令，控制更直接准确，且比肌电控制增加了暂停模式

7、，有利于系统实施除运动训练外的辅助抓取功能。肌电控制可随时切换为上位机控制模式。为后期能实现系统精确控制，搭建实验平台测得了执行器进气量与弯曲角度间的关系，并通过控制系统抓握不同的静物，验证了系统的稳定性与可控性。软体机器人为机器人领域中的新方向，本研究创造性地将软体机器人的思想应用到了康复医学领域，利用材料自身的特性达到了传统机械结构的效果，令系统整体质量及成本大大降低，且消除了潜在的安全隐患，更适合在康复领域应用。关键词：软体机器人外骨骼硅胶仿真表面肌电控制AbstractItisrecognizedthatstrok

8、eisoneofthethreebiggestdiseasesthatthreateninghuman’shealth,andtheprobabilityofhemiplegiacausedbystrokeismorethanfiftypercent,thesepatients’rehabilitati