基于磁流变液的力反馈手功能康复训练系统设计

摘要

近些年，随着机器人技术的发展，研究人员将其与信息科学、虚拟现实等技术相结合，以现代康复医学理论为基础，辅助偏瘫患者进行运动功能的恢复训练，并在临床上取得了相当不错的效果。但是关于手功能康复训练系统的研究还不够成熟和完善，所以对该领域的研究具有重要的意义和应用前景。
　　本文首先介绍了基于磁流变液力反馈手功能康复训练系统的研究背景和研究意义，结合国内外研究现状分析了现有康复训练装置的不足之处，根据康复理论的需求，确定了手功能康复训练系统的设计要求与原则，提出了系统的整体设计框架。
　　本文在对手功能康复训练系统的设计研究过程中，主要做了如下工作:(1)根据人手指的生物学特性和运动特点，结合手指康复内容的需求，利用磁流变液技术，研制出了能够辅助患者手指运动的力反馈康复训练装置，并对机构进行了运动学和力学分析;(2)对控制系统硬件电路和软件实现流程进行了研究分析，并通过USB协议进行设备之间的通信;(3)根据偏瘫患者不同时期的康复需求，设计并实现了被动训练和交互训练两种康复训练模式。
　　最后，本文对手功能康复训练系统进行了实验研究，验证了系统在不同训练模式下的可靠性、安全性和有效性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．1 国内研究现状

1．3 现有康复训练系统的不足之处

1．4 本文研究内容

第二章 手功能康复训练系统总体设计

2．1 偏瘫患者手功能康复理论

2．2 手功能康复训练系统设计要求

2．2．1 手功能康复训练系统设计原则

2．2．2 手功能康复训练系统训练模式设计

2．3．2 系统组成

2．4 本章小结

第三章 手功能康复训练系统机构设计与分析

3．1 人手指的生物学结构分析

3．2 磁流变液力反馈驱动装置设计与分析

3．2．2 磁流变液技术

3．2．3 被动力反馈执行器的设计

3．2．4 主动型驱动执行器的选型

3．3 手功能康复训练系统传感装置设计

3．3．1 力矩传感器选型

3．3．2 手指压力传感器选型

3．3．3 光电编码器选型

3．4 手功能康复训练系统机构设计

3．4．1 食指训练机构设计

3．4．2 拇指训练机构设计

3．5 手指训练机构动力学分析

3．5．1 食指训练机构运动学分析

3．5．2 食指训练机构力学分析

3．5．3 拇指训练机构运动学分析

3．5．4 拇指训练机构力学分析

3．6 本章小结

第四章 手功能康复训练系统控制系统设计与分析

4．1 控制系统硬件电路设计

4．1．1 硬件电路总体结构

4．1．2 主控制器模块

4．1．3 传感器数据采集模块

4．1．4 驱动控制电路模块

4．1．5 通信及调试接口模块

4．1．6 电源管理模块

4．2 控制系统软件流程与设备通信

4．2．1 下位机控制系统软件流程

4．2．2 设备通信与控制

4．2．3 上位机调试界面

4．3 本章小结

第五章 手功能康复训练模式设计与实验分析

5．1．2 被动训练模式实现

5．1．3 交互训练模式介绍

5．2 手功能康复训练系统实验研究

5．2．1 实验目的

5．2．2 实验内容与结果

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 课题总结

6．2 存在的问题及建议

致谢

参考文献

作者在攻读硕士期间发表的论文及申请的专利