康复用外骨骼上肢机械臂仿生结构研究

摘要

目前康复工程中外骨骼式的机械康复设备应用广泛，既逐渐满足了理疗康复的巨大需求又使得康复理疗的成本不断降低，对减轻患者的经济负担和理疗师的劳动负担发挥了重要作用，随着外骨骼康复理疗设备在临床的应用和对康复效果的分析，常规外骨骼机械式康复中存在的问题逐渐表现出来。
　　临床发现外骨骼机械臂辅助人体实现康复动作时，患者长期进行机械重复性动作可致肩胛骨部位肌肉造成永久损伤，显著症状为肩峰下疼痛综合征，其原因是肌肉麻痹不能自主收缩，在外力牵引下发生损伤。本文在已完成基本康复动作的外骨骼式上肢康复机器人的基础上研究肩胛骨部分运动的仿生结构设计，用可靠的机械式传动代替电信号控制是本课题的显著特点，因动力需要从肩关节传递到肩胛骨后方的执行机构在空间内位置复杂，且执行机构需要进行位置调整，故选用绳管传动传递动力，钢丝绳和聚四氟乙烯管配合可在空间内灵活适应位置调整的需要，肩关节运动的同时通过减速及调整机构完成与肩胛骨运动的2:1转动关系转换，执行机构辅助肩胛骨运动,改善康复效果。
　　主要对辅助肩胛骨转动系统的设计原理设计过程进行了详细的阐述。使用机械三维建模设计软件完成了结构设计，保证运动过程没有干涉。使用有限元软件对关键部件进行了受力和变形分析，保证零件结构的安全性；并进行模态分析检验机构是否与激励源发生共振。

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第1章 绪论

1.1课题的研究背景与意义

1.2国内外上肢康复设备的发展与研究状况

1.3本课题的主要研究内容

1.4本章小结

第2章 肩关节与肩胛骨联动机构的方案设计

2.1肩关节与肩胛骨运动关系介绍

2.2肩胛骨与肱骨联动机构的方案设计

2.3本章小结

第3章 肩胛骨联动机构的设计

3.1机构的原理设计

3.2动力机构的结构设计

3.3动力传递机构设计

3.4肩胛带联动机构的变速调整机构设计

3.5肩胛带联动机构的执行机构设计

3.6执行部分调整机构设计

3.7本章小结

第4章 关键零部件校核及分析

4.1钢丝绳的校核计算

4.2 ANSYS静力学应力形变分析

4.3 ANSYS动力学模态分析

4.4本章小结

第5章 总结与展望

5.1研究内容总结

5.2展望

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢

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