康复机械手
国外研究现状
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2004 年，英国曼彻斯特大学的科研人员设计出一种外骨豁式的 康复机械手机构 ( 如图 1.1 所示），它采用了模块化的结构设计 思想，实现了人体手部四个手指的康复运动。同时,美国的卡内 基梅隆大学机器人研所的科研人员研制出一种新型的手部CPM机
仿真
柔性弧的设计
手的结构与形状被定义为骨性体系，在这个地方手 指，掌的维度和角度可以获得，骨头排列的三段弧,其中 两个横向和一个纵向。 近端横向拱,以头状花序的为中心、以相对固定和 凹于掌心,它的别名叫“手、腕部拱门。 远端横向拱,第3掌骨的头部是可以移动的,也凹于 掌心,它被称为掌骨拱门。 这些弧是由正常的张力的韧带连接他们,并为相应 的行缩短肌肉。横向连接的两个圆弧纵向。 人类的手的能力来自于这些弧的能力,以适应不 同姿势,实现一个对物体更好的控制,除了能掌握不规则 形状的物体和众多的体积。
本课题设计的是一种针对人体手部康复的外骨豁康复机 械手，利用可穿戴式的外骨豁机械手系统来驱动患者手 指指节的运动，使患者能够模拟在日常的生活中所需要 手部的运动，从而达到人体手部各个关节的运动康复锻 炼以及神经功能的康复训练，使外骨豁康复机械手与人 体手指能够协调的运动，从而达到最佳的手部康复训练 效果。
原创视频
康复机械手
王佳域：1427049227 吴晗： 1427049129
外骨骼康复机械手的仿真设计
外骨骼机器人应于康复医学的最前沿科技 它是根据人手的各种运动特征设计的，将其穿戴于患者 手部生理机能丧失或者障碍的手上，可以辅助患者完成 各种难以完成的动作。
优点： 一、通过建立患者数据库，可以针对不同患者的个体差 异性，进行有差别的量化治疗； 二、可以通过网络连接数据库实现远程治疗； 三、医生根据数据库可以对病症进行量化分析，有助于 建立系统的康复训练理论。现有的手部康复治疗，主要 通过专业医师进行康复训练。
机械手-人体下肢外骨骼康复机器人设计-说明书
机械手-人体下肢外骨骼康复机器人设计-说明书摘要康复机器人技术则是近年来迅速发展的一门新兴机器人技术,是机器人技术在医学领域的新应用;目前康复机器人已成为国际社会研究的热点之一。
本课题主要研究的下肢外骨骼康复机器人的设计。
本文介绍了下肢康复机器人国内外发展现状和应用情况,进行了下肢外骨骼康复机器人的总体方案设计、结构设计,和总体控制方案设计,并对重要零件进行校核。
本设计下肢外骨骼康复机器人共有5个自由度,其中每一条机械腿上有2个关节(2个自由度)模仿人体腿上的膝关节、髋关节和一个用于减重的减重系统(包括1个自由度)。
此系统能用于脑损伤、中风等病人的步态康复训练,帮助病人更好地进行康复训练,减轻他人的帮助,提高效果。
关键词:康复训练,机器人,下肢外骨骼ABSTRACTThe rehabilitation robot technology is a new robot technology developed rapidly recently, which is a new application in medical fields of robot technology. Currently the research on rehabilitation robot has been one of the focuses in the International Society. The rehabilitation robot technology is a synthesis of many subjects, which covers mechanics, electronics, control and rehabilitative medicine and so on; it has been a typical representation of the mechatronics research. The main researchof this paper is based on the attitude control gait rehabilitation training system design.In this paper, lower extremity rehabilitation and development of robot applications at home and abroad, lower extremity exoskeleton training robot's overall program design, structural design, design and overall control; gait training on the robot for three-dimensional modeling, and important parts to check. The robot gait training has a total of five degrees of freedom, each of which a mechanical leg joints have two 2 DOF to imitate human knee, hip and a weight relief for weight relief system including a degree of freedom. The system can be used for brain injury, stroke, and to help patients better rehabilitation training, and meets the needs of different groups of peopleKey words:rehabilitation training, robot, lower extremity exoskeletons目录1 绪论1.1 概述1.2 康复机器人的国内外研究现状1.3 本课题主要研究内容1.4 本章小结2 总体方案选择与论证2.1 步态分析2.2 方案的选择2.2.1 自由度的选择2.2.2 基本参数的选取2.2.3 驱动器的选择2.2.4关节结构的选择2.2.5连杆结构的选择2.2.6腰部结构设计2.2.7减重机构设计2.2.8整体结构设计2.3 本章小结3 机械结构的设计与计算3.1 人体参数3.2 各关节运动分析3.2.1 膝关节的运动分析3.2.2髋关节的运动分析3.3 关节力矩分析3.4 具体结构设计3.4.1 关节机构的选择3.4.2 连杆机构的选择3.4.3 腰部结构设计3.4.4减重机构3.4.5整体结构设计3.5 部分重要零件的设计与校核3.5.1轴承的选择及校核3.5.2连杆的计算及校核3.5.3双头螺柱的校核3.6 本章小结4 驱动部件的计算与选型4.1 滚珠丝杠螺母副的计算与选型 4.1.1髋关节滚珠丝杠副的计算与选型4.1.2膝关节滚珠丝杠副的计算与选型4.2 直流伺服电机的计算与选型 4.2.1髋关节直流伺服电机的计算与选型4.2.2膝关节直流伺服电机的计算与选型4.3 同步带的计算与选型4.3.1髋关节同步带的计算与选型4.3.2膝关节同步带的计算与选型4.4 本章小结5 控制系统的设计5.1 控制系统的方案选取5.2 控制系统的设计5.2.1电源配置设计5.2.2常用存储器及扩展电路设5.2.3数据存储器的设计5.2.4 D/A转换器接口电路设计5.2.5译码器的设计5.2.6上位机的连接设计5.3 控制流程的设计5.4 本章小结6 结论7 参考文献8 致谢1 绪论据报道,我国60岁以上的老年人已有1.43亿,占全国人口的11%,到2050年将达到4.37亿。
康复诊疗机器人
• 由于我国的康复医学事业仍然处于起步阶段， 但患者数量多、治疗师资源缺乏，据此现状， 发展康复训练医疗机器人系统更具实际意义。 随着康复医疗机器人的研究和使用，有望简化 医师与患者“一对一”的繁重治疗过程，推动残 疾人“人人享有康复服务”这一目标的实现，提 高残疾人的生活质量。同时，通过临床上使用 积累的大量数据，将有助于认识训练参数与康 复效果之间的关系，从而能够在机器人辅助脑 神经康复治疗上取得更大的突破。因此，康复 医疗训练机器人技术在现代康复医学和神经反 馈训练有广泛的应用前景。
新型柔性三维力／温度触觉传感器 阵列设
• 随着智能机器人广泛的应用于人体健康、 体育训练、康复医疗、生物等诸多领域， 传感器的多功能化成为传感器发展的趋势。 • Alirezaei等人利用压力敏感导电橡胶研制了 应用于机器人关节部位能实现柔性变形的 触觉分布式传感。 • Hidekuni等人利用硅IC的柔性变形技术设计 了具有压力、硬度和温度分布敏感的集成 式触觉传感器阵列。
• 这种机械手系统都是需要由视觉、灵巧操 作、运动、传感、导航及系统控制等电子 系统组成，要求比较高，价格也是相对的 比较昂贵。
康复治疗机器人研究现状
• 康复治疗机器人是康复医学和机器人技术 的完美结合，不再把机器人当作辅助患者 的工具，而是把机器人和计算机当作提高 临床康复效率的新型治疗工具。康复治疗 机器人在医疗实践上主要是用于恢复患者 肢体运动系统的功能。
相关研究课题举例
• 本上肢康复训练机器人用于中风偏瘫患者 的康复训练。 • 采用穿戴式外骨骼设计，由气动驱动。
• 该机器人既能直接准确地模拟手臂的各种 运动，又能利用患者的一侧健康手臂自主 运动信息直接驱动患者另一侧患肢作随动 康复运动。
步行康复训练机器人
六自由度上肢康复机器人机构设计及轨迹规划
编者按 在国家加快实施创新驱动发展战略的大背景下，“医工融合”“医工转化”已经成为医疗行业的研究热点。
康复机器人是医工融合的一个重要分支，其研究主要集中在康复机械手、智能轮椅、假肢和康复治疗机器人等几个方面，涉及康复医学、机器人学、人工智能、生物力学、机械学、材料学、计算机科学等诸多学科。
目前，康复机器人已被广泛应用于康复治疗、假肢和康复护理等领域，它可以代替治疗师为患者做长时间的、简单的重复运动，且能够保持相同的速度和力量，从而确保康复训练的舒适性和稳定性。
康复机器人主要适用于脑卒中、脑外伤、脑瘫等引起的肢体瘫痪以及肌腱或韧带断裂、脊髓损伤等运动创伤的早期康复训练等。
它作为一种新兴的康复辅助技术，不仅可以帮助康复患者进行更好的康复训练和治疗，还极大地提高了康复的效率和精度，从而使患者获得更好的康复效果。
未来的康复机器人将会朝着更加智能化、可穿戴化和远程化方向发展，助力康复治疗和医疗服务水平的不断提升。
本刊一直关注医工融合在康复治疗领域的新技术、新发展，本期从相关医疗机器人的研发设计、构型特点、技术要点、分类和功能原理等方面入手，策划了“医工融合与康复机器人专栏”，以期为各位专家、同仁共同探讨和促进医工融合与康复机器人的发展提供一个交流平台。
六自由度上肢康复机器人机构设计及轨迹规划张邦成，兰旭腾，刘帅，庞在祥（长春工业大学机电工程学院 吉林 长春 130012）摘 要本研究设计一款六自由度上肢康复机器人，机器人采用绳索驱动、串并联相结合的关节结构形式，能够牵引偏瘫患者的上肢实现多个关节且活动范围较大的康复运动训练。
针对上肢康复机器人机构适用性问题，基于运动学理论和D-H坐标系法建立上肢康复机器人本体D-H参数模型，根据空间坐标向量之间的平移、旋转关系，对运动序列建模分析，求解正运动学，通过封闭解法求解逆运动学。
基于运动学分析结果，提出五次多项式函数关节空间轨迹规划方法，对上肢提拉抬肘运动进行轨迹规划仿真，验证了康复运动过程中的运动能力。
上肢康复机器人的研究
上肢康复机器人的研究上肢康复机器人是一种能够辅助患者进行上肢康复训练的机器人系统，旨在帮助患者恢复手臂、肩膀等上肢肌肉功能，并提供康复过程的监测和评估。
随着近年来康复机器人技术的快速发展，上肢康复机器人在康复医学领域受到了越来越多的关注和研究。
上肢康复机器人主要通过模拟人体上肢运动的方式，向患者提供不同程度的力量、力矩支持和移动指导，以促进上肢肌肉的康复训练。
它可以帮助患者进行肌肉训练、关节活动、手握能力恢复等多个方面的康复训练，提高患者的活动能力和生活质量。
研究表明，上肢康复机器人与传统的人工物理治疗相比具有以下几个优势。
首先，机器人系统能够提供精确的控制和力矩支持，可以根据患者的康复进展进行动态调整，使训练更加个性化和有效。
其次，机器人可以重复进行康复训练，避免了传统治疗中医师助力的主观性和风险性，使康复训练更加安全和可靠。
此外，机器人系统还能够记录和存储患者的康复数据，为康复进程的评估和分析提供了有力的工具。
在上肢康复机器人的研究中，主要包括机械设计、控制算法和康复训练的评估等方面。
机械设计是研究的基础，主要涉及机器人的结构设计、传动系统、力传感器等方面。
控制算法是机器人运动实现的关键，通过实时监测患者的运动状态和力矩需求，控制机器人的运动和力矩输出。
康复训练的评估是判断机器人康复效果的重要指标，可以通过记录患者的运动范围、速度、精准度等数据，分析患者的康复情况并随时调整训练方案。
在机器人结构设计方面，研究者提出了多种不同的方案。
例如，可穿戴式机器人适用于重度偏瘫患者，其结构类似于肩关节外骨骼，可以通过电机和传感器实现对上肢运动的辅助和控制。
桌面式机器人适用于轻度至中度偏瘫患者，可通过桌面上的操纵杆或触摸屏进行操控。
另外，还有些机器人设计为具有可调节高度和角度等功能的移动式机器人，可以适应不同患者的需求和康复阶段。
在控制算法方面，研究者采用了多种方法来实现机器人的运动控制。
PID控制是一种常用的方法，可以根据患者的运动需求实现力矩的协调输出。
下肢康复机械手的创新设计
动力 系统可 以选 择直 流 电动 机 、液压 马 达 、 气 压 马达 、 内燃 机等 ， 于下 肢 机 械 手 是一 种 针对 下 由 肢体残 疾人 员 的特定 康复 器 械 ， 机械 手 的尺 寸重 对
康复的要求 ， 故不宜习 。 绸 ＿
推 拉 传 动 中 常用 的基 本 机 构 有 四种 ：凸轮 机
ｌ ６
维普资讯
现小腿 的摆 动这两个 执行 动作 ，用 单 一 的基 本 机构 如 曲柄 滑块机 构等 ， 是很难 实 现 的。 因
此 需要将 这些基 本机 构 ，恰 当地组 合 在一起 来 实现上 述要求 。 由于后一 执行 动 作 已决定 采 用曲柄 滑块机 构来执 行 ，所 以设 计任 务 又 压 缩 为 将 电 机 的 回转 运 动 转 变 为 滑 块 的 移
维普资讯
２ ０ 年 ０ 月 ０７ ６
无 锡商 业 职 业 技 术 学 院 学 报
Ｊ ｕ ｌ ｆＷｕ ｉ ｎ ｔ ｕ ｅ ｏ ｍｍｅ ｃ ｏ ｍａ ｘ Ｉ ｓ ｔ ｔ ｆ ｏ ｉ Ｃｏ ｒｅ
Ｊｎ ， ０ ７ ｕ ｅ ２０
Ｖｏ ． Ｎｏ３ １７ ．
双 向拉 动 功能 ， 到强迫 训 练小腿 摆 动的 目的 。 以 达
从 机构 运动学 出发 ， 拟将 小腿 与 大腿 之 间 的相 对摆 动模 拟 为 平 面 四连 杆机 构 中的 连架 杆 与 连杆 之 间 的相 对摆 动 ， 大腿模 拟 为 “ 活 动 的机 架 ” 将 可 ， 动力 从小 腿根部 输入 。即要 求机构 有将 电动 机输 出
构 、 旋 机构 、 杆 机构 、 螺 连 齿轮齿 条 机构 。 要满 足将
电动 机输 出的 回转运 动转 变为 移 动 ， 通过 移 动实 再
康复机器人机械手安全操作及保养规程
康复机器人机械手安全操作及保养规程前言随着科技的不断发展，医疗行业的康复机器人应用也在逐渐推广普及。
康复机器人是通过现代科技手段，为患者提供康复治疗方案的重要辅助工具。
其中，机械手是康复机器人中最重要的零部件，也是最容易出现操作不当和损坏的部件之一。
因此，为了保障患者和医护人员的安全，本文将详细介绍康复机器人机械手的安全操作及保养规程。
机械手安全操作规程康复机器人机械手是一个复杂的机械系统，需要严格的安全操作程序，以下是一些基本的机械手安全操作规程：1. 操作前的准备：在机械手开始运转之前，需要进行以下操作：•确保所有部件都牢固地安装好，并处于正确的位置。
•检查机械手所连接的电缆，并确保无任何破损或损坏。
•验证机械手的各种设置是否正确，包括工作模式、工作速度、工作范围等。
2. 操作期间的安全注意事项：在机械手工作过程中，需要注意以下事项：•禁止任何人员站在机械手附近，防止被机械手误伤。
•不得在机械手上放置任何障碍物，以免干扰其正常工作。
•禁止将手、脚或其他身体部位伸进机械手运动范围内，以免造成伤害。
3. 操作结束后的后续处理：当机械手工作完成后，需要进行以下处理：•关闭机械手电源，并将所有的电缆和配件拆除。
•将机械手部件逐一进行拆卸和清洗，并进行擦拭和保养。
•存储机械手零部件时，需要进行防潮和防尘的措施，以保证下次使用正常运转。
机械手保养规程机械手的保养是保障其长期工作稳定的重要措施，以下是一些基本的机械手保养规程：1. 外部保养：机械手表面的保养工作主要是清洗和防护。
在清洗机械手表面时，需要避免使用过度的化学品或水分，并使用专门的清洁剂进行清洗。
在完成清洗后，需要使用防水防尘罩或塑料袋将其封装好，以保持机械手表面的清洁和干燥。
2. 内部保养：机械手内部保养主要是定期更换零部件和润滑。
当机械手使用时间增长时，需要进行定期的检查和更换部件，以保持机械手的稳定运行并延长寿命。
冬季或气温较低时，需要注意对机械手内部的液压系统进行防冻措施，同时需要对机械手润滑系统的油进行更替和加注等工作。
格美手功能康复机器人说明书
格美手功能康复机器人说明书主要性能指标：
1、表面应平整光滑、无明显划痕、破损、变形、锋棱、毛刺等缺陷。
各控制机构灵活可靠，紧固件无松动。
减重绑带缝制均匀、无漏线、毛边。
减重支架升降部位、调节部位应灵活可靠，无阻滞现象。
2、肩关节内收角度调节范围：0°到90°，允差±5%，外展活动度测量范围为0°到180°，允差±5%。
3、肩关节前屈活动度测量范围为45°到135°，允差±5%。
4、肘关节屈曲活动度测量范围为0°到180°，允差±5%。
5、尺桡关节活动度测量范围为旋前0°到90°，旋后0°到90°。
允差±5%。
6、患者左右手握力进行测量，测量范围为0kgf到10kgf。
7、具有低、中、高三种训练难度、单个关节或多关节复合训练、一维二维和三维情景训练等康复训练功能。
8、具有上肢减重、训练手臂尺寸调节、训练手臂移动范围限制功能。
9、软件具有患者基本信息、测量及训练结果的显示、记录及打印功能。
10、噪音≤55dB(A)。
手功能康复机器人
手功能康复机器人手功能康复机器人人的手是重要的工具，它可以完成各种复杂的动作，包括握握物品、按压开关、写字、弹奏乐器等等。
然而，由于一些疾病或外伤，人的手功能可能会受到损伤，导致手部活动能力降低。
为了帮助这些患者恢复手部功能，手功能康复机器人应运而生。
手功能康复机器人是一种可以模拟人手动作、提供力量训练的机器人设备。
它由机械臂、传感器、控制系统等部分组成，可以通过与患者手部接触，对受损手部进行训练和康复。
首先，手功能康复机器人可以通过模拟正常手部动作，帮助患者恢复手部活动的能力。
例如，患者在机器人的辅助下，可以进行握物、弯曲、伸展等动作，通过反复训练，逐渐恢复手部功能。
机器人还可以提供实时反馈，帮助患者准确控制手部动作，最大限度地促进康复效果。
其次，手功能康复机器人还可以提供力量训练，增强患者手部肌肉的力量。
通过机器人的辅助力量，患者可以进行适度的负荷训练，促进肌肉的生长和恢复。
同时，机器人可以记录患者的力量训练数据，进行评估和调整，确保训练的科学性和有效性。
除了康复功能，手功能康复机器人还具有人性化的设计和智能化的交互。
机器人的外观和质料经过精心设计，使患者在使用过程中感到舒适和温暖。
智能化的交互系统可以根据患者的特殊需求进行调整，帮助患者更好地进行康复训练。
在使用手功能康复机器人的过程中，需要有专业的医护人员全程指导和监督。
他们可以根据患者的康复情况和需要，制定个性化的康复计划，并进行定期的评估和调整，确保康复效果最大化。
手功能康复机器人的出现，不仅极大地方便了患者的康复训练，也提升了康复效果和效率。
尤其对于手功能受损的患者来说，机器人辅助康复能够提供更加细致、专业的治疗手段，促进康复的进程。
然而，手功能康复机器人还需要不断完善和改进。
未来，我们可以利用先进的技术如人工智能、虚拟现实等，提升机器人的智能化和交互性。
同时，也需要与临床医生和康复科研人员紧密合作，不断优化康复方案，使康复机器人在康复领域发挥更大的作用。
柔顺外骨骼康复机械手的研究现状
图 ３ Ｍｏｒｏｍｕｇｉ”
１．１ 电机 动 型 Ｉ 机埘 动的柔 顺外骨骼 康复机 械手 的 ｌ 作 原 丰要 是
Ｕ机通过传动机构带 动机械手指结构 弯ｆ｝｝ｆ 仲胱 ．从而带 动 川 ｒ 进 ｉ 手指 抓 握 运 动 一电 机 动 型 的 优 点 在 于 电 机 体 积 小 ，动 力大 ，操作 简便 ，响应速度快 ，并且宜 于微机控带ｌＪ，适 合 隶 顺 外 骨 骼 康 复 机 械 于 的 驱 动 控 制 电 机 驱 动 柔 ＪＪ『哽 外骨骼康 复机械 手的 柔顺 手部分 主要是 采用柔顺 于套或 扦 柔 顺 仟 构 成 ．如 美 Ｉ玉Ｉ伍 斯 特 理 学 院 Ｎｙｃｚ等 ” 采 川 的是 柔 顺 什结 构（ ２），日小 长崎大学 Ｍｏｒｏｍｕｇｉ等 采Ｈ】的就是 柔 顺 结 构（Ｉ ３） 电机驱动型的传动机构 主要是 采用绳索 传 动 ，绳 索连 接电机 柔顺 手部分 ，通过 电机带动绳 索的 仲 缩 从 带 动柔顺手的弯 附Ｉ和伸展 ，如 ＰｏｐｏｖＩ“ 和 Ｇａｕｔｈｉｅｒ等…】 研制 的柔顺 外骨骼ｒ求复机械手
复合式康复机械手设计
２ １ 开关量控 制 和遥控 ．
开 关量控 制 和 遥控 主要 用 于 家庭 使 用 ． 关 开 量 控制 是 由 ４个 ２ 的霍尔 开关 、 ２ ４Ｖ ８个 ４Ｖ的继
收 稿 日期 ： １—８３ ２ ０ —０ ０１
作者简 介 ： 张杰 （９ ３一）男 ， １８ ， 助教 ， 硕士研究生 ， 主要 从事康复机器人方面的研 究
电器再 控 制 电磁 铁 １使 其气 缸 １的 上腔 进 气 ， 手
臂完 成 向左摆 动 ． 手臂 走 到终 点位 置后 ， 尔开 关 霍
５动 作 控制 电磁 阀 ２动 作 ， 其 气 缸 １的下 腔 进 使 气， 实现 手臂 的换 向 ． 此后再 分 别 由霍 尔开关 １和 ２控 制 电磁 铁 ｌ和 ２来 实 现 手 臂 机 构 的循 环 往 复 运动 ， 带动 手臂 的 不断 的往 复运 动． 来
独实现小臂 、 掌的曲张运动 又可实现小臂 、 手 手掌 的联 动 ； 过样 机试验 ， 证 了该 康复 机械 手的基本 功 通 验
能 ， 为手臂运 动功 能障碍患者提供有效 的康 复训练 ． 可
关键词 ：机械 手 ； 齐次变换矩阵 ； 康复训练
文献标识码 ： Ａ
０ 引 言
康 复机械 手是 源于 工业机 械 手和 医用机 械手 的结 合 ， 依据 于人 体康 复 医学 理 论 而 逐 步发 展 再
图 １ 气 动 复合 式 康 复 机 械 手 的结 构 图
１ 机械 手 结构
机械 手 由手 臂 和手 掌 机 构 、 撑机 构 和气 体 支
驱动 机构 所组 成 ． 主要 特 点 是 将 手臂 和手 掌 两 其
２ 机 械 手 控 制 系统
该 机械手 的控 制 系统 设 计 考 虑 了家 用 、 院 医 用 和康 复 中心使用 等情 况 ， 用 了三种控 制方 式 ， 采 即开关 量控制 、 控控制 和计 算机 控制 ． 遥 总控 制框