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作者：

李梁京

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摘要：

康复工程学是生物医学工程学中的一个新的重要分支学科,将外骨骼机器人应用于康复医学是最近几年来康复医学的一个重要研究分支。其中外附骨骼机械手系统是外骨骼康复机器人当中的一个组成部分,它是根据人手的各种运动特征设计的,将其穿戴于手部生理机能丧失或者障碍的患者手上,可以辅助患者完成各种难以完成的动作。 本文研究的外附骨骼机械手系统是在参考以往各种外骨骼机械手以及康复医学理论基础上,设计一只能够帮助患者抓起一个水杯并能完成喝水动作的外骨骼机械手。以往应用于康复医学中的外骨骼机械手系统的研究,主要致力于辅助患者完成手部运动,如张开和握紧,以达到活动手部肌肉,完成康复的目的。本文在本外骨骼机械手的设计中,加入了一个完成抓起水杯的动作,使机械手在达到恢复手部肌肉生理机能的目的同时还能够完成简单的日常动作。本文主要研究内容包括: 第一,基于Pro-E完成了外骨骼机械手机械结构部分的设计。并针对外骨骼机械手辅助人手完成抓起水杯动作的设计目的,以及人手的尺寸等实际情况,对外骨骼机械手系统的尺寸进行了优化。 第二,选用了气缸驱动作为机械手的主要驱动,打破了外骨骼机器人中对电机驱动和人工肌肉驱动的依赖。 第三,对外骨骼手系统的运动进行了运动学分析。针对本外骨骼机械手抓握水杯的设计目的,对其进行了正向和逆向的位姿分析,通过一系列的位姿矩阵方程获得了气缸推杆与机械手终端的位姿关系,为二指型机械手设计的尺寸综合提供了依据。 最后,基于Ansys对其中的重要零件的应力以及变形进行了相应的有限元分析。通过分析,确定外骨骼机械手的制造材料和机械结构满足设计要求。

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关键词：

外骨骼 机械手 有限元 康复机器人 Exoskeleton Manipulator Finite element Rehabilitation robot

DOI：

CNKI:CDMD:2.1012.303067