人體手部康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人機(jī)構(gòu)的研究與分析.pdf

1、本文基于人手生物學(xué)特性和機(jī)器人理論，建立了分別應(yīng)用于拇指和食指的單指康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人機(jī)構(gòu)，對拇指和食指的單指康復(fù)訓(xùn)練機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)進(jìn)行了分析，并對其工作空間和運(yùn)動仿真等問題進(jìn)行了研究。
　　分析了人體手部的生物學(xué)結(jié)構(gòu)，主要包括人體手指各關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)、各指節(jié)尺寸，論述了手指各關(guān)節(jié)的功能運(yùn)動參數(shù)，并以此為基礎(chǔ)提出建立人體手部康復(fù)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的性能要求和方案，即6旋轉(zhuǎn)自由度拇指康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人機(jī)構(gòu)和3旋轉(zhuǎn)自由度食指康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人機(jī)構(gòu)。根據(jù)中國成年

2、人人體手部各關(guān)節(jié)和各指骨的平均尺寸，計(jì)算拇指和食指康復(fù)機(jī)構(gòu)的理論尺寸，采用UG軟件分別建立拇指和食指康復(fù)訓(xùn)練機(jī)構(gòu)的單指虛擬模型。
　　針對拇指康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人機(jī)構(gòu)的單指模型，采用D-H參數(shù)法求解其正運(yùn)動學(xué)，采用反變化法即代數(shù)法求其運(yùn)動學(xué)逆解，采用微分變換法求其速度雅克比矩陣和加速度。針對食指康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人機(jī)構(gòu)的單指模型，采用閉環(huán)矢量法和坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)變換法求解其運(yùn)動學(xué)正解和運(yùn)動學(xué)逆解，采用微分變化法求解其速度和加速度。
　　基于對拇

3、指和食指康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析，采用Matlab軟件編程分別計(jì)算拇指和食指康復(fù)機(jī)構(gòu)的工作空間。分析其工作空間發(fā)現(xiàn)該拇指和食指康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人機(jī)構(gòu)的運(yùn)動區(qū)間在人體拇指和食指運(yùn)動范圍內(nèi)，為拇指和食指康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)仿真分析奠定了基礎(chǔ)。
　　對拇指和食指康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人機(jī)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動學(xué)仿真分析，提出了分別針對拇指和食指的幾種簡單的康復(fù)訓(xùn)練模式，采用UG軟件仿真出拇指指尖和食指指尖的位移曲線、速度和加速度曲線，追蹤拇指和食指指