基于磁流变液的力反馈手指康复机器人设计

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近些年来,研究者们将基于力反馈技术的康复机器人引入到手指康复领域,辅助偏瘫患者手指运动功能的康复,并且在临床上取得了非常好的效果。  本文首先介绍了基于力反馈技术的手指康复训练机器人的研究背景及意义,并结合国内外的研究现状分析了手指康复训练中力反馈驱动装置的缺陷,从而确定采用新型磁流变技术来实现力反馈驱动装置。  然后,本文在研究分析偏瘫康复理论的基础上,确定了手指康复机器人的设计目标。在具体实现过程中,本文主要进行了以下研究工作:(1)依据手指的生物学特性和运动特点,同时结合手指康复内容的需求,设计了能够辅助拇指、食指和中指完成抓握和伸展运动的机械本体,并完成驱动传感器装置的选型和设计;(2)完成了基于ARM的控制系统硬件电路的设计与调试工作,在下位机软件设计时采用分层设计思想,便于后续程序的设计与复用;(3)通过USB通信接口与上位机人机交互界面进行通信,保证了数据传输的速率和准确性;(4)研究了基于磁流变液的被动力反馈实现机理和主被动混合驱动力反馈控制方法,并结合趣味游戏将这两种力反馈方法应用到手指交互训练模式的具体实现中,不仅提高了病人康复训练的积极主动性,而且在临床上也起到了很好的康复训练效果。  最后,本文对手指康复机器人系统进行了实验研究,验证了基于磁流变液的力反馈控制方法在康复训练模式实现中的可靠性、安全性以及有效性。
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