康复机器人的设计（含CAD图纸和三维图纸）

编号： 毕业设计(论文)外文翻译（译文）学 院：专 业：学生姓名：学 号：指导教师单位：姓 名：职 称：六自由度上肢康复仪器摘要：新的训练方法和练习使上肢康复机器人的虚拟现实技术应用成为可能。该技术可以定量评价和提高效果的稳定性。本文涉及的 6 自由度康复机急诊驱动器的发展，其包括上肢及手腕的使用。指数条款，康复体系，上肢康复，腕关节康复机器人，ER 驱动器一 介绍上肢的运动,如饮食和操作电器非常的复杂、多样且必不可少的日常活动。因此, 养老是重要的问题，锻炼身体以保持他们的上肢功能。此外,还有很多许多造成中风，瘫痪的病人的 例如，在日本每年两百五十万元人都有中风，其中不少是瘫痪。人类的大脑有着一个非凡能力及可塑性程度（自组织） ，学习能力，开放的运动康复的可能性。因此，神经康复中风患者是有效的。物理治疗包括一对一的互动帮助和鼓励患者通过重复练习治疗。机器人治疗师消除了不必要的消耗，定量治疗及监测病人的进展，并确保规划治疗方案的一致性。社会中老龄化比例近年来呈现增长的趋势，他们的身体每况愈下已成为许多国家的社会问题。早期发现他们身体功能恶化，所以要减少老年人的长期卧床而且还要保障护理以及足够的康复训练，这也需要全社会老年人积极参与。使用适用于机器人技术、虚拟现实设备，运用新的训练方法使康复变得可能。定量反馈一台计算机可以提高定性的评估训练培训效果。因此,一些康复上肢系统发展运用这些技术然而,他们中的大多数人申请培训二维平面，但是许多日常生活的动作,都要在一个手臂垂直的方向上移动。因此,使用系统 s 练习似乎为此类培训更有效果。虽然 M 使用彪马-560 方式 IME 系统和斯坦福大学能能有三个层面的训练,美洲狮机器人最早使用起源于 560 年工业,残疾人年龄也可能不能保持足够的安全培训这项工作是在经济上支持新能源及产业技术，贸易部和日本的产业组织发展等人大阪大学开发了两种类型的 2 自由度显示系统，使用 ER 驱动器4 56，并已进行了上肢临床康复的试验 6。在这些系统中，雌激素受体驱动器确保可以机械安全。然后，大阪大学及旭化成集团加入 NEDO 技术开发机构项目5 年，并在此基础上制定了的 3-D 上肢康复器具知识5。然后，兵库医科大学进行了临床评价。在 5 年 NEDO 技术开发机构开发康复项目的系统，手腕的康复驱动机的驱动器和自由旋转。因此，适当的上肢手腕康复包括在内的无法达到的。克雷布斯，等。麻省理工学院开发的机器人手腕8，然后已开发的系统，包括一个 5 自由度康复麻省理工学院马努斯手腕机器人9。在本文中，我们提出一个六自由度的发展趋势，包括上肢手腕使用，在这个项目中康复机的 ER 执行器将会实际应用到下一代机器人上。2005 年国际博览会在日本的爱知县举行，届时这台机器将被展出。图 1 电流变传动器的概念图图 2 多圆柱型的 ER 执行器输出双旋转方向扭矩 图 3 多圆柱型的 ER 离合器电流变流体是一种流体，其流变特性可以通过施加电场改变10。图 1 所示ER 流体驱动器的概念图。 “ER 执行器是由一个 ER 离合器，驱动电机和减少齿轮单元组成的。电机的转速保持恒定。由外加电场控制的 ER 执行器的扭矩的输出。截面图的电流变传动器可给予在扭矩方向上的输出。输入旋转零件图（第一部分和第二部分）拥有圆筒结构。输入旋转部分由一个电动机通过齿轮顺时针旋转，输入第二部分是通过同一系列电机齿轮逆时针旋转。输入扭矩传递是通过输出轴旋转的充满颗粒型电流变流体圆柱部分的旋转圆筒。两输入轴和输出轴缸作为电极，输出扭矩是由电气控制电极之间的应用。该输出轴是由铝合金气缸以降低转动惯量。图 3 显示离合器圆柱结构。使用 ER 流体的执行机构是有效的人机共存，上肢康复系统和机电一体化系统一样4。图 4 显示了一个概念图人机共存，ER 流体的执行机构使用机电一体化（HMCM）的系统。人机共存是 ER 执行器在应用程序的优点，机电一体化（HMCM）的系统从操作的特点：（A）由于 ER 执行器具有良好的驱动器，驾驶性能背面，所以操作者可以很容易地从它的运作机电一体化系统。（B）操作其最终的效应就是机电一体化系统，HMCM 系统可以使输入气缸的转速快速移动到 ER 流体的执行机构二 从系统表现显示（一）快速部队响应特性源于对 ER 驱动器的低惯性属性及快速电流变流体的响应，充分的介绍高保真的可能。（二）可以安全地实现部队显示系统能力的介绍图 7 被动显示系统 图 8 康复仿真图 9 手动控制仿真 图 10 图 1 原型图 11 运动链接 2图 12 运动链接 3三 利用电流变液康复和显示系统古庄重点实验室大阪大学自 1993 就已经发展康复系统和显示系统 ER 执行器的使用图 5 显示了二自由度康复系统，在试图中展现了 ER 流体的执行机构。康复培训系统主要是安装在一个医院测试目的。13 例自愿参加多个上肢的物理性能实验评价和康复训练患者由于脊髓受损或堵塞大脑动脉手臂麻痹。图 6 显示了二自由度康复系统，应用 ER 流体的执行机构的展示。图 7 显示了一个被动的力，使用 ER 制动器14。使用刹车呈现阻力，被动的力显示运营商的力量是相当安全1415。古庄实验研究室被动恢复上肢显示图 8 显示了上肢康复系统使用 ER 驱动器 3-D 展示 7。NEDO 技术开发机构开发 EMUL 项目 5 年，并为中风患者使用评估 16，Motricity 公司指数17，现阶段18在临床试验中。好结果获得的评价。三自由度康复系统不能包括实现上肢手腕康复，自由旋转手腕所示图 9。因此，我们开发了 6 自由度机器使用 ER 执行机构，为明年新一代机器人的实际中得以应用。在本章中我们提出的发展第一样机采用伺服电机。图 10 显示了第一样机的图纸，本机制的原型如下。1）手臂部分具有 2 自由度，水平旋转和垂直运动。图 13 手腕部和第一原型的链接 3图 14 链接 3 的侧视图2）执行器及皮带滑轮减少了系统的手臂运动，以减少惯性运动部件。垂直旋转部分采用并行链路机制组成的链接 2（1）链接 2（2）如图。 10。这使得在所有的反平衡重量的重力效应补偿（见图 11） 。3）链接-3 通过水平面的空间连杆机构驱动旋转如图 12 所示4）手腕的执行器安装在腕关节链接 1 上，以减少运动部件的惯性。电机的力矩传输 使用的手腕万向节，传动轴和导线的滑轮系统（见图 13） 。5）图 14 显示了手腕线滑轮系统。图 15 分别显示侧倾，俯仰，偏航，电线的途径。6）手腕的横摇导致“A”部分和“B”的部分之间相对转动如图 14 所示。导致此相对转动，为驾驶电线，俯仰和偏航扭曲运动 在图 16 所示。为了减少线长度的变化引起的本卷的异议，这些电线都尽可能放在轴的附近。四 六自由度康复机图 17 显示康复机的照片。该系统由 ER 驱动器驱动。图 18 显示驱动器手臂运动的手柄和手腕机制被改为悬臂式，从两方支持型。图 19 显示了手柄和手腕机制的抓地力。图 20 显示总系统的图片。重力是悬臂式握柄必要的组成，如图21 所示。何时我们采取这样的机制，体重靠近手柄增加，并表现为力量和显示系统安全性是人机共存系统的安全性能变质的。所以，我们把重量的平衡，在急诊室器盒，如图 22 所示。我们正在开发上肢康复训练软件，包括手腕的灵巧需要。图 23，图 24 和图 25 显示了培训软件的一部分。图 22 重量平衡的安排 图 23 虚拟撞击图 24 虚拟浇洒器 图 25 虚拟擦五 对安全的考虑一个上肢康复系统具有很大的工作区域，可以被视为一种机器人。在这样一种人机共存的系统中，操作员必须接触或接近机器人，从而确保系统的安全是必要的，使机器人能够操作者更安全19。在工业机器人中，操作员可以不访问避免危险条件除教学机器人。图 26 显示了人机共存结构安全的机器人。ER 的驱动器有以下安全优缺点。（一）ER 的驱动器的输出轴的最大行驶速度 由输入轴的转速对 ER 离合器限制。因此，当转速输入轴缓慢，HMCM 系统保证 ER 驱动器运营商的安全。（二）输出部分的惯性，可以做得非常小。因此，在意外事故的情况下， ，可以减少冲击力执行机构的惯性由于人机共存的国际安全标准尚未建立，我们没有别的选择 除了 ISO 标准和国内标准使用机器的工作接近人类（见表一） 。发达国家康复系统可以保证这些参数标准，我国对 ER 驱动器的使用和机械设计如下：1（一）和（二）表是比较理想转速制定下气体的运动情况2（三）一只 60 瓦电机驱动器输入旋转缸满足使用的要求。3 设计风险减少，从而实现了每个关节机械限制，机械重力补偿和使用的驱动器。图 26 为确保人机结构安全第六 结论我们已经制定了一个 6 自由度上肢康复机 包括手腕如下。1）第一个原型机采用伺服电机作为原动力从而使整个系统能够在控制中进行康复运动。表 1 国际，国内安全标准2）六自由度康复机主要包括使用 ER 驱动器以及在手腕和四肢已开发的基础上从样机的开发获得的知识。3）我们正在制定康复上层软件目前包括手腕和四肢。编号： 毕业设计(论文)外文翻译（译文）学 院：专 业：学生姓名：学 号：指导教师单位：姓 名：职 称：骨骼机器人摘要：一个可穿戴式骨骼康复机器人，方便灵巧，他是一种可以协助技术工人新概念产品。斯基尔机器人是由伺服机制的触觉设备（触觉或滑动传感器/显示器）构成的，所以它可以按照人的行为运动。外骨骼机器人可以为在危险环境中工作的人提供合适空间或技术，在海上该项目建立了一个原型模型的可穿戴式机器人，其中包括一个上身组件，一对武器及手套。一 介绍一个舱外活动（伊娃）的机器人，航天飞机进行一些重要太空计划的任务时机器人对整个经过都是很有效的，对于那些正在开发或实验的伊娃机器人为今后的伊娃任务。而在未来一些伊娃机器人的任务将增加，有存在宇航员不可避免的任务的。宇航员在危险的环境中需要宇航服保护自己，如真空，超低温度，微流星等等，因为，空间诉讼是在 1 /3 的大气压力，西服面料通过空间的张力会变得僵硬。而且，厚织物抑制宇航员从遥感对象处理。主要的问题是所造成的太空服。（一）手和肩膀的疲劳。 （二）缺失手指。 （三）限制范围的定义。研究和发展的首要问题，特别是手指，手掌，指关节的疲劳（CP） ，已为助力手套。实验结果表明，这些发展助力手套可以减少指关节力矩，但这些发展并没有处理在指尖的力矩，这是必要的技术工作。为了解决这些问题，作者提出了一个新的概念， “社会伙伴” ，熟练工人穿戴外骨骼机。斯基尔伴侣概念不仅是宇航员，然而在危险环境中的熟练工人也可以。在本文中，斯基尔队友的概念及其应用介绍，然后原型开发的太空服概述。二 功能伙伴技术伙伴是一个当人体穿着它可以移动的机器或设备总称。并且它是一个被动的器材，具有在人类知识的操作系统自动智能响应。技术伙伴的功能如下。（1）由佩戴外骨骼机器人如果他在危险的环境中要完成不可避免的工作专家。通常，工作的人在危险的环境需要保护的措施，例如，空间适合在轨道或干燥的衣服。而且，这些衣服限制人的运动和增加疲劳。斯基尔搭档使人减少肌肉拉伤而为他工作。（2）外骨骼结构包围的人的身体，人们可以没有任何限制的运动，或者是从事自己的工作。此外，触觉受体或传感器应安装在人机接口的位置上，主要目的是为提高工作效率。因此，当穿上它时看起来就像一个拟人机器人。（3）它是一种伴随响应的运动。它必须足够快的响应工人没有穿技巧伴侣或感觉附滋扰的行动，支持他的技能好像他是最理想的情况下为他工作。而且，作为一个可选的功能，它是一个外骨骼壳防止工人受到危险。工人在危险的环境将得到好处就像是队友的保护壳。斯基尔伴侣可能是的工人工作在在高水压条件环境下不可避免的工作服，暴露低温辐射。保护壳很厚会使人体运动缓慢，像一个很厚的套装，动力伴侣会弥补它的质量，惯性和刚度的伺服系统。穿着技巧伴侣是感觉没有穿衣服或没有工作适合所有。三 斯基尔搭档伊娃十一月 1997，日本宇航员土井博士上了“哥伦比亚”航天飞机。戴太空服装出舱活动，他（伊娃）2 倍。第一个活动是捕获的手柄斯巴达的卫星。二是摆放和康复机器人相机和伊娃总活动时间超过 12 小时。 （图 1）图 1 伊娃（日本宇航员土井博士）日本宇宙开发事业团的照片作者讨论了土井博士使用伊娃的经验。穿宇航服的问题如下： 11（1）手部疲劳：太空服手套因为加压变得僵硬，1 /3 的气氛和宇航员需要更多的手指力量克服刚度。伊娃的任务包括更频繁把握运动，例如，抓扶手移动自己，把握手工具。他还提到主要拇指，食指及中手指被用来抓运动。（2）手指是一个困难、复杂和敏感的任务：太空服手套指尖部位覆盖有橡胶和这并没有界面滑移。他执行这类任务主要由他的视力不是他的意义上的手指。（3）限制的动作：空间有一个轴承套关节的肩膀和肩膀的运动是没有如果沿轴承关节，肩肌肉疲劳。如果有两只轴承关节在肩，这问题会得到改善。而且，他补充说，腰和髋关节弯曲是最困难的，这让他很难看到在他的胸部的开关。通过以上讨论，应用技巧搭档的太空服将有以下特点。（一）技术改善了由于加压而使得航天服关节僵硬。斯基尔搭档也检测到航天员的运动伺服系统机制。（二）技术检测/显示队友力，压力和支路意义在指尖，使宇航员完成的复杂和敏感的任务。四 原型模型开发的原型模式开始的时候是在 1998 的夏季。我们集中在硬件设计和组件上。本节显示我们的项目状态的原型开发。人的肌肉执行机构已被采用为一执行器的伴侣。致动器主要优势包括：（1）伺服电机比电磁电动机较大传动比。（2）主要特征是类似人类肌肉的致动器 。原型执行器的能力，如图 2 所示，8 毫米（5/ 16 英寸）直径 150 毫米（5.9英寸）长产生超过 200n 在 400kpa（58 磅） 。力测量器，如图 3 所示。从测量。新型的驱动器，如下所示。图 2 麦吉人工肌肉皮肤伴侣图 3 执行器的输出图 4 肘关节与人工肌肉肘关节原型肘关节由人工肌肉执行器和一个增量式编码器（图 4） 。执行器是放置在肌腱肘部关节和产生力矩的关节部位。气动调节器与微机控制致动器。重量是 3768。这已模糊控制的基本数据采集。实验结果控制不负载显示图 5。触觉传感器（压敏导电橡胶）是要连接到检测人体运动。图 5 肘关节位置控制的例子图 6 肘关节与气动缸腕关节也被设计以及建造。腕关节的自由度主要包括滚转和俯仰。组成部分的联合是几乎一样的弯头接头。腕关节已经组装的肘关节后关节进行测试和改进计划。 手指关节显示在图 7 和图 8。本手指关节是由拇指，指向手指和中指。手指指向和中指有两自由度。拇指三是中央的部分（腕） ，微通道板和最低端部的（趾）关节。小型气动缸驱动各关节。气动缸产生弯曲力的手指延长部队所产生的被动的线圈弹簧。人工肌肉驱动器要连接到手套的扩展力如果弹簧的力量是不够的。压敏导电橡胶连接到指尖测力之间的手指和手套。感应位置传感器被连接到测量手指关节角。图 7 原型手套 图 8 手指关节没有手套未来的工作下一步的原型开发组装手指，手腕关节和肘关节而且。触觉设备计划把手指。项目目标的伴侣的项目是开发一个原型外骨骼机械宇航服。原型模型将包括一个上身组装，以及对武器手套。此原型模式将被放置在压力服装隔热层。武器的原型有肩关节，肘关节和腕关节。每个关节是由气动执行器构件，可以感受角度。触觉传感器附在人体运动检测，使机器可以按照宇航员的运动而运动。因为原型模型始终是连接到人类的身体上，阻抗控制将是适当的人机合作的。力扭矩传感器将需要之间手腕和手套实现阻抗控制。结构的手套本身之间的接口和宇航员的手和手套将研究和精心设计。如触觉或触觉装置滑动传感器和显示器将需要完成的任务。5 应用工程如今， “工业化”和“先进”的建设系统更受欢迎，在世界和在日本。这些系统短期实现有效的生产和较少的人力，为建筑行业引起了较好营业利润。主要工作是由机器监督建设由一个高性能的信息网络很多计算机。自动化系统和机器人参加在建筑工地。降低劳动成本的网站建设使更多的商业利润。在这样的建筑工地。工人将一个建筑系统部件如机经营者，或一个智能交通设备，或灵活的处理机器。现代先进建筑系统，如自动和机器人建筑系统，移植的高级技能从人类的工人。虽然许多自动化系统的开发和建设工作的实际使用，人参与建设工作是不可避免的。原因如下：（1）在一个工地有数以百计的任务运用自动化系统来完成每一个任务。这是不实现的， （2）各施工现场有不同的条件，其中从结构设计，环境的网站等等因素考虑；因此，一个特定的自动化系统并不一定适用于其他网站建设。（3）一些人的技术没有在自动化系统中实现。当然，有一些任务自动化系统不能做到。应用技巧队友的建设工作网站一种解决人机合作。技巧伴侣有能力让工人来完成各种任务的。这样的需求是必要的。六 结论介绍一个概念技能伴侣及伊娃外骨骼机器人的我应用。而且还介绍了原型模型太空服发展现状的的概述。原型开发组装的肩膀，肘，手腕，和手套的第一个目标。今后的工作包括触觉设备的发展和阻抗控制的接头编号： 毕业设计(论文)外文翻译（译文）学 院：专 业：学生姓名：学 号：指导教师单位：姓 名：职 称：设计研发一种对手部康复便携式外骨骼机器摘要-人类的手很容易受伤。物理康复治疗后,总是需要一个很长的手部恢复时间,疗效恶化、社会和金融困难都与身体的退化会产生影响。CPM机是一种基于治理机制的理论持续被动运动机器。改善康复结果和验证理论，我们已经开发出一种便携式外骨骼机。该装置非常容易连接以及调整来适应不同大小的手。在手指做屈伸运动的时候机器可以向手指指骨施加垂直力。它可以精确控制在范围以内还可以控制手指的移动速度。最后基于它的机械结构、运动学仿真和验证等，运动学仿真和动态模拟可以做出来。一 介绍手部损害的发生率有戏剧性的上升趋势。近年来，超过20%至40%急诊病例的外科手术和创伤骨科手的案件。这些案例大多数,造成手臂或手掌失去运动能力。对于手的治疗是一种非常重要的,因为在手中有很多小块的肌肉。所以治理受伤的手是一个很艰巨的事情,时间会很长,康复训练对手功能恢复很有效。损伤的手可能导致的社会经济困难，然而严重会引起的生理及情绪恶化。在康复训练过程中，现在有三大类方法治疗手运动功能障碍。一个是物理疗法,二是通过运动或利用弹性支撑做被动运动。第三个方法事恢复受伤神经,舒缓压力,移植健全的肌肉和肌腱。近年来,随着科技不断的发展被动运动(CPM)，外骨骼肌以此为基础康复理论已广泛应用于临床实践。市场中有各种类型的CPM机，不仅针对大关节功能训练，如手腕，肘关节和踝关节，也用于小关节等康复。然而，这些机器的大多数运动都是有限制的，驱动的自由程度和不集成传感器等。他们不能做内收外展运动和一些灵巧的动作功能锻炼。也康复治疗CPM机还停留在经验论水平上。没有确切的科学数据可以证明其疗效。所以综合以上的原因,提出一种新型的CPM机是迫切需要的的发展的,他不仅能够为您提供手功能的康复，还提供了一种定量检测的和评价的手功能恢复的方法。迄今为止,大多数外骨骼手在主从使用系统上建立了触觉接口。CyberGrasp是一种用于商业上产品投入,它对弯曲的五个指尖力量有反馈作用。东京大学的科学家们在遥远尽头可以通过一个电缆传递外骨骼信息并在其涵盖工作区范围内操控手指。外骨骼有一个邂逅型力反馈功能，它可使无约束使用者的手指在自然接触的感觉下运动。有一个问题，开发的虚拟现实施加在手指指骨的手外骨骼的力，往往在一个方向施加，但康复治疗的必须是双向运动。有时候，在康复治疗移动手指关节力太小。罗格斯大学硕士应用气动活塞驱动外骨骼可以发挥对在4指尖屈反馈作用 。它的研究适用于康复中风病人。另一个外骨骼声控设备是由卡内基 - 梅隆大学科学家开发研究 ，根据使用者的手指力由气动活塞提供辅助。最近一个新的外骨骼手由滑轮和一个连杆机构组成，该器件可提供耦合的活动自由度倾角，画中画弯曲/伸展和积极的自由度微通道板弯曲/伸展的手指。索尔福德大学在互动虚拟环境中已研制出一种基于外骨骼系统的物理和职业治疗手。外骨骼可以支持四个自由度，霍尔传感器附着在每一个杠杆来衡量的角度手指关节。每个手指可以自由实现双向运动。介绍了他的精确，可重复的手指运动及力测量，交互性，潜力巨大运动分类和统计登记和评估。垂直于手指指骨，在完成屈伸运动，所有上面介绍的外骨骼机都不能发挥作用。因此一个错误的方向上用力去推或拉人体关节将使受伤关节的情况更糟。该装置文献8中提出的设备是在本文介绍的类似的外骨骼手。正如作者所知道的，这是在触觉交互与虚拟现实应用应用程序，但达不到康复的目的。本文内容如下：第二节提出CPM机的设计目标和要求。第三节介绍了机械施工设备。对CPM机的运动验证进行了讨论。最后的结论，当前工作和未来可能的改进。二 设计的目标和要求我们的目标和CPM机器的要求设计如下：适合手尺寸的变化在完整的屈伸运动中，对手指指骨施加垂直力双向运动安装在手的背侧以便释放手掌空间此外，设备应该是重量轻，低高位置的自由运动和反向可驱动性容易控制。三 机械设计A 功能结构人类的手部结构非常复杂。每个手指都有三个关节及四个自由度的和2关节，四个自由度的拇指。从远端指间和近端指间有一个自由度手指和2自由度微通道板（每掌指骨） 。拇指有三个自由度的微通道板和一个自由度的弯曲/伸展的倾角和远端拇指接头耦合，但近端拇指和远端指间展独立的。人手的生理学如图1所示。图1 人类生理学进行了实验研究，以确定人力食指功能模块。因此，每个关节长度，每个关节移动的范围和力量不同年龄段六十个人的每个关节的运动进行了测量，列出测量值表一和表二食指的关节-长度人食指弯曲及伸展的功能模块B.概念设计弯曲或扩展的传动方式由三部分组成：一个驱动器模块、两个柔性电缆和外骨骼，见图2。驱动器模块由一个直流电机和一对软电缆齿轮组成。两个灵活的弹簧管指导软电缆外骨骼。周围的小滑轮通过循环创建一个双向运动，有共同的轴电缆齿轮的外骨骼。根据齿轮，圆形齿条旋转手指关节手指指骨，在齿轮测量关节角度。图2 屈伸关节的驱动方式伸展或内收的驾驶模式还包括一个直流电动机驱动虽然一对锥齿轮正齿轮机架，见图3。直接将齿轮和手指用MP2方法固定联合在一起，从而使手指指骨旋转图3 MP2方法联合驱动模式C.体现设计图4显示了一个手指外骨骼的CAD图纸。它是连接到驱动器构的单位和每个方阵的手指附件。要调整方阵的变化长度，力量传感器圆形机架可在导槽滑动。圆形的衣架设计，让几乎完全屈曲和在所有关节的延伸。轻松实现垂直力量所有关节的角度。他们还设计划线，所以针对不同的方案邻国的圆形衣架做不干预。机械施工的所有关节球轴承的支持。衣架的圆形设计，让几乎完全弯曲的所有关节的延伸。轻松实现垂直测量所有关节的角度。他们还设计划线，所以针对不同的方阵临近圆形衣架都不干预。球轴承支持所有关节的机械施工。图 4 CPM机的:(a)外骨骼机与拉伸手指模型(b)手指的弯曲 (c)弯曲及扩展单元 (d)爆炸的观点/扩展弯曲单元。 图 5 显示一个 CAD制图的 CPM机致动器模块。为了简化执行机构单位DIP PIP MCP的行动 ,每只手指关节耦合在一起。在外展肌和内节点电价支持独立。为了使机制轻小,驱动电机必须放在远离关节的地方。因此，我们使用线驱动器的方法。由于一根导线只能产生在一个方向的力，我们用两根导联合在一起产生一种双向的力。因此，一个手指需要6根电线。六根电线线的两端连接到放置在力传感器的小滑轮上，个小滑轮的另一端连接到一个直流电动机与一对锥齿轮上（2:1传输速率） 。考虑性能，重量和噪音，我们最终选择 “17N78-216E伺服电机。电机的重量是17克，电机的额定功率为3.2W。减速机内置电机传输速率为88:1。最大手指关节的旋转速度是驱动的机转速17.7。手指运动周期为1.48s。执行器单元的输出扭矩可达1纳米，这足够驱动手指的。图 5CPM的机驱动器模块:(a)致动器模块,(b)和(c)弯曲/扩展单元(A)和单位/内外展肌的(B)驱动器模块和一个爆炸视图图 6(a)和(b)显示了手指的侧面与CPM机器在拉伸和弯曲状态下位置和角度。图 7(a)和(b) 手指CPM机正常的顶视图及外展肌的位置。在图8（a）及（b）特写手指与外骨骼CPM机和驱动器模块被单独列出。图 7 手指和CPM机的侧面:(a)在伸展的位置,(b)弯曲的位置。图 7 手指和CPM机顶视图:(a)在正常位置(b)向外伸展的位置。图 8 特写手指CPM机：（一）CPM的外骨骼机， （二）CPM机的驱动器模块在图四中我们使用的是传统压力传感器的应变片。机械力传感器弹性结构,作为一个机械零配件应安装在弯曲/延伸模块。霍尔位置传感器适合在关节部分。我们使用新创2sa-10双轴如霍尔传感器传感元件的位置传感器。马达位置传感器是一个MR编码器它安装到电机轴上，它可以产生电机转速的反馈信息。它可以用来控制电机的回路位置。E.结构类型分析该机制的理论从结构类型，我们将从分析的角度来看。1）一个自由度的驱动结构DIP和PIP驱动单自由度结构是固定的。我们假设手指与外骨骼机器无相对滑动。图9（a）所示的原理图是一个自由度的驱动结构图。运动学环节都有一定的运动性。如果一个旋转小齿轮以恒定的速度，在2 O的时刻会达到平衡。外围力量T，圆周力F和旋转角联合得到如下所示：其中T1， T 2是齿轮的扭矩， D1、D2为参考齿轮的直径，P为发射功率，n1是小齿轮旋转的速度， R1、R2齿轮参考半径。图 9示意图两个外骨骼结构类型：（一）驱动一个自由度， （二驱动两自由度结构2）两自由度驱动结构图 9（b）显示驱动示意图两自由度结构。康复角度关系是角和旋转角和旋转关节角度是：MP关节有= 0，所以康复的角度得到如下：运动学的确认为了展现出性CPM机的适和任务的发展,对于他的运动一直在验证。该验证计算了运动学和逆向运动学。最后基于运动学和动力学执行仿真。参考机器人关节坐标显示在图10。A 向前运动学对于CPM机，D-H参数在机器人的关节提供其他相关的信息类型和序列。机器人运动学参数如表所示：机器人的尖端位置的坐标如下：图10 的机器人关节的坐标参考框架机器人运动学参数符号：IA，ID代表的链路长度I，I，1代表I和I-1角之间的联合B 逆向运动学对于要计算的逆运动学机器人的工作空间和机器人控制的分析非常的重要。计算机器人的逆运动学主要方法是解析解和数值解的，齐次变换矩阵如下图所示通过解析解， 是得到如下：3210C模拟结果仿真由两部分组成:运动学仿真模拟和动态仿真。值得关注的是，CPM机是两项基本职能所必须具备的:在安全范围可以提供足够的动力使手指和趾骨实现双向运动可以将受伤的手指在最大角范围做运动,以达到最佳治疗效果。因此,上述典型功能的机器人进行了验证允许检查使用仿真工具(ADAMS软件)设计康复的任务兼容性。两种类型的仿真显示康复训练是如下,图11(a)和(b)显示手指的屈曲和右臂诱拐运动。（1）运动学仿真仿真机器人关节角位置、速度。仿真时间是5秒，数值已经给出在图12(a)和(b)。图表显示最大弯曲角度,PIPMP1DIP和MP2连接是110,20。这个数值符合设计要求,也符合正常康复锻炼。（2)的动态仿真起初扭矩MP1装在齿轮上的PIP DIP和MP2方法在ADAMS联合作为CPM机驱动扭矩，扭矩值是0.9N/M0.1N/M0， 1 N/M ，0.8 N/M。第二MP1扭矩加载在手指上PIP，DIP和MP2方法联合的阻力矩，扭矩值是0.16 N/M ，0.1 N/M， 0.1 N/M和0.15 N/M。在标志点上创建的P1 P2和P3手指和趾骨对合成的手指关节力矩的测量。 如图13所示的值，图表显示，为MP1，PIP，DIP和MP2方法联合，最大扭矩为0.82 N/M 0.21 N/M 0.31 N/M和0.92 N/M，最小扭矩是0.51 N/M 0.20 N/M 0.20 N/M和0.60 N/M。综上所诉在安全扭矩范围，CPM机可以移动方便带动手指指骨。图11 （一）弯曲手指的示意图 （二）示意图手指的收缩和向外伸平图 12 (a) 展示 DIP(3)PIP(1)MP1(2) and MP2(4)角位置 (b) DIP(3) PIP(1) MP1(2) and MP2(4) 角速度图 13 （一）MP1联合扭矩收缩和延伸（二）收缩扩展指间关节的扭矩（三）收缩和扩展的DIP扭矩联合， （D）MP2的方法关节内收和外伸扭矩。结论与展望下一步，我们将组装支持所有四个手指的其他三个手指外骨骼机。也会设计拇指模块，包括现有的机制。整合所有接头的传感器，我们会做一些实验，如位置控制和阻抗控制。然后，我们将很快在医院做临床试验。同时，我们会在不同情况下得到更多受伤的手指的数据康复，这样我们就可以改善CPM机控制方法，使它更好地满足患者的要求，并一同促进康复理论的发展。编号： 毕业设计(论文)外文翻译（原文）学 院：专 业：学生姓名：学 号：指导教师单位：姓 名：职 称：编号： 毕业设计( 论文)任务书题 目： 康复机器人的设计 学 院：专 业：学生姓名：学 号：指导教师单位：姓 名：职 称：题 目 类 型 ： 理 论 研 究 实 验 研 究 工 程 设 计 工 程 技 术 研 究 软 件 开 发一、毕业设计（论文）的内容随着社会老龄化、疾病、事故造成的人体肢体运动功能障碍的增加以及人们对身体健康、康复质量的重视，可以有效提高患者康复效果和效率的康复机器人成为康复工程领域的重要研究内容。采用治疗师为运动功能障碍患者进行一对一训练时，训练效果受治疗师水平的影响，而且缺乏评价训练参数和康复效果关系的客观数据，难以对训练参数进行优化以获得最佳治疗方案。 因此，人们开始研制患者运动功能康复机器人。开展能够实现人机交互、协调的踝关节康复机器人的设计研究具有重要现实意义。具体内容如下：1、了解上肢运动功能障碍的主要原因和所需康复的运动方法，进行调研；2、研究针对上肢功能障碍的康复机器人结构；3、设计康复机器人的机械结构，绘制零部件图和装配图。二、毕业设计（论文）的要求与数据1、分析人体上肢的结构和运动学，结合人机系统的设计要求，机器人的设计为辅助人体上肢肩、肘、腕三个关节同时参与运动的外骨骼式机器人；2、康复机器人至少为 3 个以上自由度，具有良好的人机协调功能；3、结构合理，零部件设计要综合考虑制造工艺的因素；4、用三维软件建立康复机器人的模型；三、毕业设计（论文）应完成的工作整个毕业设计应该完成以下工作：1、完成二万字左右的毕业设计说明书（论文） ；在毕业设计说明书（论文）中必须包括详细的 300-500 个单词的英文摘要；2、独立完成与课题相关，不少于四万字符的指定英文资料翻译（附英文原文） ；3、设计装配图及零件图。4、完成绘图工作量折合 A0 图纸 3 张以上，其中必须包含两张 A3 以上的计算机绘图图纸；四、应收集的资料及主要参考文献1 任仲贵. CAD/CAM 原理 M. 北京：清华大学出版社，1991.9.2 王明强. 计算机辅助设计技术M. 北京：科学出版社，2002.3 Hong-Chao Zhang and Enhao Lin. A hybrid-graph approach for automated setup planning in CAPP. Robotics and Computer Integrated Manufacturing J, 1999, 15: 89100.4 Y. Zhang, W. Hu and Y. Rong et al. Graph-based set-up planning and tolerance decomposition for computer-aided fixture design. International Journal of Production Research J, 2001, 39(14): 31093126.5 吴宗泽. 机械设计实用手册M. 北京：机械工业出版社，2002.五、试验、测试、试制加工所需主要仪器设备及条件计算机一台SolidWorks 软件一套AutoCAD 软件一套任务下达时间：2012 年 01 月 09 日毕业设计开始与完成时间：2012 年 01 月 09 日至 2012 年 06 月 03 日组织实施单位：教研室主任意见：签字： 2011 年 12 月 30 日院领导小组意见：签字： 2012 年 01 月 05 日编号： 毕业设计(论文)说明书题 目： 康复机器人的设计 院 （系）：专 业：学生姓名：学 号：指导教师：职 称：题 目 类 型 ： 理 论 研 究 实 验 研 究 工 程 设 计 工 程 技 术 研 究 软 件 开 发编号： 毕业设计(论文)开题报告题 目： 康复机器人的设计 院 （系）：专 业：学生姓名：学 号：指导教师单位：姓 名：职 称：题 目 类 型 ： 理 论 研 究 实 验 研 究 工 程 设 计 工 程 技 术 研 究 软 件 开 发- 1 -1毕业设计的主要内容、重点和难点等主要任务：1、拟定传动装置的传动方案； 2、电动机型号的选择；3、传动装置的运动参数的选择及计算； 4、绘制装配图、零件图；5、康复机器人至少为 3 个以上自由度，具有良好的人机协调功能；6、结构合理，零部件设计要综合考虑制造工艺的因素；7、本设计为辅助人体上肢肩、肘、腕三个关节同时参与运动的外骨骼式机器人；8、利用 UG 绘制设计好的零件并装配仿真； 9、编写设计计算说明书；重点：1、康复机器人的各传动部件机械设计与计算、校核；2、运用 UG 软件完成三维实体的建模，零件装配；难点：1.康复机器人的各个零件机械设计计算与校核；2. UG 三维软件的学习与应用；3. 设计方案的验证与分析；2准备情况（查阅过的文献资料及调研情况、现有设备、实验条件等）- 2 -查阅过的文献资料：1. 任仲贵. CAD/CAM 原理M. 北京：清华大学出版社，1991.9.2. 王明强. 计算机辅助设计技术M. 北京：科学出版社，2002.3. Hong-Chao Zhang and Enhao Lin. A hybrid-graph approach for automated setup planning in CAPP. Robotics and Computer Integrated Manufacturing J4. Y. Zhang, W. Hu and Y. Rong et al. Graph-based set-up planning and tolerance decomposition computer-aided fixture design. International Journal of Production Research J, 2001, 39(14): 31093126.5. Robert L.Mott. Machine Elements in Mechanical DesignM.Beijing:China6. 吴宗泽. 机械设计实用手册M. 北京：机械工业出版社，2002.7. 金春林，邱慧芳，张皆喜.AVR 系列单片机 C 语言编程与应用实例M.清华大学出版社，2003.8. 孙桓、陈作模 葛文杰 机械原理 第七版 高等教育出版社 20079. 王昆、何小柏 机械设计课程设计 高等教育出版社 2006现有设备：计算机一台 SolidWorks 和 AutoCAD 软件各一套实验条件：机械创新实验室3、实施方案、进度实施计划及预期提交的毕业设计资料2 月 23 日2 月 29 日 收集资料和撰写开题报告3 月 01 日4 月 01 日 资料的整理及软件的学习4 月 02 日4 月 30 日 对相关零部件以及结构进行设计计算、校核5 月 01 日5 月 11 日 绘制三维实体并进行仿真分析5 月 12 日5 月 25 日 整理全部资料，初步形成报告，交与老师检查5 月 26 日5 月 31 日 提交全部毕业设计文件及进行答辩准备指导教师意见指导教师（签字）：2012 年 2 月 日- 3 -开题小组意见开题小组组长（签字）：2012 年 月 日院（系、部）意见主管院长（系、部主任）签字：2012 年 3 月 日