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第 10 頁(yè) 共 10 頁(yè)
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（譯文）
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職 稱(chēng)：
六自由度上肢康復(fù)儀器
摘要：新的訓(xùn)練方法和練習(xí)使上肢康復(fù)機(jī)器人的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用成為可能。該技術(shù)可以定量評(píng)價(jià)和提高效果的穩(wěn)定性。本文涉及的6自由度康復(fù)機(jī)急診驅(qū)動(dòng)器的發(fā)展，其包括上肢及手腕的使用。
指數(shù)條款，康復(fù)體系，上肢康復(fù)，腕關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人，ER驅(qū)動(dòng)器
一 介紹
上肢的運(yùn)動(dòng),如飲食和操作電器非常的復(fù)雜、多樣且必不可少的日?；顒?dòng)。因此, 養(yǎng)老是重要的問(wèn)題，鍛煉身體以保持他們的上肢功能。此外,還有很多許多造成中風(fēng)，癱瘓的病人的 例如，在日本每年兩百五十萬(wàn)元人都有中風(fēng)，其中不少是癱瘓。人類(lèi)的大腦有著一個(gè)非凡能力及可塑性程度（自組織），學(xué)習(xí)能力，開(kāi)放的運(yùn)動(dòng)康復(fù)的可能性。因此，神經(jīng)康復(fù)中風(fēng)患者是有效的。
物理治療包括一對(duì)一的互動(dòng)幫助和鼓勵(lì)患者通過(guò)重復(fù)練習(xí)治療。機(jī)器人治療師消除了不必要的消耗，定量治療及監(jiān)測(cè)病人的進(jìn)展，并確保規(guī)劃治療方案的一致性。
社會(huì)中老齡化比例近年來(lái)呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，他們的身體每況愈下已成為許多國(guó)家的社會(huì)問(wèn)題。早期發(fā)現(xiàn)他們身體功能惡化，所以要減少老年人的長(zhǎng)期臥床而且還要保障護(hù)理以及足夠的康復(fù)訓(xùn)練，這也需要全社會(huì)老年人積極參與。使用適用于機(jī)器人技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備，運(yùn)用新的訓(xùn)練方法使康復(fù)變得可能。定量反饋一臺(tái)計(jì)算機(jī)可以提高定性的評(píng)估訓(xùn)練培訓(xùn)效果。因此,一些康復(fù)上肢系統(tǒng)發(fā)展運(yùn)用這些技術(shù)然而,他們中的大多數(shù)人申請(qǐng)培訓(xùn)二維平面，但是許多日常生活的動(dòng)作,都要在一個(gè)手臂垂直的方向上移動(dòng)。因此,使用系統(tǒng)s練習(xí)似乎為此類(lèi)培訓(xùn)更有效果。雖然M使用彪馬-560方式IME系統(tǒng)和斯坦福大學(xué)能能有三個(gè)層面的訓(xùn)練,美洲獅機(jī)器人——最早使用起源于560年工業(yè),殘疾人年齡也可能不能保持足夠的安全培訓(xùn)
這項(xiàng)工作是在經(jīng)濟(jì)上支持新能源及產(chǎn)業(yè)技術(shù)，貿(mào)易部和日本的產(chǎn)業(yè)組織發(fā)展等人大阪大學(xué)開(kāi)發(fā)了兩種類(lèi)型的2自由度顯示系統(tǒng)，使用ER驅(qū)動(dòng)器[4] [5][6]，并已進(jìn)行了上肢臨床康復(fù)的試驗(yàn) [6]。在這些系統(tǒng)中，雌激素受體驅(qū)動(dòng)器確?？梢詸C(jī)械安全。然后，大阪大學(xué)及旭化成集團(tuán)加入NEDO技術(shù)開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)項(xiàng)目5年，并在此基礎(chǔ)上制定了的3-D上肢康復(fù)器具知識(shí)[5]。然后，兵庫(kù)醫(yī)科大學(xué)進(jìn)行了臨床評(píng)價(jià)。
在5年NEDO技術(shù)開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)康復(fù)項(xiàng)目的系統(tǒng)，手腕的康復(fù)驅(qū)動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)器和自由旋轉(zhuǎn)。因此，適當(dāng)?shù)纳现滞罂祻?fù)包括在內(nèi)的無(wú)法達(dá)到的?？死撞妓?，等。麻省理工學(xué)院開(kāi)發(fā)的機(jī)器人手腕[8]，然后已開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)，包括一個(gè)5自由度康復(fù)麻省理工學(xué)院馬努斯手腕機(jī)器人[9]。
在本文中，我們提出一個(gè)六自由度的發(fā)展趨勢(shì)，包括上肢手腕使用，在這個(gè)項(xiàng)目中康復(fù)機(jī)的ER執(zhí)行器將會(huì)實(shí)際應(yīng)用到下一代機(jī)器人上。2005年國(guó)際博覽會(huì)在日本的愛(ài)知縣舉行，屆時(shí)這臺(tái)機(jī)器將被展出。
圖1 電流變傳動(dòng)器的概念圖
圖2多圓柱型的ER執(zhí)行器輸出雙旋轉(zhuǎn)方向扭矩 圖3 多圓柱型的ER離合器
電流變流體是一種流體，其流變特性可以通過(guò)施加電場(chǎng)改變[10]。圖1所示
ER流體驅(qū)動(dòng)器的概念圖。?“ER執(zhí)行器是由一個(gè)ER離合器，驅(qū)動(dòng)電機(jī)和減少齒輪單元組成的。電機(jī)的轉(zhuǎn)速保持恒定。由外加電場(chǎng)控制的ER執(zhí)行器的扭矩的輸出。
截面圖的電流變傳動(dòng)器可給予在扭矩方向上的輸出。輸入旋轉(zhuǎn)零件圖（第一部分和第二部分）擁有圓筒結(jié)構(gòu)。輸入旋轉(zhuǎn)部分由一個(gè)電動(dòng)機(jī)通過(guò)齒輪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，輸入第二部分是通過(guò)同一系列電機(jī)齒輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。輸入扭矩傳遞是通過(guò)輸出軸旋轉(zhuǎn)的充滿(mǎn)顆粒型電流變流體圓柱部分的旋轉(zhuǎn)圓筒。兩輸入軸和輸出軸缸作為電極，輸出扭矩是由電氣控制電極之間的應(yīng)用。該輸出軸是由鋁合金氣缸以降低轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。圖3顯示離合器圓柱結(jié)構(gòu)。
使用ER流體的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是有效的人機(jī)共存，上肢康復(fù)系統(tǒng)和機(jī)電一體化系統(tǒng)一樣[4]。圖4顯示了一個(gè)概念圖人機(jī)共存，ER流體的執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用機(jī)電一體化（HMCM）的系統(tǒng)。人機(jī)共存是ER執(zhí)行器在應(yīng)用程序的優(yōu)點(diǎn)，機(jī)電一體化（HMCM）的系統(tǒng)
從操作的特點(diǎn)：
（A）由于ER執(zhí)行器具有良好的驅(qū)動(dòng)器，駕駛性能背面，所以操作者可以很容易地從它的運(yùn)作機(jī)電一體化系統(tǒng)。
（B）操作其最終的效應(yīng)就是機(jī)電一體化系統(tǒng)，HMCM系統(tǒng)可以使輸入氣缸的轉(zhuǎn)速快速移動(dòng)到ER流體的執(zhí)行機(jī)構(gòu)
二 從系統(tǒng)表現(xiàn)顯示
（一）快速部隊(duì)響應(yīng)特性源于對(duì)ER驅(qū)動(dòng)器的低慣性屬性及快速電流變流體的響應(yīng)，充分的介紹高保真的可能。
（二）可以安全地實(shí)現(xiàn)部隊(duì)顯示系統(tǒng)能力的介紹
圖7 被動(dòng)顯示系統(tǒng) 圖8 康復(fù)仿真
圖9手動(dòng)控制仿真 圖10 圖1原型
圖11 運(yùn)動(dòng)鏈接2
圖12 運(yùn)動(dòng)鏈接3
三 利用電流變液康復(fù)和顯示系統(tǒng)
古莊重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室大阪大學(xué)自1993就已經(jīng)發(fā)展康復(fù)系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)ER執(zhí)行器的使用
圖5顯示了二自由度康復(fù)系統(tǒng)，在試圖中展現(xiàn)了ER流體的執(zhí)行機(jī)構(gòu)?？祻?fù)培訓(xùn)系統(tǒng)主要是安裝在一個(gè)醫(yī)院測(cè)試目的。13例自愿參加多個(gè)上肢的物理性能實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)和康復(fù)訓(xùn)練患者由于脊髓受損或堵塞大腦動(dòng)脈手臂麻痹。圖6顯示了二自由度康復(fù)系統(tǒng)，應(yīng)用ER流體的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的展示。
圖7顯示了一個(gè)被動(dòng)的力，使用ER制動(dòng)器[14]。使用剎車(chē)呈現(xiàn)阻力，被動(dòng)的力顯示運(yùn)營(yíng)商的力量是相當(dāng)安全[14][15]。
古莊實(shí)驗(yàn)研究室被動(dòng)恢復(fù)上肢顯示
圖8顯示了上肢康復(fù)系統(tǒng)使用ER驅(qū)動(dòng)器3-D展示 [7]。NEDO技術(shù)開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)EMUL項(xiàng)目5年，并為中風(fēng)患者使用評(píng)估 [16]，Motricity公司指數(shù)[17]，現(xiàn)階段[18]在臨床試驗(yàn)中。好結(jié)果獲得的評(píng)價(jià)。
三自由度康復(fù)系統(tǒng)不能包括實(shí)現(xiàn)上肢手腕康復(fù)，自由旋轉(zhuǎn)手腕所示圖9。因此，我們開(kāi)發(fā)了6自由度機(jī)器使用ER執(zhí)行機(jī)構(gòu)，為明年新一代機(jī)器人的實(shí)際中得以應(yīng)用。在本章中我們提出的發(fā)展第一樣機(jī)采用伺服電機(jī)。
圖10顯示了第一樣機(jī)的圖紙，本機(jī)制的原型如下。
1）手臂部分具有2自由度，水平旋轉(zhuǎn)和垂直運(yùn)動(dòng)。
圖13 手腕部和第一原型的鏈接3
圖14 鏈接3的側(cè)視圖
2）執(zhí)行器及皮帶滑輪減少了系統(tǒng)的手臂運(yùn)動(dòng)，以減少慣性運(yùn)動(dòng)部件。垂直旋轉(zhuǎn)部分采用
并行鏈路機(jī)制組成的鏈接2（1）鏈接2（2）如圖。?10。這使得在所有的反平衡重量的重力效應(yīng)補(bǔ)償（見(jiàn)圖11）。
3）鏈接-3通過(guò)水平面的空間連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)如圖12所示
4）手腕的執(zhí)行器安裝在腕關(guān)節(jié)鏈接1上，以減少運(yùn)動(dòng)部件的慣性。電機(jī)的力矩傳輸 使用的手腕萬(wàn)向節(jié)，傳動(dòng)軸和導(dǎo)線的滑輪系統(tǒng)（見(jiàn)圖13）。
5）圖14顯示了手腕線滑輪系統(tǒng)。圖15分別顯示側(cè)傾，俯仰，偏航，電線的途徑。
6）手腕的橫搖導(dǎo)致“A”部分和“B”的部分之間相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)如圖14所示。導(dǎo)致此相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，為駕駛電線，俯仰和偏航扭曲運(yùn)動(dòng) 在圖16所示。為了減少線長(zhǎng)度的變化引起的本卷的異議，這些電線都盡可能放在軸的附近。
四 六自由度康復(fù)機(jī)
圖17顯示康復(fù)機(jī)的照片。該系統(tǒng)由ER驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。圖18顯示驅(qū)動(dòng)器手臂運(yùn)動(dòng)的手柄和手腕機(jī)制被改為懸臂式，從兩方支持型。圖19顯示了手柄和手腕機(jī)制的抓地力。圖20顯示總系統(tǒng)的圖片。重力是懸臂式握柄必要的組成，如圖21所示。何時(shí)我們采取這樣的機(jī)制，體重靠近手柄增加，并表現(xiàn)為力量和顯示系統(tǒng)安全性是人機(jī)共存系統(tǒng)的安全性能變質(zhì)的。所以，我們把重量的平衡，在急診室器盒，如圖22所示。
我們正在開(kāi)發(fā)上肢康復(fù)訓(xùn)練軟件，包括手腕的靈巧需要。圖23，圖24和圖?25顯示了培訓(xùn)軟件的一部分。
圖22 重量平衡的安排 圖23 虛擬撞擊
圖24 虛擬澆灑器 圖25 虛擬擦
五 對(duì)安全的考慮
一個(gè)上肢康復(fù)系統(tǒng)具有很大的工作區(qū)域，可以被視為一種機(jī)器人。在這樣一種人機(jī)共存的系統(tǒng)中，操作員必須接觸或接近機(jī)器人，從而確保系統(tǒng)的安全是必要的，使機(jī)器人能夠操作者更安全[19]。在工業(yè)機(jī)器人中，操作員可以不訪問(wèn)避免危險(xiǎn)條件除教學(xué)機(jī)器人。圖26顯示了人機(jī)共存結(jié)構(gòu)安全的機(jī)器人。
ER的驅(qū)動(dòng)器有以下安全優(yōu)缺點(diǎn)。
（一）ER的驅(qū)動(dòng)器的輸出軸的最大行駛速度 由輸入軸的轉(zhuǎn)速對(duì)ER離合器限制。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)速輸入軸緩慢，HMCM系統(tǒng)保證ER驅(qū)動(dòng)器運(yùn)營(yíng)商的安全。
（二）輸出部分的慣性，可以做得非常??小。因此，在意外事故的情況下，，可以減少?zèng)_擊力執(zhí)行機(jī)構(gòu)的慣性
由于人機(jī)共存的國(guó)際安全標(biāo)準(zhǔn)尚未建立，我們沒(méi)有別的選擇 除了ISO標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)使用機(jī)器的工作接近人類(lèi)（見(jiàn)表一）。發(fā)達(dá)國(guó)家康復(fù)系統(tǒng)可以保證這些參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)對(duì)ER驅(qū)動(dòng)器的使用和機(jī)械設(shè)計(jì)如下：
1（一）和（二）表是比較理想轉(zhuǎn)速制定下氣體的運(yùn)動(dòng)情況
2（三）一只60瓦電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸入旋轉(zhuǎn)缸滿(mǎn)足使用的要求。
3 設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)減少，從而實(shí)現(xiàn)了每個(gè)關(guān)節(jié)機(jī)械限制，機(jī)械重力補(bǔ)償和使用的驅(qū)動(dòng)器。
圖26 為確保人機(jī)結(jié)構(gòu)安全
第六 結(jié)論
我們已經(jīng)制定了一個(gè)6自由度上肢康復(fù)機(jī) 包括手腕如下。
1）第一個(gè)原型機(jī)采用伺服電機(jī)作為原動(dòng)力從而使整個(gè)系統(tǒng)能夠在控制中進(jìn)行康復(fù)運(yùn)動(dòng)。
表1國(guó)際，國(guó)內(nèi)安全標(biāo)準(zhǔn)
2）六自由度康復(fù)機(jī)主要包括使用ER驅(qū)動(dòng)器以及在手腕和四肢已開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)上從樣機(jī)的開(kāi)發(fā)獲得的知識(shí)。
3）我們正在制定康復(fù)上層軟件目前包括手腕和四肢。
編號(hào)：
外文翻譯
（譯文）
學(xué) 院：
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學(xué) 號(hào)：
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姓 名：
職 稱(chēng)：
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骨骼機(jī)器人
摘要：一個(gè)可穿戴式骨骼康復(fù)機(jī)器人，方便靈巧，他是一種可以協(xié)助技術(shù)工人新概念產(chǎn)品。斯基爾機(jī)器人是由伺服機(jī)制的觸覺(jué)設(shè)備（觸覺(jué)或滑動(dòng)傳感器/顯示器）構(gòu)成的，所以它可以按照人的行為運(yùn)動(dòng)。外骨骼機(jī)器人可以為在危險(xiǎn)環(huán)境中工作的人提供合適空間或技術(shù)，在海上該項(xiàng)目建立了一個(gè)原型模型的可穿戴式機(jī)器人，其中包括一個(gè)上身組件，一對(duì)武器及手套。
一 介紹
一個(gè)艙外活動(dòng)（伊娃）的機(jī)器人，航天飛機(jī)進(jìn)行一些重要太空計(jì)劃的任務(wù)時(shí)機(jī)器人對(duì)整個(gè)經(jīng)過(guò)都是很有效的，對(duì)于那些正在開(kāi)發(fā)或?qū)嶒?yàn)的伊娃機(jī)器人為今后的伊娃任務(wù)。而在未來(lái)一些伊娃機(jī)器人的任務(wù)將增加，有存在宇航員不可避免的任務(wù)的。
宇航員在危險(xiǎn)的環(huán)境中需要宇航服保護(hù)自己，如真空，超低溫度，微流星等等，因?yàn)?，空間訴訟是在1 /3的大氣壓力，西服面料通過(guò)空間的張力會(huì)變得僵硬。而且，厚織物抑制宇航員從遙感對(duì)象處理。主要的問(wèn)題是所造成的太空服。
（一）手和肩膀的疲勞。（二）缺失手指。（三）限制范圍的定義。
研究和發(fā)展的首要問(wèn)題，特別是手指，手掌，指關(guān)節(jié)的疲勞（CP），已為助力手套。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這些發(fā)展助力手套可以減少指關(guān)節(jié)力矩，但這些發(fā)展并沒(méi)有處理在指尖的力矩，這是必要的技術(shù)工作。
為了解決這些問(wèn)題，作者提出了一個(gè)新的概念，“社會(huì)伙伴”，熟練工人穿戴外骨骼機(jī)。斯基爾伴侶概念不僅是宇航員，然而在危險(xiǎn)環(huán)境中的熟練工人也可以。在本文中，斯基爾隊(duì)友的概念及其應(yīng)用介紹，然后原型開(kāi)發(fā)的太空服概述。
二 功能伙伴
技術(shù)伙伴是一個(gè)當(dāng)人體穿著它可以移動(dòng)的機(jī)器或設(shè)備總稱(chēng)。并且它是一個(gè)被動(dòng)的器材，具有在人類(lèi)知識(shí)的操作系統(tǒng)自動(dòng)智能響應(yīng)。技術(shù)伙伴的功能如下。
（1）由佩戴外骨骼機(jī)器人如果他在危險(xiǎn)的環(huán)境中要完成不可避免的工作專(zhuān)家。通常，工作的人在危險(xiǎn)的環(huán)境需要保護(hù)的措施，例如，空間適合在軌道或干燥的衣服。而且，這些衣服限制人的運(yùn)動(dòng)和增加疲勞。斯基爾搭檔使人減少肌肉拉傷而為他工作。
（2）外骨骼結(jié)構(gòu)包圍的人的身體，人們可以沒(méi)有任何限制的運(yùn)動(dòng)，或者是從事自己的工作。此外，觸覺(jué)受體或傳感器應(yīng)安裝在人機(jī)接口的位置上，主要目的是為提高工作效率。因此，當(dāng)穿上它時(shí)看起來(lái)就像一個(gè)擬人機(jī)器人。
（3）它是一種伴隨響應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。它必須足夠快的響應(yīng)工人沒(méi)有穿技巧伴侶或感覺(jué)附滋擾的行動(dòng)，支持他的技能好像他是最理想的情況下為他工作。而且，作為一個(gè)可選的功能，它是一個(gè)外骨骼殼防止工人受到危險(xiǎn)。工人在危險(xiǎn)的環(huán)境將得到好處就像是隊(duì)友的保護(hù)殼。斯基爾伴侶可能是的工人工作在在高水壓條件環(huán)境下不可避免的工作服，暴露低溫輻射。保護(hù)殼很厚會(huì)使人體運(yùn)動(dòng)緩慢，像一個(gè)很厚的套裝，動(dòng)力伴侶會(huì)彌補(bǔ)它的質(zhì)量，慣性和剛度的伺服系統(tǒng)。穿著技巧伴侶是感覺(jué)沒(méi)有穿衣服或沒(méi)有工作適合所有。
三 斯基爾搭檔伊娃
十一月1997，日本宇航員土井博士上了“哥倫比亞”航天飛機(jī)。戴太空服裝出艙活動(dòng)，他（伊娃）2倍。第一個(gè)活動(dòng)是捕獲的手柄斯巴達(dá)的衛(wèi)星。二是擺放和康復(fù)機(jī)器人相機(jī)和伊娃總活動(dòng)時(shí)間超過(guò)12小時(shí)。（圖1）
圖 1 伊娃（日本宇航員土井博士）日本宇宙開(kāi)發(fā)事業(yè)團(tuán)的照片
作者討論了土井博士使用伊娃的經(jīng)驗(yàn)。穿宇航服的問(wèn)題如下：[ 11
（1）手部疲勞：太空服手套因?yàn)榧訅鹤兊媒┯玻? /3的氣氛和宇航員需要更多的手指力量克服剛度。伊娃的任務(wù)包括更頻繁把握運(yùn)動(dòng)，例如，抓扶手移動(dòng)自己，把握手工具。他還提到主要拇指，食指及中手指被用來(lái)抓運(yùn)動(dòng)。
（2）手指是一個(gè)困難、復(fù)雜和敏感的任務(wù)：太空服手套指尖部位覆蓋有橡膠和這并沒(méi)有界面滑移。他執(zhí)行這類(lèi)任務(wù)主要由他的視力不是他的意義上的手指。
（3）限制的動(dòng)作：空間有一個(gè)軸承套關(guān)節(jié)的肩膀和肩膀的運(yùn)動(dòng)是沒(méi)有如果沿軸承關(guān)節(jié)，肩肌肉疲勞。如果有兩只軸承關(guān)節(jié)在肩，這問(wèn)題會(huì)得到改善。而且，他補(bǔ)充說(shuō)，腰和髖關(guān)節(jié)彎曲是最困難的，這讓他很難看到在他的胸部的開(kāi)關(guān)。
通過(guò)以上討論，應(yīng)用技巧搭檔的太空服將有以下特點(diǎn)。
（一）技術(shù)改善了由于加壓而使得航天服關(guān)節(jié)僵硬。斯基爾搭檔也檢測(cè)到航天員的運(yùn)動(dòng)伺服系統(tǒng)機(jī)制。
（二）技術(shù)檢測(cè)/顯示隊(duì)友力，壓力和支路意義在指尖，使宇航員完成的復(fù)雜和敏感的任務(wù)。
四 原型模型
開(kāi)發(fā)的原型模式開(kāi)始的時(shí)候是在1998的夏季。我們集中在硬件設(shè)計(jì)和組件上。本節(jié)顯示我們的項(xiàng)目狀態(tài)的原型開(kāi)發(fā)。
人的肌肉執(zhí)行機(jī)構(gòu)已被采用為一執(zhí)行器的伴侶。致動(dòng)器主要優(yōu)勢(shì)包括：
（1）伺服電機(jī)比電磁電動(dòng)機(jī)較大傳動(dòng)比。
（2）主要特征是類(lèi)似人類(lèi)肌肉的致動(dòng)器 。
原型執(zhí)行器的能力，如圖2所示，8毫米（5/ 16英寸）直徑150毫米（5.9英寸）長(zhǎng)產(chǎn)生超過(guò)200n在400kpa（58磅）。力測(cè)量器，如圖3所示。從測(cè)量。新型的驅(qū)動(dòng)器，如下所示。
圖2 麥吉人工肌肉皮膚伴侶
圖3 執(zhí)行器的輸出
圖4 肘關(guān)節(jié)與人工肌肉
肘關(guān)節(jié)原型肘關(guān)節(jié)由人工肌肉執(zhí)行器和一個(gè)增量式編碼器（圖4）。執(zhí)行器是放置在肌腱肘部關(guān)節(jié)和產(chǎn)生力矩的關(guān)節(jié)部位。氣動(dòng)調(diào)節(jié)器與微機(jī)控制致動(dòng)器。重量是3768。
這已模糊控制的基本數(shù)據(jù)采集。實(shí)驗(yàn)結(jié)果控制不負(fù)載顯示圖5。觸覺(jué)傳感器（壓敏導(dǎo)電橡膠）是要連接到檢測(cè)人體運(yùn)動(dòng)。
圖 5 肘關(guān)節(jié)位置控制的例子
圖 6 肘關(guān)節(jié)與氣動(dòng)缸
腕關(guān)節(jié)也被設(shè)計(jì)以及建造。腕關(guān)節(jié)的自由度主要包括滾轉(zhuǎn)和俯仰。組成部分的聯(lián)合是幾乎一樣的彎頭接頭。腕關(guān)節(jié)已經(jīng)組裝的肘關(guān)節(jié)后關(guān)節(jié)進(jìn)行測(cè)試和改進(jìn)計(jì)劃。
手指關(guān)節(jié)顯示在圖7和圖8。本手指關(guān)節(jié)是由拇指，指向手指和中指。手指指向和中指有兩自由度。拇指三是中央的部分（腕），微通道板和最低端部的（趾）關(guān)節(jié)。小型氣動(dòng)缸驅(qū)動(dòng)各關(guān)節(jié)。
氣動(dòng)缸產(chǎn)生彎曲力的手指延長(zhǎng)部隊(duì)所產(chǎn)生的被動(dòng)的線圈彈簧。人工肌肉驅(qū)動(dòng)器要連接到手套的擴(kuò)展力如果彈簧的力量是不夠的。
壓敏導(dǎo)電橡膠連接到指尖測(cè)力之間的手指和手套。感應(yīng)位置傳感器被連接到測(cè)量手指關(guān)節(jié)角。
圖7 原型手套
圖8 手指關(guān)節(jié)沒(méi)有手套
未來(lái)的工作下一步的原型開(kāi)發(fā)組裝手指，手腕關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)而且。觸覺(jué)設(shè)備計(jì)劃把手指。
項(xiàng)目目標(biāo)的伴侶的項(xiàng)目是開(kāi)發(fā)一個(gè)原型外骨骼機(jī)械宇航服。原型模型將包括一個(gè)上身組裝，以及對(duì)武器手套。此原型模式將被放置在壓力服裝隔熱層。
武器的原型有肩關(guān)節(jié)，肘關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)。每個(gè)關(guān)節(jié)是由氣動(dòng)執(zhí)行器構(gòu)件，可以感受角度。觸覺(jué)傳感器附在人體運(yùn)動(dòng)檢測(cè)，使機(jī)器可以按照宇航員的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)。因?yàn)樵湍Ｐ褪冀K是連接到人類(lèi)的身體上，阻抗控制將是適當(dāng)?shù)娜藱C(jī)合作的。力扭矩傳感器將需要之間手腕和手套實(shí)現(xiàn)阻抗控制。
結(jié)構(gòu)的手套本身之間的接口和宇航員的手和手套將研究和精心設(shè)計(jì)。如觸覺(jué)或觸覺(jué)裝置滑動(dòng)傳感器和顯示器將需要完成的任務(wù)。
5 應(yīng)用工程
如今，“工業(yè)化”和“先進(jìn)”的建設(shè)系統(tǒng)更受歡迎，在世界和在日本。這些系統(tǒng)短期實(shí)現(xiàn)有效的生產(chǎn)和較少的人力，為建筑行業(yè)引起了較好營(yíng)業(yè)利潤(rùn)。主要工作是由機(jī)器監(jiān)督建設(shè)由一個(gè)高性能的信息網(wǎng)絡(luò)很多計(jì)算機(jī)。自動(dòng)化系統(tǒng)和機(jī)器人參加在建筑工地。降低勞動(dòng)成本的網(wǎng)站建設(shè)使更多的商業(yè)利潤(rùn)。在這樣的建筑工地。
工人將一個(gè)建筑系統(tǒng)部件如機(jī)經(jīng)營(yíng)者，或一個(gè)智能交通設(shè)備，或靈活的處理機(jī)器?，F(xiàn)代先進(jìn)建筑系統(tǒng)，如自動(dòng)和機(jī)器人建筑系統(tǒng)，移植的高級(jí)技能從人類(lèi)的工人。
雖然許多自動(dòng)化系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和建設(shè)工作的實(shí)際使用，人參與建設(shè)工作是不可避免的。
原因如下：
（1）在一個(gè)工地有數(shù)以百計(jì)的任務(wù)運(yùn)用自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)完成每一個(gè)任務(wù)。這是不實(shí)現(xiàn)的，
（2）各施工現(xiàn)場(chǎng)有不同的條件，其中從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，環(huán)境的網(wǎng)站等等因素考慮；因此，一個(gè)特定的自動(dòng)化系統(tǒng)并不一定適用于其他網(wǎng)站建設(shè)。
（3）一些人的技術(shù)沒(méi)有在自動(dòng)化系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然，有一些任務(wù)自動(dòng)化系統(tǒng)不能做到。應(yīng)用技巧隊(duì)友的建設(shè)工作網(wǎng)站一種解決人機(jī)合作。技巧伴侶有能力讓工人來(lái)完成各種任務(wù)的。這樣的需求是必要的。
六 結(jié)論
介紹一個(gè)概念技能伴侶及伊娃外骨骼機(jī)器人的我應(yīng)用。而且還介紹了原型模型太空服發(fā)展現(xiàn)狀的的概述。原型開(kāi)發(fā)組裝的肩膀，肘，手腕，和手套的第一個(gè)目標(biāo)。今后的工作包括觸覺(jué)設(shè)備的發(fā)展和阻抗控制的接頭
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編號(hào)：
外文翻譯
（譯文）
學(xué) 院：
專(zhuān) 業(yè)：
學(xué)生姓名：
學(xué) 號(hào)：
指導(dǎo)教師單位：
姓 名：
職 稱(chēng)：
設(shè)計(jì)研發(fā)一種對(duì)手部康復(fù)便攜式外骨骼機(jī)器
摘要-人類(lèi)的手很容易受傷。物理康復(fù)治療后,總是需要一個(gè)很長(zhǎng)的手部恢復(fù)時(shí)間,療效惡化、社會(huì)和金融困難都與身體的退化會(huì)產(chǎn)生影響。CPM機(jī)是一種基于治理機(jī)制的理論持續(xù)被動(dòng)運(yùn)動(dòng)機(jī)器。改善康復(fù)結(jié)果和驗(yàn)證理論，我們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種便攜式外骨骼機(jī)。該裝置非常容易連接以及調(diào)整來(lái)適應(yīng)不同大小的手。在手指做屈伸運(yùn)動(dòng)的時(shí)候機(jī)器可以向手指指骨施加垂直力。它可以精確控制在范圍以?xún)?nèi)還可以控制手指的移動(dòng)速度。最后基于它的機(jī)械結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真和驗(yàn)證等，運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真和動(dòng)態(tài)模擬可以做出來(lái)。
一 介紹
手部損害的發(fā)生率有戲劇性的上升趨勢(shì)。近年來(lái)，超過(guò)20%至40%急診病例的外科手術(shù)和創(chuàng)傷骨科手的案件。這些案例大多數(shù),造成手臂或手掌失去運(yùn)動(dòng)能力。對(duì)于手的治療是一種非常重要的,因?yàn)樵谑种杏泻芏嘈K的肌肉。所以治理受傷的手是一個(gè)很艱巨的事情,時(shí)間會(huì)很長(zhǎng),康復(fù)訓(xùn)練對(duì)手功能恢復(fù)很有效。損傷的手可能導(dǎo)致的社會(huì)經(jīng)濟(jì)困難，然而嚴(yán)重會(huì)引起的生理及情緒惡化。在康復(fù)訓(xùn)練過(guò)程中，現(xiàn)在有三大類(lèi)方法治療手運(yùn)動(dòng)功能障礙。一個(gè)是物理療法,二是通過(guò)運(yùn)動(dòng)或利用彈性支撐做被動(dòng)運(yùn)動(dòng)。第三個(gè)方法事恢復(fù)受傷神經(jīng),舒緩壓力,移植健全的肌肉和肌腱。
近年來(lái),隨著科技不斷的發(fā)展被動(dòng)運(yùn)動(dòng)(CPM)，外骨骼肌以此為基礎(chǔ)康復(fù)理論已廣泛應(yīng)用于臨床實(shí)踐。市場(chǎng)中有各種類(lèi)型的CPM機(jī)，不僅針對(duì)大關(guān)節(jié)功能訓(xùn)練，如手腕，肘關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)，也用于小關(guān)節(jié)等康復(fù)。
然而，這些機(jī)器的大多數(shù)運(yùn)動(dòng)都是有限制的，驅(qū)動(dòng)的自由程度和不集成傳感器等。他們不能做內(nèi)收外展運(yùn)動(dòng)和一些靈巧的動(dòng)作功能鍛煉。也康復(fù)治療CPM機(jī)還停留在經(jīng)驗(yàn)論水平上。沒(méi)有確切的科學(xué)數(shù)據(jù)可以證明其療效。所以綜合以上的原因,提出一種新型的CPM機(jī)是迫切需要的的發(fā)展的,他不僅能夠?yàn)槟峁┦止δ艿目祻?fù)，還提供了一種定量檢測(cè)的和評(píng)價(jià)的手功能恢復(fù)的方法。
迄今為止,大多數(shù)外骨骼手在主從使用系統(tǒng)上建立了觸覺(jué)接口。CyberGrasp是一種用于商業(yè)上產(chǎn)品投入,它對(duì)彎曲的五個(gè)指尖力量有反饋?zhàn)饔?。東京大學(xué)的科學(xué)家們?cè)谶b遠(yuǎn)盡頭可以通過(guò)一個(gè)電纜傳遞外骨骼信息并在其涵蓋工作區(qū)范圍內(nèi)操控手指。外骨骼有一個(gè)邂逅型力反饋功能，它可使無(wú)約束使用者的手指在自然接觸的感覺(jué)下運(yùn)動(dòng)。有一個(gè)問(wèn)題，開(kāi)發(fā)的虛擬現(xiàn)實(shí)施加在手指指骨的手外骨骼的力，往往在一個(gè)方向施加，但康復(fù)治療的必須是雙向運(yùn)動(dòng)。有時(shí)候，在康復(fù)治療移動(dòng)手指關(guān)節(jié)力太小。
羅格斯大學(xué)碩士應(yīng)用氣動(dòng)活塞驅(qū)動(dòng)外骨骼可以發(fā)揮對(duì)在4指尖屈反饋?zhàn)饔?。它的研究適用于康復(fù)中風(fēng)病人。另一個(gè)外骨骼聲控設(shè)備是由卡內(nèi)基 - 梅隆大學(xué)科學(xué)家開(kāi)發(fā)研究 ，根據(jù)使用者的手指力由氣動(dòng)活塞提供輔助。最近一個(gè)新的外骨骼手由滑輪和一個(gè)連桿機(jī)構(gòu)組成，該器件可提供耦合的活動(dòng)自由度傾角，畫(huà)中畫(huà)彎曲/伸展和積極的自由度微通道板彎曲/伸展的手指。索爾福德大學(xué)在互動(dòng)虛擬環(huán)境中已研制出一種基于外骨骼系統(tǒng)的物理和職業(yè)治療手。外骨骼可以支持四個(gè)自由度，霍爾傳感器附著在每一個(gè)杠桿來(lái)衡量的角度手指關(guān)節(jié)。每個(gè)手指可以自由實(shí)現(xiàn)雙向運(yùn)動(dòng)。介紹了他的精確，可重復(fù)的手指運(yùn)動(dòng)及力測(cè)量，交互性，潛力巨大運(yùn)動(dòng)分類(lèi)和統(tǒng)計(jì)登記和評(píng)估。垂直于手指指骨，在完成屈伸運(yùn)動(dòng)，所有上面介紹的外骨骼機(jī)都不能發(fā)揮作用。因此一個(gè)錯(cuò)誤的方向上用力去推或拉人體關(guān)節(jié)將使受傷關(guān)節(jié)的情況更糟。
該裝置文獻(xiàn)[8]中提出的設(shè)備是在本文介紹的類(lèi)似的外骨骼手。正如作者所知道的，這是在觸覺(jué)交互與虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用應(yīng)用程序，但達(dá)不到康復(fù)的目的。
本文內(nèi)容如下：第二節(jié)提出CPM機(jī)的設(shè)計(jì)目標(biāo)和要求。第三節(jié)介紹了機(jī)械施工設(shè)備。對(duì)CPM機(jī)的運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證進(jìn)行了討論。最后的結(jié)論，當(dāng)前工作和未來(lái)可能的改進(jìn)。
二 設(shè)計(jì)的目標(biāo)和要求
我們的目標(biāo)和CPM機(jī)器的要求設(shè)計(jì)如下：適合手尺寸的變化在完整的屈伸運(yùn)動(dòng)中，對(duì)手指指骨施加垂直力雙向運(yùn)動(dòng)安裝在手的背側(cè)以便釋放手掌空間此外，設(shè)備應(yīng)該是重量輕，低高位置的自由運(yùn)動(dòng)和反向可驅(qū)動(dòng)性容易控制。
三 機(jī)械設(shè)計(jì)
A 功能結(jié)構(gòu)
人類(lèi)的手部結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。每個(gè)手指都有三個(gè)關(guān)節(jié)及四個(gè)自由度的和2關(guān)節(jié)，四個(gè)自由度的拇指。從遠(yuǎn)端指間和近端指間有一個(gè)自由度手指和2自由度微通道板（每掌指骨）。拇指有三個(gè)自由度的微通道板和一個(gè)自由度的彎曲/伸展的傾角和遠(yuǎn)端拇指接頭耦合，但近端拇指和遠(yuǎn)端指間展獨(dú)立的。人手的生理學(xué)如圖1所示。
圖1 人類(lèi)生理學(xué)
進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，以確定人力食指功能模塊。因此，每個(gè)關(guān)節(jié)長(zhǎng)度，每個(gè)關(guān)節(jié)移動(dòng)的范圍和力量
不同年齡段六十個(gè)人的每個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了測(cè)量，列出測(cè)量值表一和表二食指的關(guān)節(jié)量度--長(zhǎng)度
人食指彎曲及伸展的??功能模塊
B.概念設(shè)計(jì)
彎曲或擴(kuò)展的傳動(dòng)方式由三部分組成：一個(gè)驅(qū)動(dòng)器模塊、兩個(gè)柔性電纜和外骨骼，見(jiàn)圖2。驅(qū)動(dòng)器模塊由一個(gè)直流電機(jī)和一對(duì)軟電纜齒輪組成。兩個(gè)靈活的彈簧管指導(dǎo)軟電纜外骨骼。周?chē)男』喭ㄟ^(guò)循環(huán)創(chuàng)建一個(gè)雙向運(yùn)動(dòng)，有共同的軸電纜齒輪的外骨骼。根據(jù)齒輪，圓形齒條旋轉(zhuǎn)手指關(guān)節(jié)手指指骨，在齒輪測(cè)量關(guān)節(jié)角度。
圖2 屈伸關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)方式
伸展或內(nèi)收的駕駛模式還包括一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)雖然一對(duì)錐齒輪正齒輪機(jī)架，見(jiàn)圖3。直接將齒輪和手指用MP2方法固定聯(lián)合在一起，從而使手指指骨旋轉(zhuǎn)
圖3 MP2方法聯(lián)合驅(qū)動(dòng)模式
C.體現(xiàn)設(shè)計(jì)
圖4顯示了一個(gè)手指外骨骼的CAD圖紙。它是連接到驅(qū)動(dòng)器構(gòu)的單位和每個(gè)方陣的手指附件。要調(diào)整方陣的變化長(zhǎng)度，力量傳感器圓形機(jī)架可在導(dǎo)槽滑動(dòng)。圓形的衣架設(shè)計(jì)，讓幾乎完全屈曲和在所有關(guān)節(jié)的延伸。輕松實(shí)現(xiàn)垂直力量所有關(guān)節(jié)的角度。他們還設(shè)計(jì)劃線，所以針對(duì)不同的方案鄰國(guó)的圓形衣架做不干預(yù)。機(jī)械施工的所有關(guān)節(jié)球軸承的支持。衣架的圓形設(shè)計(jì)，讓幾乎完全彎曲的所有關(guān)節(jié)的延伸。輕松實(shí)現(xiàn)垂直測(cè)量所有關(guān)節(jié)的角度。他們還設(shè)計(jì)劃線，所以針對(duì)不同的方陣臨近圓形衣架都不干預(yù)。球軸承支持所有關(guān)節(jié)的機(jī)械施工。
圖 4 CPM機(jī)的:(a)外骨骼機(jī)與拉伸手指模型(b)手指的彎曲 (c)彎曲及擴(kuò)展單元 (d)爆炸的觀點(diǎn)/擴(kuò)展彎曲單元。
圖 5 顯示一個(gè)CAD制圖的CPM機(jī)致動(dòng)器模塊。為了簡(jiǎn)化執(zhí)行機(jī)構(gòu)單位DIP PIP MCP的行動(dòng),每只手指關(guān)節(jié)耦合在一起。在外展肌和內(nèi)節(jié)點(diǎn)電價(jià)支持獨(dú)立。為了使機(jī)制輕小,驅(qū)動(dòng)電機(jī)必須放在遠(yuǎn)離關(guān)節(jié)的地方。因此，我們使用線驅(qū)動(dòng)器的方法。由于一根導(dǎo)線只能產(chǎn)生在一個(gè)方向的力，我們用兩根導(dǎo)聯(lián)合在一起產(chǎn)生一種雙向的力。因此，一個(gè)手指需要6根電線。六根電線線的兩端連接到放置在力傳感器的小滑輪上，個(gè)小滑輪的另一端連接到一個(gè)直流電動(dòng)機(jī)與一對(duì)錐齒輪上（2:1傳輸速率）?？紤]性能，重量和噪音，我們最終選擇 “17N78-216E伺服電機(jī)。電機(jī)的重量是17克，電機(jī)的額定功率為3.2W。減速機(jī)內(nèi)置電機(jī)傳輸速率為88:1。最大手指關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)速度是驅(qū)動(dòng)的機(jī)轉(zhuǎn)速17.7。手指運(yùn)動(dòng)周期為1.48s。執(zhí)行器單元的輸出扭矩可達(dá)1納米，這足夠驅(qū)動(dòng)手指的。
圖 5CPM的機(jī)驅(qū)動(dòng)器模塊:(a)致動(dòng)器模塊,(b)和(c)彎曲/擴(kuò)展單元(A)和單位/內(nèi)外展肌的(B)驅(qū)動(dòng)器模塊和一個(gè)爆炸視圖
圖 6(a)和(b)顯示了手指的側(cè)面與CPM機(jī)器在拉伸和彎曲狀態(tài)下位置和角度。
圖 7(a)和(b) 手指CPM機(jī)正常的頂視圖及外展肌的位置。在圖8（a）及（b）特寫(xiě)手指與外骨骼CPM機(jī)和驅(qū)動(dòng)器模塊被單獨(dú)列出。
圖 7 手指和CPM機(jī)的側(cè)面:(a)在伸展的位置,(b)彎曲的位置。
圖 7 手指和CPM機(jī)頂視圖:(a)在正常位置(b)向外伸展的位置。
圖 8 特寫(xiě)手指CPM機(jī)：（一）CPM的外骨骼機(jī)，（二）CPM機(jī)的驅(qū)動(dòng)器模塊
在圖四中我們使用的是傳統(tǒng)壓力傳感器的應(yīng)變片。機(jī)械力傳感器彈性結(jié)構(gòu),作為一個(gè)機(jī)械零配件應(yīng)安裝在彎曲/延伸模塊。
霍爾位置傳感器適合在關(guān)節(jié)部分。我們使用新創(chuàng)2sa-10雙軸如霍爾傳感器傳感元件的位置傳感器。
馬達(dá)位置傳感器是一個(gè)MR編碼器它安裝到電機(jī)軸上，它可以產(chǎn)生電機(jī)轉(zhuǎn)速的反饋信息。它可以用來(lái)控制電機(jī)的回路位置。
E.結(jié)構(gòu)類(lèi)型分析
該機(jī)制的理論從結(jié)構(gòu)類(lèi)型，我們將從分析的角度來(lái)看。
1）一個(gè)自由度的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)
DIP和PIP驅(qū)動(dòng)單自由度結(jié)構(gòu)是固定的。我們假設(shè)手指與外骨骼機(jī)器無(wú)相對(duì)滑動(dòng)。圖9（a）所示的原理圖是一個(gè)自由度的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)圖。運(yùn)動(dòng)學(xué)環(huán)節(jié)都有一定的運(yùn)動(dòng)性。如果一個(gè)旋轉(zhuǎn)小齒輪以恒定的速度，在2 O的時(shí)刻會(huì)達(dá)到平衡。
外圍力量T，圓周力F和旋轉(zhuǎn)角?聯(lián)合得到如下所示：
其中T1， T 2是齒輪的扭矩， D1、D2為參考齒輪的直徑，P為發(fā)射功率，n1是小齒輪旋轉(zhuǎn)的速度， R1、R2齒輪參考半徑。
圖 9示意圖兩個(gè)外骨骼結(jié)構(gòu)類(lèi)型：（一）驅(qū)動(dòng)一個(gè)自由度，（二驅(qū)動(dòng)兩自由度結(jié)構(gòu)
2）兩自由度驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)
圖 9（b）顯示驅(qū)動(dòng)示意圖兩自由度結(jié)構(gòu)?？祻?fù)角度關(guān)系是θ角和旋轉(zhuǎn)角α和旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)角度γ是：
MP關(guān)節(jié)有γ= 0，所以康復(fù)的角度θ得到如下：
運(yùn)動(dòng)學(xué)的確認(rèn)為了展現(xiàn)出性CPM機(jī)的適和任務(wù)的發(fā)展,對(duì)于他的運(yùn)動(dòng)一直在驗(yàn)證。該驗(yàn)證計(jì)算了運(yùn)動(dòng)學(xué)和逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)。最后基于運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)執(zhí)行仿真。參考機(jī)器人關(guān)節(jié)坐標(biāo)顯示在圖10。
A 向前運(yùn)動(dòng)學(xué)
對(duì)于CPM機(jī)，D-H參數(shù)在機(jī)器人的關(guān)節(jié)提供其他相關(guān)的信息類(lèi)型和序列。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)如表所示：
機(jī)器人的尖端位置的坐標(biāo)如下：
圖10 的機(jī)器人關(guān)節(jié)的坐標(biāo)參考框架
機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)
符號(hào)：IA，ID代表的鏈路長(zhǎng)度I，θI，α1代表I和I-1角之間的聯(lián)合
B 逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)對(duì)于要計(jì)算的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)機(jī)器人的工作空間和機(jī)器人控制的分析非常的重要。計(jì)算機(jī)器人的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)主要方法是解析解和數(shù)值解的，齊次變換矩陣如下圖所示
通過(guò)解析解，是得到如下：
C模擬結(jié)果
仿真由兩部分組成:運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真模擬和動(dòng)態(tài)仿真。值得關(guān)注的是，CPM機(jī)是兩項(xiàng)基本職能所必須具備的:在安全范圍可以提供足夠的動(dòng)力使手指和趾骨實(shí)現(xiàn)雙向運(yùn)動(dòng)可以將受傷的手指在最大角范圍做運(yùn)動(dòng),以達(dá)到最佳治療效果。因此,上述典型功能的機(jī)器人進(jìn)行了驗(yàn)證允許檢查使用仿真工具(ADAMS軟件)設(shè)計(jì)康復(fù)的任務(wù)兼容性。兩種類(lèi)型的仿真顯示康復(fù)訓(xùn)練是如下,圖11(a)和(b)顯示手指的屈曲和右臂誘拐運(yùn)動(dòng)。
（1）運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真
仿真機(jī)器人關(guān)節(jié)角位置、速度。仿真時(shí)間是5秒，數(shù)值已經(jīng)給出在圖12(a)和(b)。圖表顯示最大彎曲角度,PIPMP1DIP和MP2連接是110,20。這個(gè)數(shù)值符合設(shè)計(jì)要求,也符合正常康復(fù)鍛煉。
（2)的動(dòng)態(tài)仿真
起初扭矩MP1裝在齒輪上的PIP DIP和MP2方法在ADAMS聯(lián)合作為CPM機(jī)驅(qū)動(dòng)扭矩，扭矩值是0.9N/M0.1N/M0， 1 N/M ，0.8 N/M。第二MP1扭矩加載在手指上PIP，DIP和MP2方法聯(lián)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。在標(biāo)志點(diǎn)上創(chuàng)建的P1 P2和P3手指和趾骨對(duì)合成的手指關(guān)節(jié)力矩的測(cè)量。 如圖13所示的值，圖表顯示，為MP1，PIP，DIP和MP2方法聯(lián)合，最大扭矩為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。綜上所訴在安全扭矩范圍，CPM機(jī)可以移動(dòng)方便帶動(dòng)手指指骨。
圖11 （一）彎曲手指的示意圖 （二）示意圖手指的收縮和向外伸平
圖 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
圖 13 （一）MP1聯(lián)合扭矩收縮和延伸（二）收縮擴(kuò)展指間關(guān)節(jié)的扭矩（三）收縮和擴(kuò)展的DIP扭矩聯(lián)合，（D）MP2的方法關(guān)節(jié)內(nèi)收和外伸扭矩。
結(jié)論與展望
下一步，我們將組裝支持所有四個(gè)手指的其他三個(gè)手指外骨骼機(jī)。也會(huì)設(shè)計(jì)拇指模塊，包括現(xiàn)有的機(jī)制。整合所有接頭的傳感器，我們會(huì)做一些實(shí)驗(yàn)，如位置控制和阻抗控制。然后，我們將很快在醫(yī)院做臨床試驗(yàn)。同時(shí)，我們會(huì)在不同情況下得到更多受傷的手指的數(shù)據(jù)康復(fù)，這樣我們就可以改善CPM機(jī)控制方法，使它更好地滿(mǎn)足患者的要求，并一同促進(jìn)康復(fù)理論的發(fā)展。
編號(hào)：
任務(wù)書(shū)
題 目： 康復(fù)機(jī)器人的設(shè)計(jì)
學(xué) 院：
專(zhuān) 業(yè)：
學(xué)生姓名：
學(xué) 號(hào)：
指導(dǎo)教師單位：
姓 名：
職 稱(chēng)：
題目類(lèi)型：¨理論研究 ¨實(shí)驗(yàn)研究 ¨工程設(shè)計(jì) t工程技術(shù)研究 ¨軟件開(kāi)發(fā)
一、設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)）的內(nèi)容
隨著社會(huì)老齡化、疾病、事故造成的人體肢體運(yùn)動(dòng)功能障礙的增加以及人們對(duì)身體健康、康復(fù)質(zhì)量的重視，可以有效提高患者康復(fù)效果和效率的康復(fù)機(jī)器人成為康復(fù)工程領(lǐng)域的重要研究?jī)?nèi)容。采用治療師為運(yùn)動(dòng)功能障礙患者進(jìn)行一對(duì)一訓(xùn)練時(shí)，訓(xùn)練效果受治療師水平的影響，而且缺乏評(píng)價(jià)訓(xùn)練參數(shù)和康復(fù)效果關(guān)系的客觀數(shù)據(jù)，難以對(duì)訓(xùn)練參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化以獲得最佳治療方案。 因此，人們開(kāi)始研制患者運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)機(jī)器人。開(kāi)展能夠?qū)崿F(xiàn)人機(jī)交互、協(xié)調(diào)的踝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人的設(shè)計(jì)研究具有重要現(xiàn)實(shí)意義。具體內(nèi)容如下：
1、了解上肢運(yùn)動(dòng)功能障礙的主要原因和所需康復(fù)的運(yùn)動(dòng)方法，進(jìn)行調(diào)研；
2、研究針對(duì)上肢功能障礙的康復(fù)機(jī)器人結(jié)構(gòu)；
3、設(shè)計(jì)康復(fù)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)，繪制零部件圖和裝配圖。
二、設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)）的要求與數(shù)據(jù)
1、分析人體上肢的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)學(xué)，結(jié)合人機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，機(jī)器人的設(shè)計(jì)為輔助人體上肢肩、肘、腕三個(gè)關(guān)節(jié)同時(shí)參與運(yùn)動(dòng)的外骨骼式機(jī)器人；
2、康復(fù)機(jī)器人至少為3個(gè)以上自由度，具有良好的人機(jī)協(xié)調(diào)功能；
3、結(jié)構(gòu)合理，零部件設(shè)計(jì)要綜合考慮制造工藝的因素；
4、用三維軟件建立康復(fù)機(jī)器人的模型；
三、設(shè)計(jì)（設(shè)計(jì)）應(yīng)完成的工作
整個(gè)設(shè)計(jì)應(yīng)該完成以下工作：
1、完成二萬(wàn)字左右的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（設(shè)計(jì)）；在設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（設(shè)計(jì)）中必須包括詳細(xì)的300-500個(gè)單詞的英文摘要；
2、獨(dú)立完成與課題相關(guān)，不少于四萬(wàn)字符的指定英文資料翻譯（附英文原文）；
3、設(shè)計(jì)裝配圖及零件圖。
4、完成繪圖工作量折合A0圖紙3張以上，其中必須包含兩張A3以上的計(jì)算機(jī)繪圖圖紙；
四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)
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五、試驗(yàn)、測(cè)試、試制加工所需主要儀器設(shè)備及條件
計(jì)算機(jī)一臺(tái)
SolidWorks軟件一套
AutoCAD軟件一套
任務(wù)下達(dá)時(shí)間：
2012年01月09日
設(shè)計(jì)開(kāi)始與完成時(shí)間：
2012年01月09日至 2012年 06 月03日
組織實(shí)施單位：
教研室主任意見(jiàn)：
簽字： 2011 年12月30日
院領(lǐng)導(dǎo)小組意見(jiàn)：
簽字： 2012 年01月 05日