床旁上肢康复机器人设计研究
Research on Bedside Upper Limb Rehabilitation Robot
DOI: 10.12677/MOS.2023.123195, PDF,    科研立项经费支持
作者: 杜妍辰, 龚玲凯, 张洪源, 喻洪流:上海理工大学康复工程与技术研究所,上海;上海康复器械工程技术研究中心,上海;民政部神经功能信息与康复工程重点实验室,上海
关键词: 上肢康复机器人上肢功能障碍上肢康复Upper Limb Rehabilitation Robot Upper Limb Dysfunction Upper Limb Rehabilitation
摘要: 目的:针对由脑卒中导致的卧床的上肢偏瘫患者,设计一种床旁式上肢康复训练机器人。方法:通过研究人体上肢结构与运动,进行床旁上肢康复机器人的构型和尺寸优化设计。通过模块化建模思想综合功能构型尺寸等因素进行机械设计,使用ANSYS仿真对关键零部件进行强度校核。构建床旁上肢机器人运动学模型,并进行正逆运动学方程的计算与分析,进行机器人训练轨迹研究。结果:该床旁式上肢康复训练机器人在验证过程中无机械干涉,能实现上肢康复训练的要求,训练效果均达到预期。结论:该床旁式上肢康复训练机器人设计合理,方法可行。
Abstract: Objective: To design a bedside upper limb rehabilitation training robot for patients with upper limb hemiplegia caused by stroke. Methods: By studying the structure and movement of human upper limbs, the configuration and size of bedside upper limb rehabilitation robot were optimized. Me-chanical design is carried out by integrating functional configuration dimensions and other factors through modular modeling idea, and the strength of key components is checked by ANSYS simula-tion. The kinematics model of bedside upper limb robot is constructed, and the forward and inverse kinematics equations are calculated and analyzed to study the robot training trajectory. Results: The bedside upper limb rehabilitation training robot had no mechanical interference in the verifi-cation process and could meet the requirements of upper limb rehabilitation training. Conclusion: The bedside upper limb rehabilitation training robot is reasonable in design and feasible in meth-od. The training effect has reached the expectation.
文章引用:杜妍辰, 龚玲凯, 张洪源, 喻洪流. 床旁上肢康复机器人设计研究[J]. 建模与仿真, 2023, 12(3): 2125-2140. https://doi.org/10.12677/MOS.2023.123195

参考文献

[1] 王陇德, 刘建民, 杨弋, 彭斌, 王伊龙. 我国脑卒中防治仍面临巨大挑战——《中国脑卒中防治报告2018》概要[J]. 中国循环杂志, 2019, 34(2): 105-119..
[2] 吴万容. 脑卒中偏瘫患者肢体运动功能的康复护理训练[J]. 实用临床护理学电子杂志, 2017, 2(3): 59.
[3] 成洋. 个体化主动康复训练用于脑出血恢复期的神经功能重建价值探究[J]. 海南医学院学报, 2018, 24(4): 468-471.
[4] 梁天佳, 吴小平, 莫明玉. 上肢康复机器人训练对偏瘫患者上肢功能恢复的影响[J]. 中国康复医学杂志, 2012, 27(3): 254-256..
[5] 毛丽民, 卢振利, 安唱, 等. 上肢康复训练机器人的研究[J]. 制造业自动化, 2017, 39(2): 65-69.
[6] 刘恩辰, 梁蔓安. 上肢康复机器人研究进展[J]. 中国康复理论与实践, 2014(9): 895, 897.
[7] 冷冰, 李旺鑫, 刘斌. 上肢康复机器人研究及发展[J]. 科学技术与工程, 2021, 21(11): 4311-4322.
[8] Krebs, H.I., Fer-raro, M., Buerger, S.P., et al. (2004) Rehabilitation Robotics: Pilot Trial of a Spatial Extension for MIT-Manus. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation, 1, Article No. 5.
[9] Qiu, Q., Ramirez, D.A., Saleh, S., et al. (2009) The New Jersey Institute of Technology Robot-Assisted Virtual Rehabilitation (NJIT-RAVR) System for Children with Cerebral Palsy: A Fea-sibility Study. Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation, 6, Article No. 40. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
[10] 鲁守银, 张蔚然, 赵洪华. 主从式上肢外骨骼康复机器人的运动学研究[J]. 济南大学学报(自然科学版), 2021, 35(5): 1494-501.
[11] Tobias, N., Marco, G. and Robert, R. (2009) ARMin III—Arm Therapy Exoskeleton with an Ergonomic Shoulder Actuation. Applied Bionics and Biomechanics, 6, 127-142. [Google Scholar] [CrossRef
[12] Raymond, T. (2011) A Wearable Exoskeletal Rehabilitation Robot for Interactive Therapy. Biomechatronics in Medicine and Healthcare, 1, 9-30.
[13] 林斌, 张海参, 郭志民, 等. 正常国人活体肩锁关节的运动特点[J]. 临床骨科杂志, 2009, 12(4): 451-454.
[14] 任凭, 何梦伊. 二自由度悬索并联机器人计算力矩控制[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2021, 61(3): 209-216.
[15] 徐国政, 宋爱国, 高翔, 等. 机器人辅助上肢关节运动控制与临床实验研究[J]. 机器人, 2012, 34(1): 92-97, 103.
[16] 陈苗苗. 上肢康复机器人辅助训练对脑卒中偏瘫患者上肢运动功能及日常活动能力的影响[J]. 双足与保健, 2017, 26(13): 59, 63.
[17] Si, L.L. and Zhang, J.B. (2015) Finite El-ement Analysis on the Key Parts of Rubber Suspension. Advanced Materials Research, 1090, 217-221. [Google Scholar] [CrossRef
[18] 李醒, 王建辉, 方晓柯. 五自由度上肢康复机器人动力学建模及仿真[J]. 控制工程, 2012, 19(5): 823-826, 831.