3DOF可穿戴式上肢康復(fù)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及仿真研究的開(kāi)題報(bào)告

3DOF可穿戴式上肢康復(fù)機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及仿真研究的開(kāi)題報(bào)告一、研究背景隨著年齡的增長(zhǎng)和生活方式的改變，上肢功能障礙問(wèn)題越來(lái)越普遍。尤其在中風(fēng)、腦損傷和外傷等疾病后的康復(fù)中，上肢的功能恢復(fù)尤為關(guān)鍵。傳統(tǒng)的上肢康復(fù)方法主要是通過(guò)物理治療和康復(fù)訓(xùn)練來(lái)進(jìn)行，但這種方法存在效率低、康復(fù)時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題。近年來(lái)，隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)器人康復(fù)逐漸成為一種新的上肢康復(fù)手段。機(jī)器人康復(fù)不僅能夠提高康復(fù)效果，還能夠減輕醫(yī)護(hù)人員的工作量。在現(xiàn)有的機(jī)器人康復(fù)系統(tǒng)中，多自由度（DOF）的機(jī)器人系統(tǒng)受到廣泛關(guān)注。但是，大多數(shù)的多DOF機(jī)器人康復(fù)系統(tǒng)相對(duì)較大、臃腫，并且成本較高。與之相反，三自由度（3DOF）機(jī)器人康復(fù)系統(tǒng)具有體積小、重量輕、成本低等特點(diǎn)，因此在上肢機(jī)器人康復(fù)的研究中得到普遍應(yīng)用。二、研究?jī)?nèi)容本研究將設(shè)計(jì)一款3DOF可穿戴式上肢康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用輕量化的可穿戴式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠在醫(yī)療機(jī)構(gòu)或家庭中進(jìn)行使用。系統(tǒng)包括上臂、肘關(guān)節(jié)和手腕三個(gè)自由度，以實(shí)現(xiàn)上肢的多自由度運(yùn)動(dòng)。為了提高康復(fù)效果，系統(tǒng)還將配備生物反饋控制系統(tǒng)，能夠?qū)颊哌M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和反饋。此外，系統(tǒng)還將采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，提供更為豐富的康復(fù)體驗(yàn)。本研究的主要工作包括：1.設(shè)計(jì)3DOF可穿戴式上肢康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；2.開(kāi)發(fā)康復(fù)控制算法并實(shí)現(xiàn)其在系統(tǒng)中的控制；3.進(jìn)行系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)仿真研究，并優(yōu)化設(shè)計(jì)的參數(shù)；4.考慮系統(tǒng)的可穿戴性和人機(jī)交互性，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的人機(jī)交互設(shè)計(jì)；5.完成系統(tǒng)的硬件制造、軟件開(kāi)發(fā)和系統(tǒng)測(cè)試。三、研究意義本研究將設(shè)計(jì)一款輕量化、可穿戴式的3DOF上肢康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)，并采用生物反饋和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，能夠提供更為優(yōu)質(zhì)的康復(fù)體驗(yàn)。該系統(tǒng)的應(yīng)用可以幫助很多需要康復(fù)治療的患者，提高康復(fù)效果，縮短康復(fù)時(shí)間。此外，該系統(tǒng)具有成本低、可穿戴式等特點(diǎn)，具有極高的實(shí)用價(jià)值和市場(chǎng)前景。四、研究方法本研究采用設(shè)計(jì)、仿真和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、康復(fù)控制算法、參數(shù)優(yōu)化、硬件制造、軟件開(kāi)發(fā)和系統(tǒng)測(cè)試等多個(gè)方面進(jìn)行研究。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，將使用CAD軟件進(jìn)行三維建模，并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真和動(dòng)力學(xué)仿真。在康復(fù)控制算法的設(shè)計(jì)中，將采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和生物反饋技術(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能化控制和康復(fù)效果的優(yōu)化。在系統(tǒng)制造和測(cè)試中，將對(duì)系統(tǒng)的可穿戴性、穩(wěn)定性、控制效果等方面進(jìn)行測(cè)試和評(píng)估。五、預(yù)期成果本研究預(yù)期能夠設(shè)計(jì)出一款輕量化、可穿戴式的3DOF上肢康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)，能夠提供更為優(yōu)質(zhì)的康復(fù)體驗(yàn)。預(yù)期達(dá)到以下成果：1.設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的三維模型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；2.研究康復(fù)控制算法，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制；3.進(jìn)行系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真和動(dòng)力學(xué)仿真，并優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)；4.設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的人機(jī)交互設(shè)計(jì)；5.完成系統(tǒng)的硬件制造、軟件開(kāi)發(fā)和系統(tǒng)測(cè)試。六、研究計(jì)劃本研究的時(shí)間安排如下：第一年：系統(tǒng)設(shè)計(jì)和康復(fù)控制算法研究；第二年：系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)仿真和參數(shù)優(yōu)化；第三年：系統(tǒng)的人機(jī)交互設(shè)計(jì)和硬件制造；第四年：系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)和系統(tǒng)測(cè)試。七、研究團(tuán)隊(duì)本研究由多位學(xué)者組成的研究團(tuán)隊(duì)共同完成，團(tuán)隊(duì)成員具備較強(qiáng)的機(jī)器人控制和機(jī)械設(shè)計(jì)能力。八、參考文獻(xiàn)[1]王敏,丁偉,魯亮.可穿戴式上肢康復(fù)機(jī)器人技術(shù)的研究現(xiàn)狀[J].康復(fù)醫(yī)學(xué)研究與實(shí)踐,2016,30(4):350-353.[2]馬麗丹,韓鑫,王君,等.可穿戴式上肢康復(fù)機(jī)器人設(shè)計(jì)與控制研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,201