【摘 要】
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随着世界人口结构老龄化的加速,脑卒中等疾病患者人数不断增多,同时其它一些意外事故的发生,都会导致大脑对身体其它部位的控制能力丧失,其中手部运动功能的丧失对人的影响最大。大脑对手部运动控制功能的缺失,使得患者在生活中丧失了基本的生活自理能力,相关肌肉组织如果长期停止运动,那么便会使其发生萎缩等其它不可修复的损害,同时也给家人和社会造成了巨大的负担。因此在近些年,各个国家的研究人员逐渐对该问题重视起来
【基金项目】
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国家自然科学基金“液冷记忆合金弹簧驱动无关节手外骨骼关键技术研究”,项目编号:51505072;
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随着世界人口结构老龄化的加速,脑卒中等疾病患者人数不断增多,同时其它一些意外事故的发生,都会导致大脑对身体其它部位的控制能力丧失,其中手部运动功能的丧失对人的影响最大。大脑对手部运动控制功能的缺失,使得患者在生活中丧失了基本的生活自理能力,相关肌肉组织如果长期停止运动,那么便会使其发生萎缩等其它不可修复的损害,同时也给家人和社会造成了巨大的负担。因此在近些年,各个国家的研究人员逐渐对该问题重视起来,在该领域的研究和投入也越来越多,这些年研究学者也开发出多种形式的外骨骼康复机构来解决患者手指功能的康复问题,并取得了一定的成就,但是受限于目前的科学技术等其它客观条件,如今已开发出的外骨骼康复机构在驱动、感知、意图等方面还存在着很多不足,使得康复机构在便携性、移动性以及康复效果方面不尽人意,因此大多数研究成果还停留在理论层面,并未得到广泛的普及和应用。本文在原有单向耦合方案的基础之上,进行深入研究,对外骨骼康复机构的功能进行进一步升级和完善。首先解决了在双向耦合约束下运动过程中发生的线缆干涉的问题,建立了三个关节间在运动过程中数学模型,找到最佳的布线位置,在保证手指关节运动次序可靠性的前提下提高了装置的灵活度,同时降低了结构的冗余程度和重量;其次本文采用了线缆驱动的方式,根据系统的驱动形式,开发出一套电机——形状记忆合金弹簧混合驱动方案,提高了康复装置的适用性和安全性。为了能够准确控制输出力的大小,本文还对形状记忆合金的相变形式进行了深入了解,以记忆合金的应力——应变——温度关系为基础,得到形状记忆合金弹簧的力学模型,使驱动装置更加轻便,输出力更加准确。然后通过搭建实验平台,通过对指尖力的输出与给定的预期进行对比、分析,对理论数学模型的可行性进行了验证,得到了不错的效果反馈。
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