手指康复训练机器人系统设计

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近年来中风病在我国的发病率逐年增加,中风是一组以脑缺血及出血性损伤症状为主要临床表现的疾病,具有极高的致死率和致残率,是中老年人的常见病、多发病。在脑卒中的诸多后遗症中,手部功能障碍是脑卒中后偏瘫患者最常见的障碍之一,严重影响患者的日常生活活动,给患者家庭和社会带来了沉重的负担。随着人口老龄化趋势的加快,偏瘫患者逐年增加,而康复医师和康复资源却十分匮乏,因此大多数患者倾向于选择在家里自行训练,致使训练强度不够、训练方法欠缺科学性及训练步骤模糊等,导致更多患者贻误了康复的最佳时机而逐步丧失了手部的机理机能。随着计算机科学技术的发展,机器人技术开始应用于康复医疗领域,发展康复医疗机器人,利用康复医疗机器人缓解医师数量紧缺的矛盾并使患者得以自行训练,将是未来我国家庭护理的发展趋势。本文分析了国内外手指康复训练机器人的研究现状及应用情况,提出了一种手指康复训练机器人系统。具体工作内容如下:根据手指康复训练机器人系统的应用需求和应用对象,本文制定了系统的整体设计方案。本系统由5DT数据手套、康复机器人本体、机器人控制器、PC机等几个部分组成。提出了手指康复训练机器人的硬件系统设计。对人体手部结构进行了细致的分析,利用柔性末端牵引方案设计了手指康复训练机器人系统的机械结构,并根据控制需要设计了系统的控制电路,主要包括电源电路、信号采集电路、单片机处理电路、电机驱动电路和USB通信电路,并根据单片机的处理方案设计了下位机控制程序。介绍并引入数据手套,完成数据手套原始数据的采集与处理。利用OpenGL技术、Visual C++和NI控件设计了手指康复训练机器人的软件系统。其中包括手指末端位置的信息显示模块、训练模式及参数选择模块、虚拟现实环境设计,和数据库信息管理模块,其中虚拟环境还包括康复训练游戏模块。通过对基于数据手套的手指康复训练机器人系统进行数据手套与虚拟手模型的结合效果实验、康复训练模式实验、康复训练游戏实验和数据库功能验证实验,验证了本系统各个模块功能良好,实现了预期的功能。
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