【摘 要】
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为解决传统刚性手部康复装置存在的结构复杂、重量与体积较大等不足,本文利用软体机器人可连续变形、非结构化环境适应性高、质量轻便等优点,提出一种基于织物增强的关节式软体手部康复装置,并围绕其开展结构设计与制备、性能测试及康复训练等研究工作。通过分析人类手部骨骼结构及运动特征,确定织物增强关节式软体康复手指总体设计方案,并以此为基础进行应变层材料选择、硅胶基体及软体关节结构设计,利用数学模型理论分析的方
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为解决传统刚性手部康复装置存在的结构复杂、重量与体积较大等不足,本文利用软体机器人可连续变形、非结构化环境适应性高、质量轻便等优点,提出一种基于织物增强的关节式软体手部康复装置,并围绕其开展结构设计与制备、性能测试及康复训练等研究工作。通过分析人类手部骨骼结构及运动特征,确定织物增强关节式软体康复手指总体设计方案,并以此为基础进行应变层材料选择、硅胶基体及软体关节结构设计,利用数学模型理论分析的方法确定硅胶基体与软体关节设计参数。最终,结合3D打印与浇注成型技术制备织物增强关节式软体手部康复装置。为测试关节式软体康复手指单元运动性能。搭建集成式水压直驱动力源系统与三自由度试验平台,并对软体康复手指单元开展关节弯曲角度、运动轨迹及输出力等研究工作。通过试验结果分析,表明本文设计的关节式软体康复手指达到了预期设计指标。利用表面肌电信号(sEMG)采集技术开发了基于sEMG的软体康复手套控制系统,以比例减压阀为基础完成了康复手套压力控制气动系统的设计,再以Arduino为核心实现了软体康复手套的姿态控制。为验证所提出的织物增强关节式软体手部康复装置性能,基于康复手套控制系统开展模拟连续被动康复训练与抓握试验,结果表明:康复手套可通过采集手势信息产生主从式康复动作,达到了康复训练功能并具有抓握物品的良好性能。本论文主要创新点如下:(1)本文提出一种关节式软体手部康复装置,通过对单层织物剪裁与拼接构建复合织物的方法将康复手套设计成软体关节部分与指骨部分,对软体关节织物层特殊结构设计使其运动机理更符合人手运动学特征。(2)本文提出一种基于弹性织物的应变层材料,通过对所选织物经、纬向复合拼接的方法来构建限制应变层复合织物,避免限制应变层织物材料二次选择。有效降低了不同类型织物间因结构属性不同而产生拼接不牢固或发生异向性等缺点,使软体康复手套更接近于一体化。
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