一种新型四自由度的上肢康复机器人

doi:10.3969/j.issn.1006-9771.2019.10.016

《中国康复理论与实践》 ›› 2019, Vol. 25 ›› Issue (10): 1202-1208.doi: 10.3969/j.issn.1006-9771.2019.10.016

一种新型四自由度的上肢康复机器人

张伟胜^1,2,3, 喻洪流^1,2,3, 黄小海^1,2,3, 魏文韬^1,2,3, 孟巧玲^1,2,3, 王多琎^1,2,3

1.上海理工大学医疗器械与食品学院康复工程与技术研究所，上海市 200093;
2.上海康复器械工程技术研究中心，上海市200093;
3.民政部神经功能信息与康复工程重点实验室，上海市 200093

出版日期:2019-10-25 发布日期:2019-10-30
通讯作者: 喻洪流，E-mail: yhl198@hotmail.com E-mail:yhl198@hotmail.com
作者简介:张伟胜(1993-)，男，汉族，安徽安庆市人，硕士研究生，主要研究方向：康复机器人。
基金资助:
上海市科技支撑项目(No. 16441905602; No. 16441905102; No. 16441905202)

A Novel Four-Degree-of-Freedom Upper Limb Rehabilitation Robot

ZHANG Wei-sheng^1,2,3, YU Hong-liu^1,2,3, HUANG Xiao-hai^1,2,3, WEI Wen-tao^1,2,3, MENG Qiao-ling^1,2,3, WANG Duo-jin^1,2,3

1.Institute of Rehabilitation Engineering and Technology, School of Medical Instrument and Food Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China;
2.Shanghai Engineering Research Center of Assistive Devices, Shanghai 200093, China;
3.Key Laboratory of Neural Function Information and Rehabilitation Engineering of the Ministry of Civil Affairs, Shanghai 200093, China

Published:2019-10-25 Online:2019-10-30
Contact: YU Hong-liu, E-mail: yhl198@hotmail.com E-mail:yhl198@hotmail.com
Supported by:
Supported by Shanghai Science and Technology Support Project (No.16441905602; No.16441905102; No.16441905202)

摘要/Abstract

摘要： 目的针对目前大多数上肢康复机器人串联式结构的弊端，设计一款新型四自由度上肢康复机器人。方法将肩、肘关节驱动系统及信息检测系统集中放置在基座内，设计同步带传动系统及弧齿锥齿轮传动系统将动力经过杆件从基座内传递至机械臂的肩、肘关节；选用基于关节空间的三次多项式轨迹规划法对取物和画四边形两种动作进行轨迹规划，并设计单自由度运动控制实验及多自由度轨迹规划实验验证设计的合理性及可行性。结果该康复机器人各关节均能按照设计的速度达到设计的运动范围，且能够较准确地完成规划好的康复训练动作。结论该机器人有效减小了机械臂的体积和质量，克服了电机噪声、辐射等对患者康复训练的影响，且能够辅助患者完成多种康复运动。

关键词: 上肢, 康复机器人, 关节空间, 轨迹规划

Abstract: Objective A novel four-degree-of-freedom upper limb rehabilitation robot was designed to overcome the shortcomings of the structure of the most of serial robots. Methods The shoulder and elbow joint drive system and the information detection system were placed in the base. The synchronous belt drive system and the spiral bevel gear transmission system were designed to transmit power from the base to the shoulder and elbow joint of the arm. The cubic polynomial trajectory planning method based on the joint space was selected to accomplish the trajectory planning of the recovery movements of taking objects and drawing quadrilaterals, and the single-degree-of-freedom motion control experiment and multi-degree-of-freedom trajectory planning experiment were designed to verify the rationality and feasibility of the design. Results Each joint of the rehabilitation robot reached the designed range of motion at the designed speed, and well completed the planned rehabilitation training movements. Conclusion This robot can effectively reduce the volume and mass of the mechanical arm, overcome the influence of motor noise and radiation on patients' rehabilitation training, and assist patients to complete a variety of rehabilitation exercises.

Key words: upper limb, rehabilitation robot, joint space, trajectory planning

中图分类号:

R496

张伟胜, 喻洪流, 黄小海, 魏文韬, 孟巧玲, 王多琎. 一种新型四自由度的上肢康复机器人[J]. 《中国康复理论与实践》, 2019, 25(10): 1202-1208.

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