机械设计报告

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机械设计报告

：【WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998】

清华大学机械设计综合实践

题目：上肢康复机器人系统设计

系 别：精密仪器与机械学系 专 业：机械工程及自动化 班 级：精85班

姓 名：张智、李思维、许剑 学 号、、 指导教师：季林红 日期：2011年6月

摘要:

上肢康复训练在临床上应用非常广泛。对于中风病人，对其偏瘫部位进行康复训练是十分重要和关键的医疗手段，及早进行康复训练可以大大减少残疾的可能性。同时，由于一些事故而造成神经损伤或者肢体损伤的人数也越来越多，尤其是上肢运动功能的丧失，极大地影响了患者日常生活的能力。对于这些偏瘫和肢体受损伤的患者，进行康复训练是十分重要和关键的医疗手段。传统的康复治疗中，治疗师手把手地对患者进行一对一的康复训练，这种方式是一种劳力集中的过程，训练效率和训练强度难以保证，训练效果受到治疗师水平的影响，而且患者参与治疗的主动性不够。

目前开发研究的上肢康复训练机器人体积过于庞大，虽然功能强大，但是价格昂贵，绝大多数患者无力承受。我们旨在设计一种可以惠及更多人的价格低廉，同时可以很好的带动患者进行训练的上肢康复训练机器人，并完成了运动方案设计计算和结构设计，绘制了三维图，并将部分关键组件和零件转成了加工用的二维图。

关键词：上肢康复训练机器人；四连杆机构；结构设计；钢丝绳结构

目录

1 引言

机械设计综合实践任务书 任务的目的与意义 相关技术的发展现状 存在的问题分析

初步的解决方案和技术路线

2 机械系统运动方案设计

功能分解及功能原理设计

执行机构方案设计 确定原动机及传动系统 拟定机械系统运动方案 机械系统运动方案的评价与决策 机械系统运动与动力分析

3 机械系统结构设计

总体布局及结构草图设计 总体结构设计

侧面运动摇杆设计 万向节结构设计 连杆机构尺度设计 典型部件装配图 典型零件图

引言

机械设计综合实践任务书

设计背景

中风、脑卒中等脑血管病是我国发病率高的常见病，在其幸存者中，病残率高达70%-80%，其主要的后遗症是神经性偏瘫，以半身瘫痪或者单肢瘫痪为主。在所有严重的偏瘫患者中，大概仅有18%能够恢复所有运动功能，有不同程度的劳动能力丧失，生活依赖他人照顾，给家庭及社会带来沉重负担。 设计目标

设计一个具有如下功能的上肢康复机构：

（1）够辅助患者上肢实施一些常规动作，如辅助肩、肘关节的屈伸以及各关节间的复杂联动。

（2）操作系统尽量简单，主动、和被动操作过程中指定点的运动速度和力可控。

（3）患者穿戴方便。 设计内容

（1）学习和了解人体上肢运动规律以及偏瘫等神经损伤情况下的表现特者，调研上肢康复辅助系统在国内外的相关产品和专利、文献，结合人体和上肢相关参数测量结果的统计分析，提出具体的设计指标、核心技术和解决方案，并进行论证，制定技术路线和时间安排，完成开题报告。

（2）根据任务要求，组员间合理分配任任务，每个成员完成相应的工作，包括方案的调研、讨论、选择、计算、设计和制图，以及产品说明书等。

（3）对设计的机构进行结构优化，包括机构方案的分析、比较及设计，并回执零件图和装配图，节能型关键零部件的校核，撰写机构设计说明书。

（4）在开题报告、机构设计和机构设计说明书的基础上，整理出机械设计综合实践报告，并撰写答辩PPT，进行答辩。

（5）需提交存档的资料：①全部调研资料；②机械设计综合实践报告；③答辩PPT；④设计的零件图和装配图。

任务的目的与意义

医学和神经科学研究结果表明，真正难于康复的严重偏瘫患者仅占患者总数的10%，70~80%的患者若给予及时的康复治疗，可恢复部分或者绝大部分运动功能，生活能够自理。因此寻求有效的康复手段，帮助患者重新建立全部或者部分运动功能，不仅有利于提高患者自身的生活质量，更有利于从总体上减轻社会负担。为了减轻家庭和社会的经济负担，提高康复训练效率，研究康复

训练效率，研究者们将机器人技术应用于康复领域。机器人不存在疲倦的问题，能够满足不同患者对训练强度的要求既可提供有效的康复训练，又不增加临床医疗人员的负担和卫生保健的成本。另外，机器人可以记录详实的治疗数据及图形，能提供客观、准确的治疗和评价参数，有助于机器人辅助治疗偏瘫研究的深入开展，具有改善康复效果和提高康复效率的潜力。近年来，国外一些研究机构开展了上肢康复机器人的研究，已得到一些初步的结论。

相关技术的发展现状

国内发展现状

近些年，国内外不少研究者在上肢康复方面做了许多的工作，国内约有关于上肢康复的专利40多个，文献资料若干。而国外，在该领域更是研究颇深，不少成果已经投入到使用中，并取得了较好的效果。 专利：一种可穿戴式上肢康复训练机器人装置[1]

该装置能对患者上肢关节进行局部或者整体的全方位康复训练。该装置的肩关节由肩顶架、肩侧架和肩部角度传感器组成，上臂有上臂角传感器、上臂杆、上臂支撑架和第一、第二臂肘连接杆构成，肘关节包括肘环架、肘关节角速度传感器和前臂杆，前臂包括外圈、滚珠轴、滚珠和内圈；腕关节包括腕前杆、腕环架、腕关节角度传感器和第一、第二腕掌连接杆，其手掌包括第一、第二手指、第一、第二指头紧固件、握杆和回伸拉杆。该装置具有8个自由度，康复训练中能够提供较多的活动度，使人体上肢的主要关节都能得到辅助训练；采用可穿戴式结构，达到辅助完成患者的日常生活需要的目的。

该装置的优点在于运动自由度较多，能够更多的实现手臂的运动，相对结构也较为简单。但是该装置也存在一些不容忽视的缺陷：没有动力源，不能够使患者被动训练，需要患者在已经有一定的恢复后方能够使用；机械结构几乎都承载在患者手臂上，如重量大的话患者无法使用。在该装置基础上，如增加动力源和支撑装置，将会取得较好的效果，但是却会使造价提高，精度要求高，安全性等要求也上升。