外骨骼肩关节仿生运动的实现研究_李海涛.pdfVIP

第 卷 第 期 青 岛 大 学 学 报 工 程 技 术 版 　 ３０ ４ 　 （ ）　 Ｖｏｌ．３０Ｎｏ．４ 年 月 　２　０　１　５ １　２ ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＱＩＮＧＤＡＯ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ （Ｅ＆Ｔ） Ｄｅｃ．２　０　１　５ 文章编号 ：１００６－９７９８（２０１５）０４－００９１－０５；ＤＯＩ：１０．１３３０６／ｊ．１００６－９７９８．２０１５．０４．０１７ 外骨骼肩关节仿生运动的实现研究 李海涛 王 钰 佟河亭 ， 　 ， 青岛大学机电工程学院 山东 青岛 （ ， ２６６０７１） 摘要：为了更好的实现外骨骼上肢康复机械臂仿人的康复动作，即在手臂自然下垂状态 下，实现大臂的直接外展动作，本文通过分析人体肩关节的结构和基本动作以及部分已存 在的外骨骼机械臂肩关节的不足，对运动模型进行简化，设计了一种三自由度外骨骼式肩 关节。该设计应用在外骨骼机械臂上，可以使机械臂在手臂自然下垂状态下实现外展／内 收 前屈 后展 水平外展 水平内收 个基本动作 这样的三自由度 、 ／ 、 ／ ３ ， （ｄｅｇｒｅｅ　ｏｆ　ｆｒｅｅｄｏｍ， 联动 可以使外骨骼机械臂实现的日常功能动作更符合人体关节的生理需求 更接 ＤＯＦ） ， ， 近人体自然运动规律。而且三维模型运动模拟结果表明，此设计可达到预期的仿人运动 效果。该研究对临床康复仿生运动具有积极意义。 关键词：肩关节；外骨骼；功能性康复；仿生运动 中图分类号 文献标识码 ：ＴＨ１２２；ＴＰ２４２．３ ：Ａ 中国人口基数庞大 脑卒中 中风 和外伤造成的偏瘫患者数量众多 且呈现不断年轻化的趋势［ ］ 目 　　 ， （ ） ， １－２ 。 前，理疗康复是最有效的治疗方法［３］，但康复过程需要理疗师手动辅助患者实现康复动作，这对理疗师的劳 动强度要求太高，因此，康复机器人成为康复理疗领域的首选。上肢康复可使偏瘫患者实现基本的生活自 理，外骨骼式上肢康复机械臂的肩关节由于自由度多而成为外骨骼机械臂难模拟的一个关节［４］，肩关节可运 动的范围决定了手臂可到达的范围，并且大部分可用的肩关节设计偏理论化，具体实现物理结构时相当困 难［５］，而且有些商品化的产品，其结构不能满足人体生理运动需求。基于此，为帮助患者进行日常功能性康 复，本文对现有临床应用的外骨骼肩关节进行改进，使外骨骼机械臂的肩关节在手臂初始状态下，可以在一 定范围内向任意方向运动，通过分析肩关节的球窝模型［６］，对肩关节进行必要的简化和解耦，参照商品化的 康复外骨骼机械臂肩关节，设计了一种三自由度外骨骼式肩关节，使外骨骼设备在辅助患者完成功能