機械制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文[精品論文]柔順膝關節(jié)康復器結構及控制技術研究

1、機械制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)論文 精品論文 柔順膝關節(jié)康復器結構及控制技術研究關鍵詞：膝關節(jié)康復 康復訓練器 康復器驅動 計算機控制摘要：持續(xù)被動運動(CPM)是目前膝關節(jié)損傷患者術后康復訓練的重要方法。傳統(tǒng)的CPM康復訓練器械多是機械-電機式的，雖然可以達到很高的位置精度，但為患者提供的是剛性、被動的鍛煉。傳統(tǒng)的CPM機與患者的剛性接觸容易對患者造成二次傷害；另一方面，被動運動無法滿足患者康復后期肢體的肌肉力量訓練要求，而大量的臨床觀察和統(tǒng)計表明：術后進行主-被動綜合訓練與只進行被動訓練相比，可明顯減輕患者疼痛，加快關節(jié)功能康復。因此，研究開發(fā)一種柔順的主-被動結合的新型膝關節(jié)康復訓練器，具有

2、重要的學術意義和實際應用價值。本研究主要內容包括： (1)研究并提出了一種利用氣動人工肌肉和氣缸串聯(lián)組成復合驅動器作為動力源的新型柔順膝關節(jié)康復器械新結構。利用氣動人工肌肉的柔順性，克服了傳統(tǒng)CPM機只提供剛性訓練的弊端。利用氣缸的長行程解決了氣動肌肉行程短導致膝關節(jié)彎曲角度小的技術難題。通過單獨控制氣缸兩腔壓力來靈活驅動活塞自由伸縮，實現了膝關節(jié)康復器主動訓練功能。 (2)為了實現不同康復階段對不同訓練要求的控制，對膝關節(jié)康復器的控制系統(tǒng)進行研究。根據研究的實際情況，確定了PC機+數據采集卡的控制方法，軟件控制平臺選擇LabVIEW軟件對傳感器和控制閥進行控制。各訓練參數在模塊中均可調，滿足

3、了人機交互要求。通過控制各驅動器工作壓力及壓力變化方式，實現了膝關節(jié)康復器的周期、平穩(wěn)動作。 (3)研究建立了柔順膝關節(jié)康復器的理論模型，并對柔順康復器樣機的工作特性進行了試驗研究。結果表明：康復器在被動和主動運動方式下的最大轉角分別為82°和130°。在試驗對象體重為45kg的情況下，康復器完成一個彎曲伸展周期的時間為25s，速度為6°/s，平均角加速度為2.5°/s2。試驗結果同時表明康復器滿足了柔順性和主-被動訓練相結合的功能要求。正文內容 持續(xù)被動運動(CPM)是目前膝關節(jié)損傷患者術

4、后康復訓練的重要方法。傳統(tǒng)的CPM康復訓練器械多是機械-電機式的，雖然可以達到很高的位置精度，但為患者提供的是剛性、被動的鍛煉。傳統(tǒng)的CPM機與患者的剛性接觸容易對患者造成二次傷害；另一方面，被動運動無法滿足患者康復后期肢體的肌肉力量訓練要求，而大量的臨床觀察和統(tǒng)計表明：術后進行主-被動綜合訓練與只進行被動訓練相比，可明顯減輕患者疼痛，加快關節(jié)功能康復。因此，研究開發(fā)一種柔順的主-被動結合的新型膝關節(jié)康復訓練器，具有重要的學術意義和實際應用價值。本研究主要內容包括： (1)研究并提出了一種利用氣動人工肌肉和氣缸串聯(lián)組成復合驅動器作為動力源的新型柔順膝關節(jié)康復器械新結構。利用氣動人工肌肉的柔順性

5、，克服了傳統(tǒng)CPM機只提供剛性訓練的弊端。利用氣缸的長行程解決了氣動肌肉行程短導致膝關節(jié)彎曲角度小的技術難題。通過單獨控制氣缸兩腔壓力來靈活驅動活塞自由伸縮，實現了膝關節(jié)康復器主動訓練功能。 (2)為了實現不同康復階段對不同訓練要求的控制，對膝關節(jié)康復器的控制系統(tǒng)進行研究。根據研究的實際情況，確定了PC機+數據采集卡的控制方法，軟件控制平臺選擇LabVIEW軟件對傳感器和控制閥進行控制。各訓練參數在模塊中均可調，滿足了人機交互要求。通過控制各驅動器工作壓力及壓力變化方式，實現了膝關節(jié)康復器的周期、平穩(wěn)動作。 (3)研究建立了柔順膝關節(jié)康復器的理論模型，并對柔順康復器樣機的工作特性進行了試驗研究

6、。結果表明：康復器在被動和主動運動方式下的最大轉角分別為82°和130°。在試驗對象體重為45kg的情況下，康復器完成一個彎曲伸展周期的時間為25s，速度為6°/s，平均角加速度為2.5°/s2。試驗結果同時表明康復器滿足了柔順性和主-被動訓練相結合的功能要求。持續(xù)被動運動(CPM)是目前膝關節(jié)損傷患者術后康復訓練的重要方法。傳統(tǒng)的CPM康復訓練器械多是機械-電機式的，雖然可以達到很高的位置精度，但為患者提供的是剛性、被動的鍛煉。傳統(tǒng)的CPM機與患者的剛性接觸容易對患者造成二次傷害；另一方面

7、，被動運動無法滿足患者康復后期肢體的肌肉力量訓練要求，而大量的臨床觀察和統(tǒng)計表明：術后進行主-被動綜合訓練與只進行被動訓練相比，可明顯減輕患者疼痛，加快關節(jié)功能康復。因此，研究開發(fā)一種柔順的主-被動結合的新型膝關節(jié)康復訓練器，具有重要的學術意義和實際應用價值。本研究主要內容包括： (1)研究并提出了一種利用氣動人工肌肉和氣缸串聯(lián)組成復合驅動器作為動力源的新型柔順膝關節(jié)康復器械新結構。利用氣動人工肌肉的柔順性，克服了傳統(tǒng)CPM機只提供剛性訓練的弊端。利用氣缸的長行程解決了氣動肌肉行程短導致膝關節(jié)彎曲角度小的技術難題。通過單獨控制氣缸兩腔壓力來靈活驅動活塞自由伸縮，實現了膝關節(jié)康復器主動訓練功能。

8、 (2)為了實現不同康復階段對不同訓練要求的控制，對膝關節(jié)康復器的控制系統(tǒng)進行研究。根據研究的實際情況，確定了PC機+數據采集卡的控制方法，軟件控制平臺選擇LabVIEW軟件對傳感器和控制閥進行控制。各訓練參數在模塊中均可調，滿足了人機交互要求。通過控制各驅動器工作壓力及壓力變化方式，實現了膝關節(jié)康復器的周期、平穩(wěn)動作。 (3)研究建立了柔順膝關節(jié)康復器的理論模型，并對柔順康復器樣機的工作特性進行了試驗研究。結果表明：康復器在被動和主動運動方式下的最大轉角分別為82°和130°。在試驗對象體重為45kg的情況下，康復器完成一個彎曲伸展周期的時

9、間為25s，速度為6°/s，平均角加速度為2.5°/s2。試驗結果同時表明康復器滿足了柔順性和主-被動訓練相結合的功能要求。持續(xù)被動運動(CPM)是目前膝關節(jié)損傷患者術后康復訓練的重要方法。傳統(tǒng)的CPM康復訓練器械多是機械-電機式的，雖然可以達到很高的位置精度，但為患者提供的是剛性、被動的鍛煉。傳統(tǒng)的CPM機與患者的剛性接觸容易對患者造成二次傷害；另一方面，被動運動無法滿足患者康復后期肢體的肌肉力量訓練要求，而大量的臨床觀察和統(tǒng)計表明：術后進行主-被動綜合訓練與只進行被動訓練相比，可明顯減輕患者疼痛，加快關節(jié)功能康復。因此，研究開發(fā)一種柔順的

10、主-被動結合的新型膝關節(jié)康復訓練器，具有重要的學術意義和實際應用價值。本研究主要內容包括： (1)研究并提出了一種利用氣動人工肌肉和氣缸串聯(lián)組成復合驅動器作為動力源的新型柔順膝關節(jié)康復器械新結構。利用氣動人工肌肉的柔順性，克服了傳統(tǒng)CPM機只提供剛性訓練的弊端。利用氣缸的長行程解決了氣動肌肉行程短導致膝關節(jié)彎曲角度小的技術難題。通過單獨控制氣缸兩腔壓力來靈活驅動活塞自由伸縮，實現了膝關節(jié)康復器主動訓練功能。 (2)為了實現不同康復階段對不同訓練要求的控制，對膝關節(jié)康復器的控制系統(tǒng)進行研究。根據研究的實際情況，確定了PC機+數據采集卡的控制方法，軟件控制平臺選擇LabVIEW軟件對傳感器和控制閥

11、進行控制。各訓練參數在模塊中均可調，滿足了人機交互要求。通過控制各驅動器工作壓力及壓力變化方式，實現了膝關節(jié)康復器的周期、平穩(wěn)動作。 (3)研究建立了柔順膝關節(jié)康復器的理論模型，并對柔順康復器樣機的工作特性進行了試驗研究。結果表明：康復器在被動和主動運動方式下的最大轉角分別為82°和130°。在試驗對象體重為45kg的情況下，康復器完成一個彎曲伸展周期的時間為25s，速度為6°/s，平均角加速度為2.5°/s2。試驗結果同時表明康復器滿足了柔順性和主-被動訓練相結合的功能要求。持續(xù)被動運動(

12、CPM)是目前膝關節(jié)損傷患者術后康復訓練的重要方法。傳統(tǒng)的CPM康復訓練器械多是機械-電機式的，雖然可以達到很高的位置精度，但為患者提供的是剛性、被動的鍛煉。傳統(tǒng)的CPM機與患者的剛性接觸容易對患者造成二次傷害；另一方面，被動運動無法滿足患者康復后期肢體的肌肉力量訓練要求，而大量的臨床觀察和統(tǒng)計表明：術后進行主-被動綜合訓練與只進行被動訓練相比，可明顯減輕患者疼痛，加快關節(jié)功能康復。因此，研究開發(fā)一種柔順的主-被動結合的新型膝關節(jié)康復訓練器，具有重要的學術意義和實際應用價值。本研究主要內容包括： (1)研究并提出了一種利用氣動人工肌肉和氣缸串聯(lián)組成復合驅動器作為動力源的新型柔順膝關節(jié)康復器械新

13、結構。利用氣動人工肌肉的柔順性，克服了傳統(tǒng)CPM機只提供剛性訓練的弊端。利用氣缸的長行程解決了氣動肌肉行程短導致膝關節(jié)彎曲角度小的技術難題。通過單獨控制氣缸兩腔壓力來靈活驅動活塞自由伸縮，實現了膝關節(jié)康復器主動訓練功能。 (2)為了實現不同康復階段對不同訓練要求的控制，對膝關節(jié)康復器的控制系統(tǒng)進行研究。根據研究的實際情況，確定了PC機+數據采集卡的控制方法，軟件控制平臺選擇LabVIEW軟件對傳感器和控制閥進行控制。各訓練參數在模塊中均可調，滿足了人機交互要求。通過控制各驅動器工作壓力及壓力變化方式，實現了膝關節(jié)康復器的周期、平穩(wěn)動作。 (3)研究建立了柔順膝關節(jié)康復器的理論模型，并對柔順康復

14、器樣機的工作特性進行了試驗研究。結果表明：康復器在被動和主動運動方式下的最大轉角分別為82°和130°。在試驗對象體重為45kg的情況下，康復器完成一個彎曲伸展周期的時間為25s，速度為6°/s，平均角加速度為2.5°/s2。試驗結果同時表明康復器滿足了柔順性和主-被動訓練相結合的功能要求。持續(xù)被動運動(CPM)是目前膝關節(jié)損傷患者術后康復訓練的重要方法。傳統(tǒng)的CPM康復訓練器械多是機械-電機式的，雖然可以達到很高的位置精度，但為患者提供的是剛性、被動的鍛煉。傳統(tǒng)的CPM機與患者的剛性接觸容

15、易對患者造成二次傷害；另一方面，被動運動無法滿足患者康復后期肢體的肌肉力量訓練要求，而大量的臨床觀察和統(tǒng)計表明：術后進行主-被動綜合訓練與只進行被動訓練相比，可明顯減輕患者疼痛，加快關節(jié)功能康復。因此，研究開發(fā)一種柔順的主-被動結合的新型膝關節(jié)康復訓練器，具有重要的學術意義和實際應用價值。本研究主要內容包括： (1)研究并提出了一種利用氣動人工肌肉和氣缸串聯(lián)組成復合驅動器作為動力源的新型柔順膝關節(jié)康復器械新結構。利用氣動人工肌肉的柔順性，克服了傳統(tǒng)CPM機只提供剛性訓練的弊端。利用氣缸的長行程解決了氣動肌肉行程短導致膝關節(jié)彎曲角度小的技術難題。通過單獨控制氣缸兩腔壓力來靈活驅動活塞自由伸縮，實

16、現了膝關節(jié)康復器主動訓練功能。 (2)為了實現不同康復階段對不同訓練要求的控制，對膝關節(jié)康復器的控制系統(tǒng)進行研究。根據研究的實際情況，確定了PC機+數據采集卡的控制方法，軟件控制平臺選擇LabVIEW軟件對傳感器和控制閥進行控制。各訓練參數在模塊中均可調，滿足了人機交互要求。通過控制各驅動器工作壓力及壓力變化方式，實現了膝關節(jié)康復器的周期、平穩(wěn)動作。 (3)研究建立了柔順膝關節(jié)康復器的理論模型，并對柔順康復器樣機的工作特性進行了試驗研究。結果表明：康復器在被動和主動運動方式下的最大轉角分別為82°和130°。在試驗對象體重為45kg的情況下，

17、康復器完成一個彎曲伸展周期的時間為25s，速度為6°/s，平均角加速度為2.5°/s2。試驗結果同時表明康復器滿足了柔順性和主-被動訓練相結合的功能要求。持續(xù)被動運動(CPM)是目前膝關節(jié)損傷患者術后康復訓練的重要方法。傳統(tǒng)的CPM康復訓練器械多是機械-電機式的，雖然可以達到很高的位置精度，但為患者提供的是剛性、被動的鍛煉。傳統(tǒng)的CPM機與患者的剛性接觸容易對患者造成二次傷害；另一方面，被動運動無法滿足患者康復后期肢體的肌肉力量訓練要求，而大量的臨床觀察和統(tǒng)計表明：術后進行主-被動綜合訓練與只進行被動訓練相比，可明顯減輕患者疼痛，加快關節(jié)功能

18、康復。因此，研究開發(fā)一種柔順的主-被動結合的新型膝關節(jié)康復訓練器，具有重要的學術意義和實際應用價值。本研究主要內容包括： (1)研究并提出了一種利用氣動人工肌肉和氣缸串聯(lián)組成復合驅動器作為動力源的新型柔順膝關節(jié)康復器械新結構。利用氣動人工肌肉的柔順性，克服了傳統(tǒng)CPM機只提供剛性訓練的弊端。利用氣缸的長行程解決了氣動肌肉行程短導致膝關節(jié)彎曲角度小的技術難題。通過單獨控制氣缸兩腔壓力來靈活驅動活塞自由伸縮，實現了膝關節(jié)康復器主動訓練功能。 (2)為了實現不同康復階段對不同訓練要求的控制，對膝關節(jié)康復器的控制系統(tǒng)進行研究。根據研究的實際情況，確定了PC機+數據采集卡的控制方法，軟件控制平臺選擇La

19、bVIEW軟件對傳感器和控制閥進行控制。各訓練參數在模塊中均可調，滿足了人機交互要求。通過控制各驅動器工作壓力及壓力變化方式，實現了膝關節(jié)康復器的周期、平穩(wěn)動作。 (3)研究建立了柔順膝關節(jié)康復器的理論模型，并對柔順康復器樣機的工作特性進行了試驗研究。結果表明：康復器在被動和主動運動方式下的最大轉角分別為82°和130°。在試驗對象體重為45kg的情況下，康復器完成一個彎曲伸展周期的時間為25s，速度為6°/s，平均角加速度為2.5°/s2。試驗結果同時表明康復器滿足了柔順性和主-被動訓練相

20、結合的功能要求。持續(xù)被動運動(CPM)是目前膝關節(jié)損傷患者術后康復訓練的重要方法。傳統(tǒng)的CPM康復訓練器械多是機械-電機式的，雖然可以達到很高的位置精度，但為患者提供的是剛性、被動的鍛煉。傳統(tǒng)的CPM機與患者的剛性接觸容易對患者造成二次傷害；另一方面，被動運動無法滿足患者康復后期肢體的肌肉力量訓練要求，而大量的臨床觀察和統(tǒng)計表明：術后進行主-被動綜合訓練與只進行被動訓練相比，可明顯減輕患者疼痛，加快關節(jié)功能康復。因此，研究開發(fā)一種柔順的主-被動結合的新型膝關節(jié)康復訓練器，具有重要的學術意義和實際應用價值。本研究主要內容包括： (1)研究并提出了一種利用氣動人工肌肉和氣缸串聯(lián)組成復合驅動器作為動

21、力源的新型柔順膝關節(jié)康復器械新結構。利用氣動人工肌肉的柔順性，克服了傳統(tǒng)CPM機只提供剛性訓練的弊端。利用氣缸的長行程解決了氣動肌肉行程短導致膝關節(jié)彎曲角度小的技術難題。通過單獨控制氣缸兩腔壓力來靈活驅動活塞自由伸縮，實現了膝關節(jié)康復器主動訓練功能。 (2)為了實現不同康復階段對不同訓練要求的控制，對膝關節(jié)康復器的控制系統(tǒng)進行研究。根據研究的實際情況，確定了PC機+數據采集卡的控制方法，軟件控制平臺選擇LabVIEW軟件對傳感器和控制閥進行控制。各訓練參數在模塊中均可調，滿足了人機交互要求。通過控制各驅動器工作壓力及壓力變化方式，實現了膝關節(jié)康復器的周期、平穩(wěn)動作。 (3)研究建立了柔順膝關節(jié)

22、康復器的理論模型，并對柔順康復器樣機的工作特性進行了試驗研究。結果表明：康復器在被動和主動運動方式下的最大轉角分別為82°和130°。在試驗對象體重為45kg的情況下，康復器完成一個彎曲伸展周期的時間為25s，速度為6°/s，平均角加速度為2.5°/s2。試驗結果同時表明康復器滿足了柔順性和主-被動訓練相結合的功能要求。持續(xù)被動運動(CPM)是目前膝關節(jié)損傷患者術后康復訓練的重要方法。傳統(tǒng)的CPM康復訓練器械多是機械-電機式的，雖然可以達到很高的位置精度，但為患者提供的是剛性、被動的鍛煉。傳

23、統(tǒng)的CPM機與患者的剛性接觸容易對患者造成二次傷害；另一方面，被動運動無法滿足患者康復后期肢體的肌肉力量訓練要求，而大量的臨床觀察和統(tǒng)計表明：術后進行主-被動綜合訓練與只進行被動訓練相比，可明顯減輕患者疼痛，加快關節(jié)功能康復。因此，研究開發(fā)一種柔順的主-被動結合的新型膝關節(jié)康復訓練器，具有重要的學術意義和實際應用價值。本研究主要內容包括： (1)研究并提出了一種利用氣動人工肌肉和氣缸串聯(lián)組成復合驅動器作為動力源的新型柔順膝關節(jié)康復器械新結構。利用氣動人工肌肉的柔順性，克服了傳統(tǒng)CPM機只提供剛性訓練的弊端。利用氣缸的長行程解決了氣動肌肉行程短導致膝關節(jié)彎曲角度小的技術難題。通過單獨控制氣缸兩腔

24、壓力來靈活驅動活塞自由伸縮，實現了膝關節(jié)康復器主動訓練功能。 (2)為了實現不同康復階段對不同訓練要求的控制，對膝關節(jié)康復器的控制系統(tǒng)進行研究。根據研究的實際情況，確定了PC機+數據采集卡的控制方法，軟件控制平臺選擇LabVIEW軟件對傳感器和控制閥進行控制。各訓練參數在模塊中均可調，滿足了人機交互要求。通過控制各驅動器工作壓力及壓力變化方式，實現了膝關節(jié)康復器的周期、平穩(wěn)動作。 (3)研究建立了柔順膝關節(jié)康復器的理論模型，并對柔順康復器樣機的工作特性進行了試驗研究。結果表明：康復器在被動和主動運動方式下的最大轉角分別為82°和130°。在試

25、驗對象體重為45kg的情況下，康復器完成一個彎曲伸展周期的時間為25s，速度為6°/s，平均角加速度為2.5°/s2。試驗結果同時表明康復器滿足了柔順性和主-被動訓練相結合的功能要求。持續(xù)被動運動(CPM)是目前膝關節(jié)損傷患者術后康復訓練的重要方法。傳統(tǒng)的CPM康復訓練器械多是機械-電機式的，雖然可以達到很高的位置精度，但為患者提供的是剛性、被動的鍛煉。傳統(tǒng)的CPM機與患者的剛性接觸容易對患者造成二次傷害；另一方面，被動運動無法滿足患者康復后期肢體的肌肉力量訓練要求，而大量的臨床觀察和統(tǒng)計表明：術后進行主-被動綜合訓練與只進行被動訓練相比，可

26、明顯減輕患者疼痛，加快關節(jié)功能康復。因此，研究開發(fā)一種柔順的主-被動結合的新型膝關節(jié)康復訓練器，具有重要的學術意義和實際應用價值。本研究主要內容包括： (1)研究并提出了一種利用氣動人工肌肉和氣缸串聯(lián)組成復合驅動器作為動力源的新型柔順膝關節(jié)康復器械新結構。利用氣動人工肌肉的柔順性，克服了傳統(tǒng)CPM機只提供剛性訓練的弊端。利用氣缸的長行程解決了氣動肌肉行程短導致膝關節(jié)彎曲角度小的技術難題。通過單獨控制氣缸兩腔壓力來靈活驅動活塞自由伸縮，實現了膝關節(jié)康復器主動訓練功能。 (2)為了實現不同康復階段對不同訓練要求的控制，對膝關節(jié)康復器的控制系統(tǒng)進行研究。根據研究的實際情況，確定了PC機+數據采集卡的

27、控制方法，軟件控制平臺選擇LabVIEW軟件對傳感器和控制閥進行控制。各訓練參數在模塊中均可調，滿足了人機交互要求。通過控制各驅動器工作壓力及壓力變化方式，實現了膝關節(jié)康復器的周期、平穩(wěn)動作。 (3)研究建立了柔順膝關節(jié)康復器的理論模型，并對柔順康復器樣機的工作特性進行了試驗研究。結果表明：康復器在被動和主動運動方式下的最大轉角分別為82°和130°。在試驗對象體重為45kg的情況下，康復器完成一個彎曲伸展周期的時間為25s，速度為6°/s，平均角加速度為2.5°/s2。試驗結果同時表明康復

28、器滿足了柔順性和主-被動訓練相結合的功能要求。持續(xù)被動運動(CPM)是目前膝關節(jié)損傷患者術后康復訓練的重要方法。傳統(tǒng)的CPM康復訓練器械多是機械-電機式的，雖然可以達到很高的位置精度，但為患者提供的是剛性、被動的鍛煉。傳統(tǒng)的CPM機與患者的剛性接觸容易對患者造成二次傷害；另一方面，被動運動無法滿足患者康復后期肢體的肌肉力量訓練要求，而大量的臨床觀察和統(tǒng)計表明：術后進行主-被動綜合訓練與只進行被動訓練相比，可明顯減輕患者疼痛，加快關節(jié)功能康復。因此，研究開發(fā)一種柔順的主-被動結合的新型膝關節(jié)康復訓練器，具有重要的學術意義和實際應用價值。本研究主要內容包括： (1)研究并提出了一種利用氣動人工肌肉和氣缸串聯(lián)組成復合驅動器作為動力源的新型柔順膝關節(jié)康復器械新結構。利用氣動人工肌肉的柔順性，克服了傳統(tǒng)CPM機只提供剛性訓練的弊端。利用氣缸的長行程解決了氣動肌肉行程短導致膝關節(jié)彎曲角度小的技術難題。通過單獨控制氣缸兩腔壓力來靈活驅動活塞自由伸縮