摘要：我们将一种将多个和人体关节相似的关节所组成的机械系统，称之为外骨骼系统。这个系统，与人体连接，从而发挥出功能。它是属于机器人这一块范畴的，而且，对这个系统进行研究活动本身就属于机器人领域里的分支。残疾或者运动不便的患者可以通过这套系统来进行康复训练，来达到部分恢复甚至恢复运动能力的程度。

    在这次设计中，需要对整个人体上肢部分进行全方位的分析，当然是从整体实用性出发的。这次的设计结果，是一款可以直接穿在人身上的外骨骼康复机器人。可以实现基本自由的转动，较符合人体上肢对于康复运动的需求，这样人穿起来就方便了。经过查阅文献，硕士论文，学术期刊等，在设计时，需要用到D-H矩阵进行机器人运动学的正逆分析，因为它是属于连杆坐标系的里的。

关键词： 康复设备；可穿戴式机器人；运动学分析

The structure design of the upper limb of the exoskeleton rehabilitation robot

Abstract: We call a mechanical system composed of joints that resemble human joints the exoskeleton system. This system is connected with the human body to function. It belongs to the category of robot, and the research activity of this system belongs to the branch of robot field. Disabled or inactive patients can be rehabilitative through this system to achieve partial recovery or even recovery of motor ability.

In this design, we need to conduct an omnidirectional analysis of the whole human upper limb part, of course, from the whole practicality. The result of this design is an exoskeleton rehabilitation robot that can be directly worn on people. The rotation of basic freedoms can meet the needs of the upper limbs for rehabilitation exercises, so that people can wear them conveniently. After consulting documents, master's papers, academic journals and so on, the D-H matrix is used to carry out positive and inverse analysis of robot kinematics in the design. It is in the connecting rod coordinate system.

KeyWords: Rehabilitation; Wearable Robots; Kinematic analysis

目  录

摘要 i

Abstract i

目录 ii

1  绪论 1

 1.1  研究背景与意义 1

 1.2  国内外现状及分析 2

   1.2.1  国外发展概况 2

1.2.2  国内发展概况 3

1.2.3  存在的问题 4

 1.3  主要研究内容 5

2  机器人总体结构设计 5

 2.1  方案选择 5

2.1.1  方案一 6

2.1.2  方案二 8

 2.2  方案确定 8

3  机器人的设计要求及原理 10

3.1  人体上肢运动分析 10

3.2  机器人设计原理 11

 3.3  机器人总体设计 12

3.3.1  机器人主体设计 12

3.3.2  机器人各项参数 13

3.3.3  机器人总体建模 13

4  机器人驱动方式设计 16

4.1  选取合适的驱动方式 16

4.2  驱动方案的设计 17

4.2.1  肩部关节驱动设计 17

4.2.2  齿形带设计 21

4.2.3  肘部关节旋转驱动设计 23

4.2.4  肘部关节弯伸驱动设计 25

4.2.5  丝杠设计 28

总结 31

致谢 32

参考文献 33

绪论

随着最近几年科学技术的发展，机器人在电子技术与机械设计相结合的大背景下，被研制了出来，这也代表着现代科技已经来到了一个新的高度。

1.1  研究背景与意义

机器人，是一个集机械设计，自动化，电子信息技术等各个领域研究成果于一身的载体。21世纪以来，专门用于医疗方面的机器人技术有了飞黄腾达的发展，而这一切，都要归功于与其相关的机械工程，信息技术，电子工程，生物技术以及其他交叉学科与之相关领域的科研成果。而正因为有了这些学科专业知识的发展，大大推进了医疗专用机器人的发展。为了使在医疗诊断以及患者在康复方面的工作水平有更进一步的提高，科学家们通过对不同领域最新最尖端的成果加以分析和研究，从而设计出了机器人，其中最为常见的就是辅助病人进行康复训练的康复机器人。这类机器人的主要功能是帮助病人恢复部分运动功能乃至基本痊愈。医疗康复机器人主要分为两类，最主要的，且最为广泛使用的是辅助类机器人。这类机器人主要的使用群体是老年体弱的或者身有残疾的，它可以充当部分肢体，来发挥部分运动功能，从而可以基本满足日常生活的运动需求。