文档介绍：毕业设计（论文）报告
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专 业 治疗机器人，其意在于去辅助治疗由于摔伤、撑地、重压等原因所引起对的手腕处像舟状骨等附近的骨折，通过机器人的结构运动逐步调整角度位置，辅助并加快骨折的康复，同时进行固定，进一步去防止意外而导致的二次受伤情况，并且同时附有固定式治疗仪理疗的功效，从而加强手腕柔韧性与骨骼强度，起到预防保护效果，实现对于手腕部的全方位保护治疗。
本研究创新性的提出了一种整体式的气动柔性管机构，并利用气动柔性管作为主要的弯曲方式，通过气动三元件来对气动柔性管进行加压，从而改变形状。同时本研究根据机械原理的方式设计了机械外骨骼形状，对于手部进行了全方位的保护与包裹，采用齿轮传动与连杆传动等方式实现手指部与手腕部的运动，从而加强防护性与机动灵活性[1]。
1 手腕辅助恢复机器人的外骨骼设计
腕关节运动形式与运动范围分析
根据腕关节结构可以发现，腕关节整体上属于典型的椭圆关节，分别由以上三种关节构成了上下两种椭圆形的关节面，腕部也是在这上下两个椭圆形的关节面的基础上，可以灵活的做到向前或向后的屈伸运动和左旋或右旋的伸展运动。由于腕骨之间连接性与侧韧带较为坚韧的缘故，导致手腕在做伸运动时受到一定限制，伸运动的运动方式没有曲运动的运动方式幅度大。后文中手腕活动范围角度，见表1，依据手掌朝下，手與前臂伸直成一条直线时开始认为为0°。
腕部的每一个骨骼都有自己的意义和作用，任何一个腕部骨骼出现损伤都会导致腕部运动受到巨大影响。因此当腕部受到首次伤害以后，合理控制腕部的运动范围，从而避免腕部受到二次伤害，同时还要保证康复过程中的合理活动状态，不同的骨骼受伤后的骨骼恢复周期，根据恢复周期与恢复状态适当扩大或改变腕部活动范围，从而加强腕部的自主恢复能力[2]。
腕关节伤后护理与二次受伤保护
腕部辅助恢复机器人最重要的是在最大程度上保证腕关节处伤后护理的安全性。在受伤初期，手要与手腕以及小臂始终保持水平0°
的状态，见图2，这样在保证血液流通顺畅的前提下，保证初期腕部骨折部位骨骼良好定型。因此需要延长外骨骼的腕部下端板面长度，在下端板面引出吊带，吊带可挂在脖子上，以此来减轻抬手臂的压力，并保证手与腕部的水平。
腕部辅助恢复机器人另一重要作用是避免二次受伤，一是腕部活动范围大，导致恢复周期变长，恢复效果变差，面对这种情况就要始终良好的把握住手掌部分上夹板与下夹板的位置，上下夹板的位置控制需要通过气动柔性管进行合理把控，通过气动柔性管的压差变化来控制上下夹板的位置，改变手掌部与腕部的角度位置以及活动范围。二是外力在此冲击手腕部分所导致的腕部二次受伤，因此为避免这种情况发生，将手腕部由上下夹板的结构创新性的改为，椭圆环形全包裹式一体结构，利用椭圆形抗冲击，分散局部力的作用效果，可能保证手腕部能更好的避免冲击而带来的二次受伤。三是要尽量避免因手指部分戳伤，而导致的连带性腕部损伤，因此外骨骼结构设计将全方位的对手指进行包裹性保护，采用3D打印技术为每个手指制作指套，每根手指关节都将采用连杆进行辅助连接，来保证手指抗冲击能力。四是要避免寒冷天气所带来的骨骼疼痛的症状，因此在手腕部分将搭载电极板来进行加热，保证手腕部分的血液流通以及腕部温度。
外骨骼自由度分析
外骨骼由9个球面副和3个球销副组成，由弹簧k1连接g1杆与g2杆，经过实际分析可以发现弹簧k1为系统提供一个自由度，通过机构简图，见图3，可以发现在图中总共存在11根杆，同时包含有16个转动低副，经过自由度的计算可以得到，外骨骼的整体自由度数量为2，由于外骨骼实际应用时，转动副1与转动副13会被气动柔性管所固定，弹簧k1被手掌厚度所决定，因此可以进一步对转动副1与13以及弹簧进行等效，得到新的机构简图，见图4。
根据图4的外骨骼简化机构简图，可以进一步计算自由度为4，在实际穿戴过程中，手指部分的三个指节都可以主动弯曲，因此可以得到在机构简图中有三个主动件，由于主动件数量小于简图的自由度数量，因此机构的运动不确定，可以在平面内任意运动[3]。
外骨骼力学分析
宏观力学分析
由于外骨骼的主要目的是要保证手腕部不会受到伤害，创新性的将腕部外骨骼设计成椭圆形的拱形形状，利用拱形原理，来尽可能的分散力的作用，从而起到减小冲击的目的。拱形原理是在拱形承受压力时，能把压力向下向外传递给相邻的部分，使受到的力分给不同的受力点，因此比起单面受力形状的物体来说，拱形能承受的力更大。