手部康复机器人测控系统设计(2)
5 制作、调试与实验 30
5.1 手部康复机器人机械装置和测控电路PCB板的制作 30
5.2 手部康复机器人的调试 31
5.3 手部康复机器人的实验 32
结 论 34
致 谢 35
参考文献36
1 绪论
1.1 课题研究背景及意义
脑卒中（Stroke）是一组由于脑血管意外导致局部血液循环出现障碍，进而引起急性脑功能缺损的疾病，临床上又将脑卒中分为缺血性脑卒中以及出血性脑卒中。脑卒中具有高发病率、高致残率、高死亡率的特点[1]。近年来的流行病学资料表明，脑卒中在全球人口死因排行榜上位列第二，而其中有85%脑卒中发生在发展中国家，2002年世界卫生组织估计，全世界约有1500万脑卒中患者， 其中1/3的患者死亡。我国现有脑卒中患者600~700万人，每年至少有200万新发患者，每年高达160万人的患者死于脑卒中[2]。
手是人体最重要的器官之一，人依靠手和上肢自行完成进食、洗漱和如厕等日常生活基本活动，以及其它更细微复杂的动作。存活的脑卒中患者都不同程度地具有手部运动功能障碍，这样会严重影响患者的生活以及工作质量，需要通过康复训练来帮助患者重新建立或是改善和提高其运动功能，而现阶段的手部康复训练还是以康复师一对一人工操作这种形式为主，效率较低，训练的强度得不到足够保证，同时也对患者家庭和社会带来巨大的负担[3]。
康复机器人是医疗机器人的一个十分重要的分支，它的研究涉及康复医学、生物力学、材料学、机械学、机械力学、电子学、机器人学以及计算机科学等诸多领域，已经成为了国际机器人领域内一个研究热点[4]。CPM机是康复机器人的一种。CPM机依据连续被动运动（Continuous Passive Motion，简称CPM）理论，为运动功能障碍患者提供持续的康复治疗。该理论由Salter博士在1960年代提出，并在工程师John Saringer的帮助下于1978年制作出首个CPM机[5]。
康复机器人治疗的初步临床研究表明，由机器人设备提供额外的康复训练可以改善运动功能恢复。最近的技术进步使使用机器人设备对运动功能受损患者提供安全和强化的重复康复运动具有很好的前景[6]。
1.2 手部康复机器人发展现状
1.3 手部康复机器人的系统组成
根据CPM理论，手部康复机器人需为患者提供持续安全可靠的康复训练来帮助患者恢复和改善手部运动功能。系统常由机械系统、测控电路和测控软件三大部分组成。系统组成框图如图1.6所示。
机械系统提供一套机械装置来牵引运动功能受损的手指，同时驱动器带动该机械装置在安全合理的范围内运动；测控电路提供一套硬件电路来控制驱动器的运动并测量其运动信息；测控软件完成对测控电路的使用，并提供给用户交互界面，显示牵引装置的运动信息，提供设备启停和调速控制等选项。
1.4 课题研究内容
本文研究的内容可以分为4个部分：
(1) 手部康复机器人机械系统设计 依据人手模型提供的尺寸，并选择合适的驱动器，设计一个能为手指（拇指除外）提供一定运动范围的末端牵引装置。
(2) 手部康复机器人测控电路设计 依据手部康复机器人训练要求，选择合适的微控制器，设计一块能完成康复机器人运动控制与位置测量并能与上位机进行通信的PCB电路板。