3.3.2  扁管模型的网格划分 18

3.3.3  扁管有限元模型的建立 22

3.3.4  分析作业的提交 23

3.3.5  计算结果分析 23

结 论 28

致  谢 29

参考文献 30

1  引言

1.1  课题设计的背景 

近年来，随着科学技术的进步和医学与工程技术的纵深结合，出现了各种类型的康复训练机器人。康复机器人作为一种自动化康复医疗设备，以医学理论为依据，帮助患者进行科学而又有效的康复训练，可以使患者的运动机能得到更好地恢复。

康复机器人在原理上不同于一般的运动训练器材，它直接作用于人体，人与机器人作为一个整体协调运动。而训练运动器材都是阻力型的，它只能作用于健康人，不能用于有运动障碍的患者。康复机器人的研究主要集中在康复机械手、智能轮椅、假肢和康复治疗机器人等方面[1,2]。

腕关节是连接手部与小臂的重要关节，由于手部要频繁地去抓取物体、从事各类作业，使用机会特别多，当腕关节突然背伸、倾跌时手掌着地、支撑或提物时不慎等，往往会引起腕关节的骨折损伤。而在治疗过程时，人们往往忽视了骨折愈合后腕关节功能的康复，使腕关节功能部分丢失[3,4]。所以，发展手腕康复训练器具有较大的实际意义。

1.2  手腕康复驱动器的研究现状

1.3  小结

目前市场上现有的手腕康复训练器大多是电机驱动。电机驱动易于控制、运动精度高、响应快、使用方便，但安全性、柔顺性、轻巧性较差，且结构复杂、价格昂贵。另外，电机驱动的机械系统刚性大、柔性差,系统急剧变化的冲击力易造成对手腕关节的损伤[14-15]。

流体驱动器（液压和气动）由较少的部分组成，有较低的重量和成本。流体驱动器由于有更高的力量/体积比而比电动驱动器更有优势。而且，由于安全方面的考虑，它有高的柔软度和低的工作温度[16]。

液压驱动与气动驱动相比，具有输出力大、响应速度快、工作噪声小、传动精度高等优势。但是液压油要求严格，易泄露且有污染。而气动驱动的气源方便、成本低、无泄漏污染。其中，气动人工肌肉驱动器因其结构简单、价格低廉、安装简便、动作平滑、响应快等优点而受到广泛关注[17]。

综合上述三类驱动器的特点，在手腕康复训练方面，气动驱动器更加占据优势。气动柔性驱动器具有直接驱动、结构简单、动作灵活、功率重量比大等优点，但是现在的气动驱动器的种类不够多，功能还不太完善。所以，研制一种以提高在康复训练中对人类自身安全和柔顺的手腕气动柔性驱动器已经是势在必行。

  手腕康复驱动器总体设计

2.1  腕关节的运动

腕关节的结构是一种典型的椭圆关节, 其运动形式有: 

(1) 环转运动：骨的近侧端在原位转动，远侧端做圆周运动，使整个骨或肢体运动的轨道形成一个圆椎形。

(2) 收展运动：内收是肢体向躯干靠拢的运动, 外展是肢体离开躯干的运动。

(3) 内、外旋运动：内旋指关节向身体内侧或前方转移，外旋指关节向身体外侧或后方旋转。

从腕关节的3 种运动形式可以看出, 手腕的康复训练运动需要3个自由度。本文设计的手腕康复驱动器，虽然不能实现3个自由度的运动，但可以帮助手腕的康复训练实现弯曲。