摘 要

近年来，人们的物质水平得到提高，生活质量逐渐得到改善，脑卒中疾病的发病率逐年升高，而大多数脑卒中患者又患有偏瘫症状，治疗偏瘫成为一大难题。目前偏瘫患者大多通过专业理疗师来进行人工治疗，但代价太高且有许多缺点。因此需要设计一款上肢康复训练机来对患者进行康复治疗，不仅弥补康复理疗师的缺点，还推动了各相关学科的发展。

本文设计出一款三自由度的上肢康复训练机。文章首先介绍课题的背景和意义，然后阐述了国内外该方向的研究现状。其次，根据人体上肢的自由度分布和具体设计要求确定了设计方案并且对基本的机械结构进行设计，选择合适的动力源。再对电气控制部分进行设计，对各个硬件模块选型并连接，写出相应的软件流程图。而后讨论了上肢康复训练机器人的在全球市场中的情况，并核算出本设计所花费的成本。最后对本设计进行总结并提出了对该课题方向的展望。

关键词：上肢 康复训练 机器人 单片机 直流电机

Upper Limb Rehabilitation Training Robot

-- Electrical control design

Abstract

In recent years, People’s material level and the quality of people’s life have been improved significantly. The number of stroke victims is increasing every year, and most of stroke patients end up with hemiplegia symptoms. The treatment of hemiplegia has become a big problem. At present, most patients with hemiplegia are artificially treated by professional physiotherapists. But rehabilitation therapists also have some disadvantages, and most patients cannot afford physical therapy services. It is necessary to design an upper limb rehabilitation training machine to carry out rehabilitation treatment for patients, which not only makes up for the shortcomings of rehabilitation physiotherapists, but also promotes the development of various related disciplines.

This paper designs an upper limb rehabilitation training machine with three degrees of freedom. At the beginning of this paper, the background and significance of the upper limb rehabilitation training robot are introduced, and then mentions the research status of this direction at home and abroad. Secondly, The design scheme is determined according to the degree of freedom distribution of human upper limbs and specific design requirements. Design the basic mechanical structure and choose the right power source. Then I design the electrical control section which includes selecting the module and connecting, designing the software flow chart. After that the paper discusses the situation of the upper limb rehabilitation training robot in the global market and calculates the cost of this design. Finally, the design content is summarized. and the future development of the design is prospected

Key Words: Upper limb; Rehabilitation training robot; Single chip microcomputer; Dc motor

目 录

摘 要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 绪论 1

1.1课题的背景及意义 1

1.2 上肢康复训练机的功能和优点 1

1.3国内外研究现状 3

1.3.1国外研究现状 3

1.3.2国内研究现状 7

1.4 本课题研究内容 9

第二章 上肢康复训练机的方案制定与机械结构设计 10

2.1 上肢康复机器人的设计方案拟定 10

2.2上肢康复训练机的机械结构设计 11

2.2.1上肢康复训练机的设计要求 11

2.3驱动方式的选择 14

2.3.1驱动方式介绍 14

2.3.2 电机选型 15

2.4本章小结 16

第三章 上肢康复训练机硬件电路设计 17

3.1控制系统整体设计方案 17

3.2 单片机的选择 17

3.3电机驱动模块 19

3.3.1 H桥电路 19

3.3.2 L298N芯片 19

3.3.3 PWM调速原理 21

3.4 旋转编码器 22

3.5 上下位机通信电路 26

3.5.1 PDIUSBD12芯片 26

3.5.2 AT89S52与PDIUSBD12连接方式 26

3.6 电源模块 27

3.7 本章小结 29

第四章 上肢康复训练机控制系统软件设计 30

4.1 主程序模块 30

4.2 电机驱动模块 31

4.2.1 旋转模块电机驱动软件流程图 31

4.2.2 移动模块电机驱动软件流程图 33

4.2.3 PWM调速程序 36

4.3 上下位机通信模块 37

4.3.1 多机通信原理 37

4.3.2主机查询方式子程序设计 37

4.3.3从机中断服务程序设计 39

4.4 本章小结 40

第五章 经济性成本成本核算 41

第六章 总结与展望 43

6.1 总结 43

6.2 展望 43

参考文献 45

致谢 49

第一章 绪论

1.1课题的背景及意义

近年来，人们的生活水准得到提高，生活质量逐渐改善。但是一些脑卒中疾病的发病率也逐年升高，据悉，我国的脑卒中患病人数约750万，每年都会新增加150万例^[1]， 而在这些患病人群中，死亡率高达30%，只有70%的人通过治疗能够幸存。而这70%的人大多会出现肢体偏瘫的症状。因此，治疗偏瘫目前成为了一件刻不容缓的事。

治疗偏瘫需要的不仅仅是药物，还需要康复训练。康复训练能够使得肢体与受损神经重新建立起联系，通过反复刺激大脑，使受损部位重新恢复控制肢体的功能。相对于下肢而言，上肢经过系统的康复训练之后更加难恢复肢体功能，因此，如何对脑卒中患者进行上肢康复是一项热门的研究方向。

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