新型臥式下肢康復訓練機器人機械系統(tǒng)設計

馬艷

摘 要：對于長時間臥床的偏癱患者以及下肢行為較為虛弱的患者來講，研究一種臥式康復訓練機器人，能讓患者在床上進行康復訓練。因此，在各種康復訓練模式上，文章設計了新型臥式下肢康復訓練機器人機械系統(tǒng)，并記述了內(nèi)在的構(gòu)造。

關鍵詞：下肢;康復訓練;機器人;康復訓練模式，伺服系統(tǒng);腦卒

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.24.068

0 前言

對于治療腦卒中診斷水平在逐漸提升，在很大程度上提高了患者存活率。腦卒中偏癱患者運動功能會有所降低，這是因為改變了肌肉與神經(jīng)元繼發(fā)性，當不進行有效的治療，將會留下許多并發(fā)癥，但也不能盲目的訓練，這樣的訓練方式，較為影響患者日常生活質(zhì)量。然而，使用運動康復訓練能有效恢復中樞神經(jīng)，預防肌肉萎縮產(chǎn)生。

1 康復訓練模式分析

對于下體虛弱從而無法直立行走的患者，則需要使用臥式下肢康復訓練機器人，機器人主要針對患者在躺臥狀況下對患者施行的被動的康復訓練，從而保護關節(jié)的正常活動狀況，避免影響肢體的運動情況。查閱關于下肢康復的相關書籍中以及結(jié)合機器人的相關技術，最終總結(jié)出如下類康復訓練模式。髖關節(jié)是位于大腿軸線與身體冠狀間出現(xiàn)的夾角部位，位于小腿軸線與大腿軸線的夾角稱為膝關節(jié)角度，對于踝關節(jié)部位的矢狀位置，需繞額狀軸展開運行，逐步向前運行，慢慢變?yōu)楸城蚝笳归_運動，我們稱為跖屈。如果將其放置到水平面上，應圍繞小腿來展開運動，逐漸接近中間部位，稱之為內(nèi)收，外展是稱正中面位置。在康復訓練過程中，需要根據(jù)患者身體情況，合理、有效的對運動角度選擇。為了確保運動具有足夠的柔順性與舒適型，需髖關節(jié)和膝關節(jié)在起點位置控制為10度左右。

1.1 訓練髖關節(jié)

患者在訓練髖關節(jié)過程中，應維持膝關節(jié)和踝關節(jié)不變的情況下，盡量增寬髖關節(jié)中的運動角度，使得患者腿部筋絡疏通，促進血液循環(huán)間的流動，在此基礎上，髖關節(jié)最大的活動區(qū)域為80度，能對其開展任意的調(diào)節(jié)。如圖1訓練髖關節(jié)。

1.2 鍛煉膝關節(jié)

維持髖關節(jié)和踝關節(jié)不變的基礎上，適當降低亦或增大膝關節(jié)活動角度，這樣能拉伸膝關節(jié)位置韌帶，幫助疏通經(jīng)絡作用。在此模式下，應保持髖關節(jié)角度在90度左右，這樣能隨意調(diào)整膝關節(jié)活動區(qū)域。

2 臥式下肢康復訓練機器人總體設計

根據(jù)以上康復訓練模式，應達到不同患者身高與病床要求，這樣能方便進行有效操作。根據(jù)人體特征來設計下肢康復訓練機器人。

2.1 設計機器人腿部機構(gòu)

機器人腿部是外骨骼機械機構(gòu)，經(jīng)過外力的作用下，可有效改變患者下肢神經(jīng)與肌肉系統(tǒng)，幫助患者行走，在患者腿部安置上主力裝置，能替代治療師協(xié)助患者做一些較為簡單的康復訓練運動。為患者安裝上仿生機械機器，能讓患者自由活動，對患者做腿部康復訓練也非常有幫助[1]。設計的機器人有髖關節(jié)和膝關節(jié)以及踝關節(jié)，都是大腿、小腿以及腳部組成。在各個部位，都會安裝上交流伺服電機，這樣才能使腿部來回運動，實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)髖關節(jié)運動目的。為了能降低患者腿部負擔，應減小重心，合理減小關節(jié)位置的安裝尺寸，電機與減速器都應選擇傳動連接的模式。這樣電機才能帶動驅(qū)動減速器，擺動膝關節(jié)。安裝的電機1與電機2能互相協(xié)調(diào)，掌握人體踝關節(jié)軸線軌跡。交叉安裝電機1與電機2，才能控制好踝關節(jié)軸線矢狀面。減速器3與4可交叉安裝，通過電機3才能帶動驅(qū)動減速器3進行旋轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)踝關節(jié)內(nèi)收以及外展運動。控制下肢中內(nèi)旋和外旋運動。

2.2 系統(tǒng)工作原理

在機器人工作時，要先將患者腳踝部位放在支撐架上，腳面放在腳踏板上面并固定。之后使用選定好的模式進行康復，電動機械腿可以帶動患者腿向前邁進，讓患者腿部能根據(jù)機械來回運動，實現(xiàn)鍛煉患者關節(jié)的目的。在機器人的設計上，康復機器人適用于兩只腿的康復鍛煉，當右腿需要做康復時，應以大腿軸心到地面垂線為對稱周，控制電機中各個關節(jié)位置，旋轉(zhuǎn)腳固定板，將腿部支撐從支撐架上撥出，在另外一端耳朵插入到支撐架上。

3 機器人控制系統(tǒng)

設計與分析外骨骼機械腿部，了解控制當前系統(tǒng)，在機器中，應合理掌握系統(tǒng)原則，掌握控制系統(tǒng)中上、下結(jié)構(gòu)開發(fā)式機器人控制系統(tǒng)。通過PCL總線實現(xiàn)兩者間通訊。研制的機器人控制系統(tǒng)，能融合PC機的信息處理，將其開放特點與運動有效結(jié)合，加強信息處理能力，這樣能使軌跡掌握的更加精準，適合各類人群。

某某運動控制器材，輸出脈沖與模擬量，掌握信號四軸運動，其中，核心部位便是邏輯計算能力中的模塊和數(shù)字信號處理，從而掌握伺服運動。通過模擬量數(shù)據(jù)采用轉(zhuǎn)換通道，能達到大腿軸扭矩傳感器扭動。作為輔導人員，應了解機器人大腿軸扭矩是怎樣的改變的，患者康復情況如何，預防扭傷患者的狀況產(chǎn)生。

4 結(jié)束語

綜上所述，臥式下肢康復訓練機器人，是一種集成機電系統(tǒng)，能有效對硬件配置以及機械結(jié)構(gòu)做出詳細的說明，來達到新型臥式下肢康復，結(jié)合機器人與康復醫(yī)學相結(jié)合，能使得患者恢復到正常的生活，能達到預期目標。接下來，應更進一步的分析柔性化控制，最后將其人和機相結(jié)合。

參考文獻：

[1]潘志超，徐秀林，肖陽.下肢康復機器人研究進展[J].中國康復理論與實踐，2016，22（06）：680-683.