多功能骨科康復(fù)綜合治療機(jī)的研制

趙東亮，郭艷幸，李娜，陳皓宇

河南省正骨研究院 河南省洛陽(yáng)正骨醫(yī)院（河南省骨科醫(yī)院） 生物醫(yī)學(xué)工程研究室，河南 洛陽(yáng) 471000

引言

隨著生活節(jié)奏的加快與工作方式的改變，頸椎病、腰椎間盤突出癥、骨性關(guān)節(jié)炎等骨科常見病的發(fā)病率不斷升高，始發(fā)年齡也出現(xiàn)年輕化的趨勢(shì)[1]。早期的頸腰椎病和骨性關(guān)節(jié)炎患者只需保守治療，就可獲得較好效果。而保守療法中的中藥熏蒸、按摩等物理療法和功能鍛煉相對(duì)于藥物治療而言副作用較小，且療效顯著、費(fèi)用較低[2]。根據(jù)上述治療原理，市場(chǎng)上出現(xiàn)了中藥熏蒸床、電動(dòng)按摩床、股四頭肌鍛煉器等中醫(yī)療法設(shè)備[3-5]。

然而傳統(tǒng)中醫(yī)單一治療的療效也欠佳，且治療的規(guī)律性難以把握。中醫(yī)綜合治療將多種中醫(yī)治療方法相結(jié)合，將預(yù)防和治療密切結(jié)合，治療效果優(yōu)于單一治療[6]。有報(bào)道指出，熏蒸后配合腰背肌功能鍛煉可以加強(qiáng)腰背部肌肉力量，恢復(fù)肌肉韌帶彈性，增強(qiáng)腰部的穩(wěn)定性；同時(shí)配合直腿抬高訓(xùn)練，可以防止神經(jīng)與周圍瘢痕形成粘連，從而可以有效緩解腰背部疼痛[7]。因此，為了提高腰背部骨科疾病的治療效果，同時(shí)節(jié)約治療時(shí)間和節(jié)省設(shè)備占地空間，我們研究開發(fā)出一種集中藥熏蒸、腰背部按摩和直腿抬高功能鍛煉為一體的多功能骨科康復(fù)綜合治療機(jī)。

1 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文研制的多功能骨科康復(fù)綜合治療機(jī)主要由床體、熏蒸裝置、直腿抬高訓(xùn)練裝置、腰背部按摩裝置和控制裝置構(gòu)成。床體為整個(gè)治療機(jī)的主體，腰背部按摩裝置設(shè)置在床體上部中間，熏蒸裝置設(shè)置在腰背部按摩裝置的下部并連接，中藥蒸汽通過(guò)滾輪與滾輪之間的間隙輸送到患者被熏蒸部位，直腿抬高訓(xùn)練裝置對(duì)稱設(shè)置在床體左側(cè)的前部和后部，控制裝置設(shè)置在床體的右端上部。

1.1 腰背部按摩裝置

采用循環(huán)鏈條滾輪結(jié)構(gòu)，由滾輪、滾輪軸、循環(huán)鏈條、鏈輪、負(fù)重輪、鏈輪軸、框架、鏈輪減速器和鏈輪電機(jī)構(gòu)成。滾輪軸設(shè)置在滾輪中間，循環(huán)鏈條平行設(shè)置在滾輪軸的兩端，框架設(shè)置在循環(huán)鏈條的內(nèi)側(cè)，框架的外側(cè)設(shè)置有軌道輪，鏈輪與循環(huán)鏈條內(nèi)側(cè)嚙合，負(fù)重輪設(shè)置在循環(huán)鏈條的內(nèi)側(cè)，鏈輪設(shè)置在鏈輪軸兩端，鏈輪軸后端與鏈輪減速器輸出軸連接，鏈輪電機(jī)設(shè)置在鏈輪減速器后部與鏈輪減速器輸入軸連接，腰背部按摩裝置的上部為曲面結(jié)構(gòu)，符合人體生理曲度，控制裝置通過(guò)控制鏈輪電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)而調(diào)節(jié)腰背部按摩裝置的運(yùn)動(dòng)速度。腰背部按摩裝置高于床體上面高度。

1.2 床體結(jié)構(gòu)

床體表面有床架、固定床板和活動(dòng)床板。固定床板固定在床架上部，活動(dòng)床板設(shè)置在固定床板中間。固定床板為矩形板結(jié)構(gòu)，固定床板的中間設(shè)置有長(zhǎng)方形安裝孔，安裝孔內(nèi)側(cè)前后分別設(shè)置有滑動(dòng)軌道，滑動(dòng)軌道內(nèi)側(cè)與腰椎按摩裝置上的軌道輪配合；活動(dòng)床板為長(zhǎng)方形結(jié)構(gòu)，活動(dòng)床板設(shè)置在固定床板安裝孔內(nèi)的左側(cè)，固定床板的上部一側(cè)設(shè)置有蒸汽溫度傳感器；床架為框架結(jié)構(gòu)，有立柱和橫梁構(gòu)成。固定床板和活動(dòng)床板上部均包裹防潮柔性材料。

1.3 熏蒸裝置

熏蒸裝置由加熱管、熏蒸藥箱、藥液溫度傳感器和氣流罩構(gòu)成。熏蒸藥箱設(shè)置在熏蒸裝置的底部，氣流罩設(shè)置在熏蒸藥箱的上部，加熱管設(shè)置在熏蒸藥箱的內(nèi)部下側(cè)，藥液溫度傳感器設(shè)置在加熱管的上部；氣流罩為倒錐形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部空腔，上下貫通，氣流罩的上部與床體固定床板安裝孔的位置對(duì)應(yīng)，熏蒸藥箱為箱體結(jié)構(gòu)，上部敞開，前面設(shè)置有加熱管安裝孔和傳感器孔。

1.4 直腿抬高訓(xùn)練裝置

直腿抬高訓(xùn)練裝置由伺服電機(jī)、搖臂減速器和訓(xùn)練搖臂構(gòu)成。伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)搖臂減速器，搖臂減速器驅(qū)動(dòng)訓(xùn)練搖臂，訓(xùn)練搖臂繞阻尼轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)伺服電機(jī)控制訓(xùn)練搖臂的擺動(dòng)幅度和速度。訓(xùn)練搖臂為L(zhǎng) 形結(jié)構(gòu)，下部為矩形搖臂，搖臂的上部?jī)?nèi)側(cè)水平設(shè)置有擺輪軸，擺輪軸上設(shè)置有擺輪，擺輪為圓筒結(jié)構(gòu)，外部包裹有柔性材料[8-9]。

多功能骨科康復(fù)綜合治療機(jī)整體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1a 所示，治療機(jī)中熏蒸裝置和腰背部按摩裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖1b 所示。

2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 安全性設(shè)計(jì)

為保證熏蒸治療的安全性，采取以下措施：① 熏蒸藥箱內(nèi)安裝有液位開關(guān)，當(dāng)液位低于加熱管上表面時(shí)自動(dòng)斷開加熱回路，防止干燒損壞加熱管；② 電源進(jìn)線處設(shè)置有漏電斷路器，只要有30 mA 的漏電流，漏電斷路器自動(dòng)斷開，切斷總電源；③ 熏蒸氣流罩上部設(shè)置有定值機(jī)械式限溫開關(guān)，當(dāng)PLC 溫控電路失控時(shí)，氣流罩上部的蒸汽溫度只要達(dá)到50℃，設(shè)備便自動(dòng)斷開加熱回路。

圖1 多功能骨科康復(fù)綜合治療機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 溫度控制

為了提高熏蒸治療的舒適性和穩(wěn)定性，本系統(tǒng)可對(duì)藥液溫度和蒸汽溫度同時(shí)實(shí)現(xiàn)精確閉環(huán)控制。溫度傳感器采用PT100 鉑電阻，輸出信號(hào)為0～5 V 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)溫度傳感器和測(cè)力傳感器放大后輸出的0～5 V 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)通過(guò)模擬量模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳送給PLC。PLC 根據(jù)溫度設(shè)定值與測(cè)量值的偏差自動(dòng)調(diào)用PID 算法子程序控制固態(tài)繼電器的導(dǎo)通時(shí)間，從而控制加熱管的加熱時(shí)間，來(lái)達(dá)到自動(dòng)恒溫控制的目的。

2.3 訓(xùn)練阻力和訓(xùn)練搖臂轉(zhuǎn)動(dòng)角度控制

用測(cè)力傳感器檢測(cè)直腿抬高功能鍛煉時(shí)的訓(xùn)練阻力，測(cè)力傳感器輸出為mv 信號(hào)，經(jīng)信號(hào)放大器放大為0～5 V標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，再通過(guò)模擬量模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳送給PLC。伺服電機(jī)能夠根據(jù)控制要求發(fā)出高速脈沖和電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的信號(hào)，經(jīng)過(guò)伺服驅(qū)動(dòng)器控制伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)，該伺服電機(jī)內(nèi)置的旋轉(zhuǎn)編碼器輸出信號(hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)器形成A 相和B 相正交信號(hào)，經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換以后作為PLC 高速計(jì)數(shù)器的信號(hào)源，形成以PLC 為處理器的閉環(huán)控制系統(tǒng)。PLC 根據(jù)訓(xùn)練阻力及訓(xùn)練搖臂轉(zhuǎn)動(dòng)角度設(shè)定值與測(cè)量值的偏差自動(dòng)控制伺服電機(jī)的速度和轉(zhuǎn)向，實(shí)現(xiàn)對(duì)訓(xùn)練阻力和訓(xùn)練搖臂轉(zhuǎn)動(dòng)角度的精確閉環(huán)控制。為了保證用戶安全，該伺服電機(jī)連接了減速機(jī)，用于降低訓(xùn)練搖臂轉(zhuǎn)動(dòng)速度；在直腿抬高訓(xùn)練的最小角度和最大角度處均設(shè)置有行程開關(guān)，萬(wàn)一控制系統(tǒng)失控時(shí)，訓(xùn)練搖臂活動(dòng)到最小或最大角度時(shí)，伺服電機(jī)自動(dòng)停轉(zhuǎn)，防止活動(dòng)角度過(guò)大拉傷髖關(guān)節(jié)。直腿抬高抗阻訓(xùn)練時(shí)，用戶用腿主動(dòng)帶動(dòng)訓(xùn)練搖臂向上抬起，當(dāng)抬到設(shè)定角度值時(shí)停留8 s 后，PLC 自動(dòng)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)訓(xùn)練搖臂向下轉(zhuǎn)動(dòng)。重復(fù)上述動(dòng)作，PLC 內(nèi)置的計(jì)數(shù)器可自動(dòng)計(jì)數(shù)，用戶可根據(jù)治療需求科學(xué)地完成自己的訓(xùn)練計(jì)劃。

2.4 按摩控制

為了保證腰背部按摩功能的舒適性，按摩速度要緩慢且可調(diào)，因此鏈輪電機(jī)采用步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向和運(yùn)轉(zhuǎn)速度都由PLC 程序自動(dòng)控制。通過(guò)控制脈沖數(shù)量來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的；通過(guò)改變通電順序，從而達(dá)到改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向的目的[10-12]。

多功能骨科康復(fù)綜合治療機(jī)控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖如圖2 所示。

圖2 控制系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖

2.5 輸入輸出點(diǎn)的確認(rèn)

I/O 接口又稱輸入/輸出接口，或稱I/O 模塊，是PLC與外圍設(shè)備之間的連接部件。PLC 通過(guò)輸入接口檢測(cè)輸入設(shè)備的狀態(tài)，以此作為對(duì)輸出設(shè)備控制的依據(jù)，同時(shí)PLC又通過(guò)輸出接口對(duì)輸出設(shè)備進(jìn)行控制。PLC 的I/O 接口能接受的輸入和輸出信號(hào)個(gè)數(shù)稱為PLC 的I/O 點(diǎn)數(shù)。I/O 點(diǎn)數(shù)是選擇PLC 的重要依據(jù)之一。根據(jù)本項(xiàng)目控制要求，PLC 的I/O 配置如表1 所示。

表1 I/O分配表

2.6 控制系統(tǒng)關(guān)鍵配件的選型

2.6.1 PLC的CPU

PLC 的CPU 是整個(gè)控制系統(tǒng)的控制中樞，它按PLC中系統(tǒng)程序賦予的功能指揮PLC 有條不紊地進(jìn)行工作。根據(jù)PLC 的I/O 分配表需要占用6 路輸入、6 路輸出，而且步進(jìn)和伺服驅(qū)動(dòng)器的方向與脈沖信號(hào)以及控制加熱的固態(tài)繼電器輸入控制信號(hào)都需要高速輸出。為了提高系統(tǒng)可靠性，同時(shí)節(jié)約研發(fā)成本，因此CPU 選用性價(jià)比較高的臺(tái)達(dá)DVP14SS211T（8DI+6DO），輸出形式為晶體管。

2.6.2 人機(jī)界面

人機(jī)界面，簡(jiǎn)稱HMI，又稱觸摸屏監(jiān)控器，主要功能有數(shù)據(jù)的輸入與顯示，設(shè)備操作狀態(tài)方面的時(shí)時(shí)信息顯示，報(bào)警處理及文字提醒等。由于整臺(tái)設(shè)備體積較大，選用7 寸觸摸屏比較合適，為了便于操作、保證畫面清晰，因此選用與臺(tái)達(dá)PLC 完美搭配的臺(tái)達(dá)DOP-B07S410 型人機(jī)界面。該界面為7 寸16:9 寬屏幕，65536 色TFT，分辨率為800×480 pixels，內(nèi)置2 M/82 M Flash Rom，支持RS-232/422/485 通信。

2.6.3 模擬量輸入模塊

模擬量輸入模塊的主要用途是把現(xiàn)場(chǎng)采集到的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量并傳送給CPU。藥液溫度傳感器、蒸汽溫度傳感器、測(cè)力傳感器都屬于模擬量輸入信號(hào)，共占用3 路模擬量輸入，因此選用模擬量輸入模塊DVP04AD-S（4路模擬量輸入）作為擴(kuò)展模塊。

2.6.4 溫度傳感器

溫度傳感器主要用于采集藥液溫度和中藥蒸汽溫度。由于藥液溫度控制范圍為35℃～65℃，蒸汽溫度控制范圍為35℃～45℃，因此選用MIK-PT100 型溫度傳感器，測(cè)溫范圍為-50℃～200℃，溫度特性好，測(cè)溫精度高。

2.6.5 旋轉(zhuǎn)編碼器

要想使直腿抬高功能鍛煉達(dá)到理想的訓(xùn)練效果，活動(dòng)搖臂的轉(zhuǎn)動(dòng)角度和轉(zhuǎn)動(dòng)速度都需要精準(zhǔn)控制。活動(dòng)搖臂轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍：0°～50°（水平時(shí)為0°，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)），角度控制精度：±1°，活動(dòng)搖臂轉(zhuǎn)動(dòng)速度：每秒0°～5°。旋轉(zhuǎn)編碼器是用來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)速并配合PWM 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)快速調(diào)速的裝置，光電式旋轉(zhuǎn)編碼器通過(guò)光電轉(zhuǎn)換，可將輸出軸的角位移、角速度等機(jī)械量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電脈沖以數(shù)字量輸出，因此用旋轉(zhuǎn)編碼器來(lái)測(cè)量活動(dòng)搖臂的轉(zhuǎn)動(dòng)角度和轉(zhuǎn)動(dòng)速度。根據(jù)活動(dòng)搖臂的角度和轉(zhuǎn)速控制要求及使用環(huán)境，選擇E40S6-1000-3-T-24 軸型增量旋轉(zhuǎn)編碼器型，分辨率為1000 脈沖/轉(zhuǎn)，輸出相為A、B、Z 相，控制輸出為推拉輸出，電源電壓24VDC[13]。

2.6.6 伺服電機(jī)和測(cè)力傳感器

根據(jù)臨床需求直腿抬高訓(xùn)練阻力控制范圍為0～50 N。為了保證阻力控制的可靠性和安全性，同時(shí)考慮設(shè)計(jì)成本，選用匯川技術(shù)研制的高性能中小功率伺服系統(tǒng)，測(cè)力傳感器作為阻力檢測(cè)元件，伺服電機(jī)作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置，構(gòu)成一個(gè)智能化閉環(huán)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)訓(xùn)練阻力的精準(zhǔn)控制。伺服電機(jī)型號(hào)為ISMH1-40B30CB，功率為400 W，額定轉(zhuǎn)速為3000 rpm，速度響應(yīng)頻率為1.2 kHz。測(cè)力傳感器型號(hào)為JLBS-20KG，量程為0～30 kg，綜合精度為0.1%。

上述結(jié)果表明,NaCl濃度對(duì)飽和GMZ07膨潤(rùn)土及其摻砂混合物的強(qiáng)度有明顯影響.相對(duì)于純水,鹽溶液飽和提高了GMZ07膨潤(rùn)土及其摻砂混合物試樣的剪切強(qiáng)度,并且試樣的內(nèi)摩擦角增大.隨著NaCl濃度的增加,GMZ07膨潤(rùn)土及其摻砂混合物試樣的剪切強(qiáng)度以及內(nèi)摩擦角隨之增大.由表2可知,隨著NaCl濃度的增加,砂骨架孔隙比逐漸減小,其最小值已經(jīng)接近砂的最大孔隙比,故在剪切過(guò)程中,部分砂顆粒之間會(huì)有接觸,強(qiáng)度有所增大.但是混合物試樣中砂骨架還未形成,因此摻砂混合物試樣的強(qiáng)度還是由膨潤(rùn)土起主要作用.下面通過(guò)微觀試驗(yàn)結(jié)果,分析膨潤(rùn)土及其摻砂混合物強(qiáng)度的產(chǎn)生機(jī)理.

2.6.7 步進(jìn)電機(jī)

腰背部按摩時(shí)鏈輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)鏈輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)按摩，按摩速度調(diào)節(jié)范圍為0～5 mm/s，鏈輪傳動(dòng)阻力不大[14]。故選用86HSM45-E1 型步進(jìn)電機(jī)作為鏈輪電機(jī)，對(duì)按摩速度和方向都可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制。額定電流為4 A，步距角為1.8°。

3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 軟件功能簡(jiǎn)介

控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括PLC 控制程序和人機(jī)界面設(shè)計(jì)程序。PLC 控制程序采用WPLSoft2.41 軟件編寫，主要包括溫度控制子程序、步進(jìn)電機(jī)控制子程序和伺服電機(jī)控制子程序，都采用梯形圖程序編寫。人機(jī)界面程序采用DOPSoft2.00.05 軟件編寫，主要包括歡迎界面、密碼登錄界面、主控界面。主控界面包括溫度、阻力、角度、時(shí)間顯示和設(shè)置窗口，功能啟動(dòng)、停止虛擬按鈕。觸控參數(shù)設(shè)置窗口后可自動(dòng)彈出一個(gè)數(shù)字輸入窗，可根據(jù)治療需求輸入?yún)?shù)值，參數(shù)顯示窗用來(lái)顯示當(dāng)前參數(shù)監(jiān)測(cè)值和剩余治療時(shí)間。啟動(dòng)、停止按鈕用來(lái)開啟和關(guān)閉對(duì)應(yīng)治療功能。人機(jī)界面與PLC 通過(guò)串行通信接口RS485 進(jìn)行通信，數(shù)據(jù)傳輸速率為19.2 kb/s[15]。

3.2 算法簡(jiǎn)介

采用先進(jìn)的AI 人工智能調(diào)節(jié)算法對(duì)藥液溫度和蒸汽溫度實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制。AI 人工智能調(diào)節(jié)算法是采用模糊規(guī)則進(jìn)行PID 調(diào)節(jié)的一種新型算法。在誤差大時(shí)，運(yùn)用模糊算法進(jìn)行調(diào)節(jié)，以消除PID 飽和積分現(xiàn)象；當(dāng)誤差趨小時(shí)，采用改進(jìn)后的PID 算法進(jìn)行調(diào)節(jié)，并能在調(diào)節(jié)中自動(dòng)學(xué)習(xí)和記憶被控對(duì)象的部分特征以使效果最優(yōu)化。該算法具有無(wú)超調(diào)、高精度、參數(shù)確定簡(jiǎn)單、對(duì)復(fù)雜對(duì)象也能獲得較好的控制效果等特點(diǎn)[16]。

采用PWM（脈沖寬度調(diào)制）技術(shù)對(duì)訓(xùn)練阻力實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制。PWM 控制是指在保持整流得到的直流電壓大小不變的條件下，利用半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷把直流電壓變換為電壓脈沖序列，并通過(guò)控制電壓脈沖的寬度（或用占比表示）或周期，達(dá)到改變等效輸出電壓的一種方法。通過(guò)PLC 指令自動(dòng)控制晶體管的導(dǎo)通與關(guān)斷時(shí)間改變PWM 輸出波形[17]。

4 系統(tǒng)調(diào)試和主要性能指標(biāo)檢驗(yàn)

經(jīng)過(guò)機(jī)械加工、零件組裝、硬件接線、程序編制和寫入，進(jìn)行整機(jī)調(diào)試，各項(xiàng)功能達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)要求。

4.1 熏蒸溫度控制檢驗(yàn)

采用美國(guó)福祿克公司生產(chǎn)的Fluke 51-II 型接觸式溫度計(jì)分別檢測(cè)藥液溫度傳感器檢測(cè)點(diǎn)的藥液溫度和蒸汽溫度傳感器檢測(cè)點(diǎn)的蒸汽溫度，精確到0.1℃。分別在藥液設(shè)定溫度為40℃、50℃、60℃和蒸汽設(shè)定溫度為35℃、40℃、45℃時(shí)測(cè)量，每個(gè)溫度點(diǎn)測(cè)量3 次，實(shí)驗(yàn)結(jié)果，見表2 和表3。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算出控溫精度為±0.5℃。

表2 藥液溫度檢驗(yàn)結(jié)果（℃）

表3 蒸汽溫度檢驗(yàn)結(jié)果（℃）

4.2 定時(shí)功能檢驗(yàn)

任選三個(gè)熏蒸時(shí)間分別用日本亞速旺公司生產(chǎn)的6-7154-01 型計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)，精確到0.01 s，每個(gè)時(shí)間點(diǎn)測(cè)量3 次，實(shí)驗(yàn)結(jié)果，見表4。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算出計(jì)時(shí)精度為±1 s。

表4 定時(shí)功能檢驗(yàn)結(jié)果（min:s）

4.3 訓(xùn)練阻力檢驗(yàn)

采用艾普儀器有限公司生產(chǎn)的SF-50 型數(shù)顯拉力測(cè)試儀分別檢測(cè)訓(xùn)練阻力設(shè)定值為10、20、30 N 時(shí)的拉力值，測(cè)量精度為0.1 N，實(shí)驗(yàn)結(jié)果，見表5。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算出訓(xùn)練阻力控制精度為±1 N。

表5 訓(xùn)練阻力檢驗(yàn)結(jié)果（N）

5 結(jié)論

本文對(duì)多功能骨科康復(fù)綜合治療機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)和調(diào)試，得出以下結(jié)論。

（1）熏蒸氣流罩設(shè)計(jì)為倒錐形結(jié)構(gòu)，在保證熏蒸面積滿足治療需求的同時(shí)節(jié)省了熏蒸藥液。采用先進(jìn)的AI 人工智能調(diào)節(jié)算法對(duì)藥液溫度和蒸汽溫度實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，控溫精度可達(dá)±0.5℃，既可保證患者熏蒸舒適，又避免了單獨(dú)控制蒸汽溫度造成的藥液溫度波動(dòng)過(guò)大的現(xiàn)象。

（2）腰背部按摩裝置上部采用符合人體生理曲度的曲面結(jié)構(gòu)，傳動(dòng)采用循環(huán)鏈條滾輪結(jié)構(gòu)，可對(duì)腰背部有效支撐和滾動(dòng)按摩。通過(guò)PLC 控制步進(jìn)電機(jī)的速度和轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)對(duì)按摩速度和滾動(dòng)方向的控制，保證了按摩舒適度。

（3）通過(guò)訓(xùn)練搖臂繞阻尼轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)了直腿抬高功能鍛煉。采用測(cè)力傳感器、旋轉(zhuǎn)編碼器、PLC、步進(jìn)電機(jī)構(gòu)成的伺服閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)訓(xùn)練阻力、直腿抬高角度、保持時(shí)間、訓(xùn)練次數(shù)等參數(shù)的精準(zhǔn)控制。控制精準(zhǔn)、響應(yīng)速度快、可靠性高。

（4）本設(shè)計(jì)中的防漏電保護(hù)、防干燒保護(hù)、溫度上限保護(hù)、訓(xùn)練阻力和直腿抬高角度過(guò)大保護(hù)等安全保護(hù)功能都達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)要求，設(shè)備安全可靠。

（5）本設(shè)計(jì)把中藥熏蒸、腰背部按摩和直腿抬高功能鍛煉的機(jī)械結(jié)構(gòu)有機(jī)結(jié)合為一體，結(jié)構(gòu)緊湊，外形美觀。三種功能可分別獨(dú)立工作，也可任意組合使用，又可同時(shí)工作，為頸肩腰腿痛疾病的康復(fù)治療提供了有效途徑，提高了治療效果，同時(shí)節(jié)約了治療時(shí)間，又節(jié)省了設(shè)備占地空間，值得臨床推廣應(yīng)用。