多功能醫療康復床的技術研究

陸佳浩 葛江濱 陳佳瑩 胡露瀅

摘要：隨著我國老齡化的嚴重外加意外事故的增多，大大的增加了人們對康復設備的需求，同時也越來越多的人開始認同智能機械康復訓練設備在康復治療中的重要作用，并且開始不斷進行相關方面的研究，使用智能機器人技術進行康復治療得到迅速發展，在全球范圍內獲得了突飛猛進的進展，尤其是一些發達國家，比如美國、日本、德國、瑞士等，這一領域近年來在國內的一些發達城市也得到了相應的重視。針對現在市場中也有很多的類似康復機械的存在，不過目前市場中的康復機械機構功能單一，且價格昂貴。同時市場中存在的康復設備大多是懸掛式或穿戴式，坐臥式康復機械很少。本產品就采用了坐臥式康復，這樣大大的增加了使用者的方便和舒適感。

關鍵詞：智能機器人;生理學運動參數;肌肉功率;坐臥式康復

1?引言

醫療康復有下肢康復、上肢康復、手指康復等等。同時下肢康復又可以分為踝關節和膝髖關節然康復，上肢康復又可以分為手臂肘關節及肩關節。而目前市場中存在的康復機械都是單一的對某一個部位進行康復，這大大的限制了一些客戶對康復的需求。基于此本文對多功能醫療康復床的關鍵技術進行研究。

2?醫療康復床的功能及性能分析

醫療康復床是通過帶動患者進行適量的、特定的重復性訓練來促進大腦皮質的重組，讓患者通過深刻的體驗來學習和儲存正確的運動模式。醫療康復床是對傳統康復物理床經典治療點的基礎上進行的整合與優化設計，主要解決不同康復階段，患者需要進行治療儀器轉換的問題，能夠滿足了不同患者不同康復階段的需求。在本作品中，多個治療控制能同時完成，實現了從傳統型到多功能型的飛躍。該作品針對患者的病理步態特征，在步行姿態、上下肢的協調運動、手指關節、膝髖關節、踝關節的運動控制能力等方面對患者進行正確的引導和訓練。

3?醫療康復床的康復機構組成

3.1手指關節運動設計

本作品設計的關節部分如圖1，采用4塊半圓類手指型，4塊類手指呈層疊豎直擺放套放，分別于與除大拇指外的4根手指一一對應。每個類手指一端上有一孔與固定的豎直光軸鉸接，使其可以繞著光軸轉動，另一端用長螺栓相互連接，使每個類手指保持同步轉動。類手指的指部中間連接一根彈簧，另一端連接另一根光軸，這根光軸固定在前面那根光軸的另一側。螺栓端連出一根拉繩到Z形曲軸的一端的軸承座螺栓孔上，軸承座與Z形曲軸端相固定，另一端用聯軸器與電機的伸出軸相固定，從而通過電機轉動來帶動Z形曲軸轉動，從而使繩子來回拉動，用繩子的來回拉動和彈簧彈性形變來的實現手的張緊運動。

手指關節部分康復訓練機構的取用是先通過合頁連接，并與床板垂直放置，然后用手把該機構抬到與床板相平齊，通過大軸承轉動轉動板180度，把手指關節部分康復訓練機構呈現在轉動板的正上方，然后推動滑板使該機構往床板方向滑動，到達指定位置后，把患者的手套進與類手指板貼合的手套中，然后就可開始手指關節部分的康復訓練。

圖1?手指關節康復機構示意圖

（1）豎直光軸、（2）類手指板、（3）彈簧、（4）繩子、（5）長螺栓、（6）小軸承座、（7）Z形曲軸、（8）聯軸器、（9）電機、（10）大軸承座、（11）滑板、（12）合頁、（13）轉動板

3.2手臂肘關節及肩關節設計

手臂肘關節和肩關節的模擬運動，分別采用曲柄搖桿機構、曲柄搖塊機構實現肩關節和肘關節運動，具體的結構如下：手臂機械上的共有兩個手托架，分別固定在手臂肘關節的兩側;在肘關節外側安裝了電動推桿，電動推桿的一端固定在手臂的大臂上，另一端采用鉸鏈連接在手臂的小臂上，因此構成曲柄搖塊機構。當電推桿伸縮長度時，肘關節實現彎曲運動;大臂與豎直桿采用鉸鏈連接而形成肩關節，大臂的另一端鉸接一個連桿，連桿另一端與底部圓盤鉸鏈連接，因此構成一個曲柄搖桿機構。當底部的肩關節減速電機轉動的時候，帶動整個手臂機構圍繞肩關節擺動，形成手臂肩關節運動;手臂肘關節及肩關節康復器械主要對上肢關節功能患者的肌肉進行訓練，合理的運動使人的手臂肌肉力量得到很好恢復，可以用作康復輔助治療和鍛煉。

3.3腿部膝髖關節設計

腿部膝髖關節主要采用曲柄搖桿機構來實現機構的整體運動，（如圖3）大腿固定在L形推桿的腳托架上，然后通過腿部減速電機帶動圓盤轉動使一端固定圓盤上的搖桿實現上下升降。由于桿子的另一端與L推形桿固定，從而實現了L推形桿的上下升降，進而實現了膝髖關節的抬升和彎曲運動。通過L形推桿的角位移與角速度，即可實現骨骼按照固定設置的步態軌跡引導患者做運動，滿足最基本的被動訓練要求。電機與圓盤的配合可以使L形推桿進行往復式運動，L形推桿對大腿的推動，使膝蓋彎曲，并且最高可使大腿與小腿的彎曲達到50度，從而達到鍛煉效果。

圖3?腿部膝髖關節

（1）腳托架、（2）L形推桿、（3）腿部減速電機、（4）搖桿、（5）鏈輪、（6）電機驅動桿、（7）圓盤

4?結論及展望

多功能醫療康復床不僅功能齊全，且操作簡單。同時采用了坐臥式訓練，大大的減小了使用者在使用時自身重量的負載，提高了舒適度。多功能醫療康復床適應不同階段的患者。可實現單個關節和多個關節的同時訓練。

對多功能醫療康復床的研究，給很多家庭帶來了很多康復的希望，同時可以大大減輕巨額康復治療費用帶來的社會和家庭的經濟負擔。于此同時康復機械又是一個復雜的多科學叉，高度融合了機電一體化系統，展開它的研究可以進一步的促進機器人科學、現代機構學、機械仿生設計、機械虛擬設計技術等等的一系列發展。

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（作者單位：1.浙江工業職業技術學院）