2023年新型卧式下肢康复训练机器人机械系统设计.doc

新型卧式下肢康复训练机器人机械系统新型卧式下肢康复训练机器人机械系统设计设计 马艳 摘 要：对于长时间卧床的偏瘫患者以及下肢行为较为虚弱的患者来讲，研究一种卧式康复训练机器人，能让患者在床上进行康复训练。因此，在各种康复训练模式上，文章设计了新型卧式下肢康复训练机器人机械系统，并记述了内在的构造。关键词：下肢;康复训练;机器人;康复训练模式，伺服系统;脑卒 DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2019.24.068 0 前言 对于治疗脑卒中诊断水平在逐渐提升，在很大程度上提高了患者存活率。脑卒中偏瘫患者运动功能会有所降低，这是因为改变了肌肉与神经元继发性，当不进行有效的治疗，将会留下许多并发症，但也不能盲目的训练，这样的训练方式，较为影响患者日常生活质量。然而，使用运动康复训练能有效恢复中枢神经，预防肌肉萎缩产生。1 康复训练模式分析 对于下体虚弱从而无法直立行走的患者，则需要使用卧式下肢康复训练机器人，机器人主要针对患者在躺卧状况下对患者施行的被动的康复训练，从而保护关节的正常活动状况，避免影响肢体的运动情况。查阅关于下肢康复的相关书籍中以及结合机器人的相关技术，最终总结出如下类康复训练模式。髋关节是位于大腿轴线与身体冠状间出现的夹角部位，位于小腿轴线与大腿轴线的夹角称为膝关节角度，对于踝关节部位的矢状位置，需绕额状轴展开运行，逐步向前运行，慢慢变为背屈，向后展开运动，我们称为跖屈。如果将其放置到水平面上，应围绕小腿来展开运动，逐渐接近中间部位，称之为内收，外展是称正中面位置。在康复训练过程中，需要根据患者身体情况，合理、有效的对运动角度选择。为了确保运动具有足够的柔顺性与舒适型，需髋关节和膝关节在起点位置控制为 10 度左右。1.1 训练髋关节 患者在训练髋关节过程中，应维持膝关节和踝关节不变的情况下，尽量增宽髋关节中的运动角度，使得患者腿部筋络疏通，促进血液循环间的流动，在此基础上，髋关节最大的活動区域为 80 度，能对其开展任意的调节。如图 1 训练髋关节。1.2 锻炼膝关节 维持髋关节和踝关节不变的基础上，适当降低亦或增大膝关节活动角度，这样能拉伸膝关节位置韧带，帮助疏通经络作用。在此模式下，应保持髋关节角度在 90 度左右，这样能随意调整膝关节活动区域。2 卧式下肢康复训练机器人总体设计 根据以上康复训练模式，应达到不同患者身高与病床要求，这样能方便进行有效操作。根据人体特征来设计下肢康复训练机器人。2.1 设计机器人腿部机构 机器人腿部是外骨骼机械机构，经过外力的作用下，可有效改变患者下肢神经与肌肉系统，帮助患者行走，在患者腿部安置上主力装置，能替代治疗师协助患者做一些较为简单的康复训练运动。为患者安装上仿生机械机器，能让患者自由活动，对患者做腿部康复训练也非常有帮助1。设计的机器人有髋关节和膝关节以及踝关节，都是大腿、小腿以及脚部组成。在各个部位，都会安装上交流伺服电机，这样才能使腿部来回运动，实现旋转髋关节运动目的。为了能降低患者腿部负担，应减小重心，合理减小关节位置的安装尺寸，电机与减速器都应选择传动连接的模式。这样电机才能带动驱动减速器，摆动膝关节。安装的电机 1 与电机 2 能互相协调，掌握人体踝关节轴线轨迹。交叉安装电机 1与电机 2，才能控制好踝关节轴线矢状面。减速器 3 与 4 可交叉安装，通过电机 3 才能带动驱动减速器 3 进行旋转，从而实现踝关节内收以及外展运动。控制下肢中内旋和外旋运动。2.2 系统工作原理 在机器人工作时，要先将患者脚踝部位放在支撑架上，脚面放在脚踏板上面并固定。之后使用选定好的模式进行康复，电动机械腿可以带动患者腿向前迈进，让患者腿部能根据机械来回运动，实现锻炼患者关节的目的。在机器人的设计上，康复机器人适用于两只腿的康复锻炼，当右腿需要做康复时，应以大腿轴心到地面垂线为对称周，控制电机中各个关节位置，旋转脚固定板，将腿部支撑从支撑架上拨出，在另外一端耳朵插入到支撑架上。3 机器人控制系统 设计与分析外骨骼机械腿部，了解控制当前系统，在机器中，应合理掌握系统原则，掌握控制系统中上、下结构开发式机器人控制系统。通过 PCL 总线实现两者间通讯。研制的机器人控制系统，能融合 PC 机的信息处理，将其开放特点与运动有效结合，加强信息处理能力，这样能使轨迹掌握的更加精准，适合各类人群。某某运动控制器材，输出脉冲与模拟量，掌握信号四轴运动，其中，核心部位便是逻辑计算能力中的模块和数字信号处理，从而掌握伺服运动。通过模拟量数据采用转换通道，能达到大腿轴扭矩传感器扭动。作为辅导人员，应了解机器人大腿轴扭矩是怎样的改变的，患者康复情况如何，预防扭伤患者的状况产生。4 结束语 综上所述，卧式下肢康复训练机器人，是一种集成机电系统，能有效对硬件配置以及机械结构做出详细的说明，来达到新型卧式下肢康复，结合机器人与康复医学相结合，能使得患者恢复到正常的生活，能达到预期目标。接下来，应更进一步的分析柔性化控制，最后将其人和机相结合。参考文献：1潘志超，徐秀林，肖阳.下肢康复机器人研究进展J.中国康复理论与实践，2016，22（06）：680-683.