新型臥式下肢康復訓練機器人機械系統設計

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，并記述了內在的構造。

關鍵詞：下肢;康復訓練;機器人;康復訓練模式，伺服系統;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元繼發性，當不進行有效的治療，將會留下許多并發癥，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量。然而，使用運動康復訓練能有效恢復中樞神經，預防肌肉萎縮產生。

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合機器人的相關技術，最終總結出如下類康復訓練模式。髖關節是位于大腿軸線與身體冠狀間出現的夾角部位，位于小腿軸線與大腿軸線的夾角稱為膝關節角度，對于踝關節部位的矢狀位置，需繞額狀軸展開運行，逐步向前運行，慢慢變為背屈，向后展開運動，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，稱之為內收，外展是稱正中面位置。在康復訓練過程中，需要根據患者身體情況，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，需髖關節和膝關節在起點位置控制為10度左右。

1.1 訓練髖關節

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

1.2 鍛煉膝關節

維持髖關節和踝關節不變的基礎上，適當降低亦或增大膝關節活動角度，這樣能拉伸膝關節位置韌帶，幫助疏通經絡作用。在此模式下，應保持髖關節角度在90度左右，這樣能隨意調整膝關節活動區域。

2 臥式下肢康復訓練機器人總體設計

根據以上康復訓練模式，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

機器人腿部是外骨骼機械機構，經過外力的作用下，可有效改變患者下肢神經與肌肉系統，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和膝關節以及踝關節，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，實現旋轉髖關節運動目的。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動減速器，擺動膝關節。安裝的電機1與電機2能互相協調，掌握人體踝關節軸線軌跡。交叉安裝電機1與電機2，才能控制好踝關節軸線矢狀面。減速器3與4可交叉安裝，通過電機3才能帶動驅動減速器3進行旋轉，從而實現踝關節內收以及外展運動。控制下肢中內旋和外旋運動。

2.2 系統工作原理

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，讓患者腿部能根據機械來回運動，實現鍛煉患者關節的目的。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位置，旋轉腳固定板，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

設計與分析外骨骼機械腿部，了解控制當前系統，在機器中，應合理掌握系統原則，掌握控制系統中上、下結構開發式機器人控制系統。通過PCL總線實現兩者間通訊。研制的機器人控制系統，能融合PC機的信息處理，將其開放特點與運動有效結合，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字信號處理，從而掌握伺服運動。通過模擬量數據采用轉換通道，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生。

4 結束語

綜上所述，臥式下肢康復訓練機器人，是一種集成機電系統，能有效對硬件配置以及機械結構做出詳細的說明，來達到新型臥式下肢康復，結合機器人與康復醫學相結合，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.