仿生技術(shù)多功能康復(fù)訓(xùn)練輪椅的設(shè)計(jì)與研究

郭佳祺 徐昌盛 李冠岐 李旭

摘要：據(jù)調(diào)查中國(guó)目前下肢運(yùn)動(dòng)障礙人數(shù)達(dá)2412萬(wàn)人，其占?xì)埣踩丝倲?shù)的比重為29.07%。目前，針對(duì)這類患者的康復(fù)，康復(fù)治療方法除了傳統(tǒng)的康復(fù)醫(yī)師手把手訓(xùn)練外，還有借助康復(fù)機(jī)器人進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練的方式。使用康復(fù)機(jī)器人可以在一定程度上緩解目前我國(guó)康復(fù)醫(yī)師數(shù)量不足的問(wèn)題，并且機(jī)器人的輔助動(dòng)作不會(huì)受到疲勞或者主觀判斷等因素影響。如此我們將康復(fù)機(jī)器人的原理與這類患者常用的輪椅結(jié)合，既解決患者出行問(wèn)題又可以解決康復(fù)訓(xùn)練的問(wèn)題。從我國(guó)的研究現(xiàn)狀看來(lái)，這類設(shè)備都還處于研發(fā)階段，這種康復(fù)機(jī)構(gòu)具有無(wú)與倫比的作用。因此康復(fù)醫(yī)療在未來(lái)具有良好的應(yīng)用場(chǎng)所和市場(chǎng)前景。在此基礎(chǔ)上我們發(fā)明了這款集智能、輕盈、便捷、省時(shí)省力于一身的仿生技術(shù)多功能康復(fù)訓(xùn)練輪椅。

關(guān)鍵詞：智能康復(fù);運(yùn)動(dòng)輔助

1.研究背景

伴隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，人們的生活水平逐漸提高，不健康的飲食作息規(guī)律，或者是突發(fā)性的意外狀況，導(dǎo)致人們產(chǎn)生諸多疾病如腦梗塞，腦溢血，腦萎縮，腦瘤，等疾病都會(huì)導(dǎo)致下肢運(yùn)動(dòng)障礙患者的產(chǎn)生，所以下肢運(yùn)動(dòng)障礙患者的人數(shù)還在不斷上升。傳統(tǒng)的康復(fù)訓(xùn)練方法是被動(dòng)式訓(xùn)練，一般由康復(fù)醫(yī)師輔助患者進(jìn)行訓(xùn)練。這種訓(xùn)練方法主要依靠醫(yī)師的個(gè)人操作并且只能對(duì)一名患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，康復(fù)醫(yī)師的經(jīng)驗(yàn)和自主判斷在很大程度上會(huì)影響訓(xùn)練效果，訓(xùn)練效率很低并且需要耗費(fèi)大量人力物力，長(zhǎng)時(shí)間訓(xùn)練的訓(xùn)練強(qiáng)度和效率得不到保證度。無(wú)法記錄訓(xùn)練中產(chǎn)生的各種運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，無(wú)法對(duì)康復(fù)效果做出客觀地評(píng)價(jià)，醫(yī)師只能依靠個(gè)人經(jīng)驗(yàn)對(duì)患者的表現(xiàn)作出判斷。此外，單調(diào)枯燥的訓(xùn)練也容易影響患者的訓(xùn)練熱情和心態(tài)。有研究表明，為患者在訓(xùn)練過(guò)程中提供多種方式的信息反饋，并根據(jù)患者狀態(tài)在訓(xùn)練過(guò)程中給與鼓勵(lì)，可以很大程度地提高康復(fù)效果。綜上可采用康復(fù)機(jī)器人進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練的方式。這種方式的訓(xùn)練效果比起傳統(tǒng)的康復(fù)訓(xùn)練方式來(lái)說(shuō)有了一定程度提高，康復(fù)機(jī)器人的輔助動(dòng)作不會(huì)受到疲勞或者主觀判斷等因素影響。如此我們將康復(fù)機(jī)器人的原理與這類患者常用的輪椅結(jié)合，即解決患者出行問(wèn)題又可以解決康復(fù)訓(xùn)練的問(wèn)題。為了給他們提供安全可靠的代步工具，幫助他們重新站起來(lái)，重新的融入社會(huì)。將更成熟的新科技融入他們代步的輪椅之中，逐漸引起了全社會(huì)的關(guān)注。

2.設(shè)計(jì)與系統(tǒng)介紹

在充分的考慮到設(shè)備的可行性與實(shí)用性之后，我們?cè)O(shè)計(jì)了一款集主動(dòng)運(yùn)動(dòng)，被動(dòng)運(yùn)動(dòng)，助力運(yùn)動(dòng)，感知訓(xùn)練與肌肉訓(xùn)練為一體的多功能康復(fù)訓(xùn)練輪椅，此設(shè)備主體包括康復(fù)訓(xùn)練機(jī)構(gòu)，輪椅站立機(jī)構(gòu)，輪椅轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，康復(fù)方案指導(dǎo)系統(tǒng)組成，由整體控制系統(tǒng)進(jìn)行控制操作，康復(fù)方案指導(dǎo)系統(tǒng)采用Java語(yǔ)言設(shè)計(jì)，整體控制系統(tǒng)采用C語(yǔ)言設(shè)計(jì)。

根據(jù)實(shí)際的使用要求，以及參照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)等工具書(shū)計(jì)算出仿生技術(shù)多功能康復(fù)訓(xùn)練輪椅的移動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練機(jī)構(gòu)尺寸，輪椅站立機(jī)構(gòu)和輪椅轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)尺寸等一些重要參數(shù)。

仿生技術(shù)多功能康復(fù)訓(xùn)練輪椅，分為硬件機(jī)械結(jié)構(gòu)和軟件控制系統(tǒng)兩部分，我們前期進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)搜集與研究，硬件機(jī)械結(jié)構(gòu)方面，采用SolidWorks和CAD等軟件進(jìn)行整體的三維和二維建模與強(qiáng)度校核以及選材等。軟件方面采用Java設(shè)計(jì)康復(fù)方案指導(dǎo)系統(tǒng)，根據(jù)病患基本病情，康復(fù)方案指導(dǎo)系統(tǒng)可自動(dòng)給出康復(fù)方案。整體控制系統(tǒng)采用C語(yǔ)言設(shè)計(jì)使用STM32單片機(jī)與HC-05藍(lán)牙模塊相配合，使得患者可以與康復(fù)輔助訓(xùn)練輪椅進(jìn)行人機(jī)交互，不僅可以用手機(jī)去操控輪椅，也可在手機(jī)上實(shí)時(shí)查看自己的運(yùn)動(dòng)康復(fù)效果。

仿生技術(shù)多功能康復(fù)訓(xùn)練輪椅，在實(shí)際使用過(guò)程中，操作簡(jiǎn)單價(jià)格合理、移動(dòng)方便、無(wú)需排隊(duì)等待。加快患者的康復(fù)速度，讓家人和護(hù)理人員從這簡(jiǎn)單枯燥輔助動(dòng)作解放出來(lái)，減輕家庭和社會(huì)的負(fù)擔(dān)。

3.效益分析

隨著社會(huì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，患者們對(duì)渴望行走的欲望也愈加強(qiáng)烈，而目前市場(chǎng)上的電動(dòng)輪椅功能不夠，康復(fù)機(jī)構(gòu)價(jià)格昂貴，而我們的仿生技術(shù)多功能康復(fù)訓(xùn)練輪椅擁有能夠輔助患者行走、進(jìn)行恢復(fù)性的運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練和輔助患者起立的移動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練機(jī)構(gòu)和輪椅站立機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)能夠輔助患者進(jìn)行運(yùn)動(dòng)恢復(fù)和站立。輪椅站立機(jī)構(gòu)輔助患者進(jìn)行站立，移動(dòng)康復(fù)訓(xùn)練機(jī)構(gòu)帶動(dòng)患者的下肢進(jìn)行腿部的康復(fù)性行走訓(xùn)練，來(lái)達(dá)成我們輪椅的康復(fù)目的。本產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)及功能上比普通的電動(dòng)輪椅要全面，康復(fù)效果更好，康復(fù)天數(shù)更短。與醫(yī)院等康復(fù)機(jī)構(gòu)相比，成本更低，資金投入更少。是集省時(shí)省力，功能全面與一體的高性價(jià)比康復(fù)輔助設(shè)備。

人口大國(guó)屈指可數(shù)，我國(guó)乃是全世界人口數(shù)量最多的國(guó)家，老齡化成為了我們無(wú)法避免的問(wèn)題。我國(guó)下肢殘疾或有運(yùn)動(dòng)障礙的患者高達(dá)2400余萬(wàn)人，約占全國(guó)的人口的1.7%，由于這一類人喪失了行走能力，為了給他們提供安全可靠的代步工具，幫助他們重新拾起站立的希望，使傷患與社會(huì)更加融洽是非常有必要的。從我國(guó)的研究現(xiàn)狀看來(lái)，根據(jù)患者進(jìn)行輔助起立訓(xùn)練的設(shè)備都還處于研發(fā)階段，這種康復(fù)機(jī)械的應(yīng)用具有無(wú)與倫比的作用。因此康復(fù)醫(yī)療在未來(lái)具有良好的應(yīng)用場(chǎng)所和市場(chǎng)前景。

4.結(jié)語(yǔ)

我們此項(xiàng)目主要為腿腳不便的老年人和患者設(shè)計(jì)給他們提供安全可靠的代步工具，方便他們的生活和重拾站立希望，將更成熟的科技融入他們的生活。本產(chǎn)品目前也有較大的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，我們也將繼續(xù)改進(jìn)和升級(jí)，使得我們的產(chǎn)品更加完善。同時(shí)我們也將密切關(guān)注市場(chǎng)，調(diào)整方案，使得我們的產(chǎn)品更具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。我們團(tuán)隊(duì)也將關(guān)注下肢運(yùn)動(dòng)患者，使得科技真正的服務(wù)于社會(huì)，服務(wù)于下肢運(yùn)動(dòng)的殘障人士。助力康復(fù)行走，我們?cè)谛袆?dòng)。

參考文獻(xiàn)

[1]吳慶連.康復(fù)醫(yī)學(xué)科，中國(guó)協(xié)和醫(yī)科大學(xué)出版社，2018.

[2]國(guó)家統(tǒng)計(jì)局.http：//www.stats.gov.cn/.