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新型卧式下肢康复训练机器人机械系统设计

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.

-全文完-