一种上肢肌力主被动训练仪的研究

　　摘 要：市场上常见的上肢肌力训练器械主要具有的功能是被动训时能提供负载，而且大部分是采用的人工加载负载，操作及设置不方便，在此基础上，上肢肌力主被动训练仪主要能够提供主动训练及被动训练，并且采用电控技术控制电机及阻尼，同时采用触摸屏技术，让操控更加直观方便，使设备更加任性化。

　　关键词：上肢;主被动;肢体康复;肌力训练

　　1 绪论

　　1.1 研究背景及目的意义

　　从20世纪80年代开始，微电子学、信息技术的发展和生命科学的兴起，推动了肢体康复学科的发展，肢体康复训练系统贯穿了康复医学、生物力学、机械学、机械力学等诸多领域，把先进的智能机电设备技术引入到四肢康复训练中已经成为了国际机器人领域的一个研究热点。

　　研究目的是为了缩短国内医疗器械行业与国外技术水平的差异，给偏瘫等病人提供可靠，稳定的辅助设备，辅助偏瘫病人进行有目的、有计划的上肢训练;保证病人能从无运动能力到有一定的运动能力的训练过程。

　　1.2 研究对象简介

　　上肢肌力主被动训练仪是一种适合于运动障碍患者的训练系统，该系统利用计算机控制技术，智能辅助运动障碍患者进行有针对性的运动训练，达到促进障碍患者早日康复的目的。

　　1.3 研究需要解决的关键技术

　　该研究项目在研发过程中，项目组对速度配比进行了相应的调整，主要是为了满足病人初期运动困难时，训练更舒适;项目组对设备负载产生源进行了更换;使项目负载可靠、可控、更精确，方便病人按需求进行训练。DAC调速设计技术; 2)阻尼设计技术;3)智能电动转向助力技术;4)机械结构设计技术。5)触摸屏可视化控制显示设计。

　　2 国内外同类研究对比分析

　　2.1 历史和现状

　　我国为适应21世纪社会发展需要，康复医学已得到迅速发展。近十几年来，人们对康复医学服务的迫切需求，使得康复医疗设备需求剧增。中国护理事业发展规划纲要(2005～2010年)提出：现代医学模式和新的健康观念对护理理念产生了深刻影响，随着医学科学的进步和高新技术在诊疗工作中的运用，临床护理专业技术水平显著提高，康复医疗在急危重症、疑难症患者的救治方面发挥着重要作用。康复医疗工作要贴近病人、贴近临床、贴近社会、提高质量、体现人文关怀。

　　现在市场中的上肢康复产品，主要针对有一定运动能力的病人，对病人进行一些运动治疗，但对基本丧失运动能力的病人不能帮助他们进行康复，而且训练强度不能根据病人的能力进行调，本产品新增被动模式和助力模式，通过仪器带动病人运动，让病人慢慢恢复自主运动能力，可以通过调节运动阻力的大小，对不同阶段的病人制定不同训练强度的治疗方案。

　　2.2 本研究与国内相关产品的不同

　　研究的是一种上肢肋力运动训练康复类医疗器械，本仪器有主动，被动，助力三种工作模式。被动模式是针对上肢运动障碍严重的病人，患者本身基本丧失自主运动能力，此时器械会带动病人上肢作曲伸运动，帮助病人上肢肌肉作运动，使病人慢慢有一定的运动能力。当病人有一定的自主运动能力时可选择助力模式，此模式要求病人自己作上肢曲伸运动，当病人自主运动有团难时，仪器起动助力帮助病人运动，随着病人上肢病情的好转，可以加大运动助力，增加运动强度，帮助病人循序渐进的康复。当病人已基本恢复运动能力后，可通过主动模式进行康复后巩固训练，可根据病人情况选择不同的训练强度。

　　为了辅助训练偏瘫病人进行有目的，有计划的上肢训练，特研发此项目;项目主要针对病人的上肢肌肉进行;项目适用病人从0级肌力到5级肌力范围，达到了病人从被动训练，助力训练到主动训练的过程。产品的科学意义是实现了精确设定病人训练的阻力，并且完全实现了数字化反馈，从而达到辅助医生制定科学的训练计划。

　　项目研究的难点主要是如何实现负载和动力的连接，由于要保证相互连接而不干涉，单独采用了特殊的连接结构。由于实现了上述三个特点，这种组合结构可以应用到任何关于主被动训练的系统中。

　　3 研究解决问题的原理

　　1)本项目主要是通过合理的设计手臂运动机构，同时对国内先进的阻尼原件与动力原件通过合适的组合连接，实现了病人主动训练时的阻尼的准确提供，病人被动训练时的电机动力稳定提供，同时让主动、助力、被动训练时相互隔离，互不影响。

　　2)设备到位后，将件1(安全静音脚轮)锁死;件2(机架)上安装有动力装置;动力装置包括件3(电控阻尼器)、件5(离合器)、件6(无刷电机)通过机械机构合理连接在一起，当主动训练时，件3电控阻尼器起作用，件5(离合器)脱开，实现与电机不干涉;当被动训练时，件5(离合器)吸合，件3停止工作，实现被动运动;通过件4(多楔带)传动连接上部件7(运动轴)，件9(角度传动器)用来跟随检测角度变化;件8(轴承座)支撑件7运动轴;件7带动件14(转臂)，病人将手肘放在件15(肘托)，调节件13(调节螺钉)伸缩件12(伸缩臂)达到舒适的长度;通过件11(液晶显示屏)来设置训练参数;件11以通过调节件12实现上下调节;在运动过程中，为了保证安全，设备设置了件16(急停开关)来停止电机运转。

　　4 结论

　　该研究项目完成并实现了精确设定病人训练的阻力，并且完全实现了数字化反馈，从而达到辅助医生制定科学的训练计划。项目主要针对病人的上肢肌肉进行;适用病人从0级肌力到5级肌力范围，达到了病人从被动训练，助力训练到主动训练的过程。

　　1)前臂支架调节范围：260mm～420mm;2)被动训练模式：1)肘关节屈伸角度设置：0°～90°可任意输入;2)训练速度分1～8级可调节;3)主动训练模式：1)肘关节屈伸角度设置：0°～90°可任意设置，设备自动恢复原位;2)主动运动的阻力力矩设定分为1～16级可调节。4)助力训练模式：(1)肘关节屈伸角度设置：0°～90°可任意设置;(2)助力功能：患者未能够达到指定角度，设备以设定的运动档位带动患者到设定角度;项目中的难点主要是如何实现负载和动力的连接，由于要保证相互连接而不干涉，单独采用了特殊的连接结构。由于实现了下述三个特点，这种组合结构可以应用到任何关于主被动训练的系统中。

　　4.1 产品实现了病人的主動训练、被动训练和助力训练;

　　主动训练主要是通过设定阻力，从而实现病人负力的训练;被动训练主要采用电机通过一定的传动比带动病人进行;助力训练是当病人主动训练无法达到训练目的时，增加电机动力辅助病人实现训练的目的。

　　4.2 产品实现了数字化的管理

　　通过设定负载源的电流，达到预定的训练阻力，负载精度能达到0.1N;由于负载是由电气控制的，控制准确性更高，且由于负载的特定工作原理，负载的数值在训练过程中不会变化。项目配备了电机的工作采样采集，方便了解病人被动训练康复的情况。

　　4.3 产品实现了主被动互不干扰

　　通过中间连接机构实现了负载源和动力源的有效连接。在需要负载时只提供运动负载，在需要动力时，能准确提供动力。

　　研究的不足：通过该项目的实施及研究过程，发现在人体肢体康复过程中，无法自动根据患者的运动能力进行运动训练的调节及改变。现在世界范围内伺服技术不断完善，如果将伺服技术加入到设备的研发中，设备将具有更好的智能化和适应性。

　　参考文献

　　[1]燕铁生，梁维松.《现代康复治疗学》，2012年11月1日，广东科技出版社

　　[2]刘刚，王志强，房建成《永磁无刷直流电机控制技术与应用》2008-04-01机械工业出版社

期刊VIP网，您身边的高端学术顾问

文章名称： 一种上肢肌力主被动训练仪的研究

文章地址： http://www.qikanvip.com/lcyx/45611.html