陸佳浩 葛江濱 陳佳瑩 胡露瀅

摘要：隨著我國(guó)老齡化的嚴(yán)重外加意外事故的增多，大大的增加了人們對(duì)康復(fù)設(shè)備的需求，同時(shí)也越來(lái)越多的人開(kāi)始認(rèn)同智能機(jī)械康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備在康復(fù)治療中的重要作用，并且開(kāi)始不斷進(jìn)行相關(guān)方面的研究，使用智能機(jī)器人技術(shù)進(jìn)行康復(fù)治療得到迅速發(fā)展，在全球范圍內(nèi)獲得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)展，尤其是一些發(fā)達(dá)國(guó)家，比如美國(guó)、日本、德國(guó)、瑞士等，這一領(lǐng)域近年來(lái)在國(guó)內(nèi)的一些發(fā)達(dá)城市也得到了相應(yīng)的重視。針對(duì)現(xiàn)在市場(chǎng)中也有很多的類似康復(fù)機(jī)械的存在，不過(guò)目前市場(chǎng)中的康復(fù)機(jī)械機(jī)構(gòu)功能單一，且價(jià)格昂貴。同時(shí)市場(chǎng)中存在的康復(fù)設(shè)備大多是懸掛式或穿戴式，坐臥式康復(fù)機(jī)械很少。本產(chǎn)品就采用了坐臥式康復(fù)，這樣大大的增加了使用者的方便和舒適感。

關(guān)鍵詞：智能機(jī)器人;生理學(xué)運(yùn)動(dòng)參數(shù);肌肉功率;坐臥式康復(fù)

1?引言

醫(yī)療康復(fù)有下肢康復(fù)、上肢康復(fù)、手指康復(fù)等等。同時(shí)下肢康復(fù)又可以分為踝關(guān)節(jié)和膝髖關(guān)節(jié)然康復(fù)，上肢康復(fù)又可以分為手臂肘關(guān)節(jié)及肩關(guān)節(jié)。而目前市場(chǎng)中存在的康復(fù)機(jī)械都是單一的對(duì)某一個(gè)部位進(jìn)行康復(fù)，這大大的限制了一些客戶對(duì)康復(fù)的需求?；诖吮疚膶?duì)多功能醫(yī)療康復(fù)床的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。

2?醫(yī)療康復(fù)床的功能及性能分析

醫(yī)療康復(fù)床是通過(guò)帶動(dòng)患者進(jìn)行適量的、特定的重復(fù)性訓(xùn)練來(lái)促進(jìn)大腦皮質(zhì)的重組，讓患者通過(guò)深刻的體驗(yàn)來(lái)學(xué)習(xí)和儲(chǔ)存正確的運(yùn)動(dòng)模式。醫(yī)療康復(fù)床是對(duì)傳統(tǒng)康復(fù)物理床經(jīng)典治療點(diǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的整合與優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要解決不同康復(fù)階段，患者需要進(jìn)行治療儀器轉(zhuǎn)換的問(wèn)題，能夠滿足了不同患者不同康復(fù)階段的需求。在本作品中，多個(gè)治療控制能同時(shí)完成，實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)型到多功能型的飛躍。該作品針對(duì)患者的病理步態(tài)特征，在步行姿態(tài)、上下肢的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)、手指關(guān)節(jié)、膝髖關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)控制能力等方面對(duì)患者進(jìn)行正確的引導(dǎo)和訓(xùn)練。

3?醫(yī)療康復(fù)床的康復(fù)機(jī)構(gòu)組成

3.1手指關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)

本作品設(shè)計(jì)的關(guān)節(jié)部分如圖1，采用4塊半圓類手指型，4塊類手指呈層疊豎直擺放套放，分別于與除大拇指外的4根手指一一對(duì)應(yīng)。每個(gè)類手指一端上有一孔與固定的豎直光軸鉸接，使其可以繞著光軸轉(zhuǎn)動(dòng)，另一端用長(zhǎng)螺栓相互連接，使每個(gè)類手指保持同步轉(zhuǎn)動(dòng)。類手指的指部中間連接一根彈簧，另一端連接另一根光軸，這根光軸固定在前面那根光軸的另一側(cè)。螺栓端連出一根拉繩到Z形曲軸的一端的軸承座螺栓孔上，軸承座與Z形曲軸端相固定，另一端用聯(lián)軸器與電機(jī)的伸出軸相固定，從而通過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)帶動(dòng)Z形曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使繩子來(lái)回拉動(dòng)，用繩子的來(lái)回拉動(dòng)和彈簧彈性形變來(lái)的實(shí)現(xiàn)手的張緊運(yùn)動(dòng)。

手指關(guān)節(jié)部分康復(fù)訓(xùn)練機(jī)構(gòu)的取用是先通過(guò)合頁(yè)連接，并與床板垂直放置，然后用手把該機(jī)構(gòu)抬到與床板相平齊，通過(guò)大軸承轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)板180度，把手指關(guān)節(jié)部分康復(fù)訓(xùn)練機(jī)構(gòu)呈現(xiàn)在轉(zhuǎn)動(dòng)板的正上方，然后推動(dòng)滑板使該機(jī)構(gòu)往床板方向滑動(dòng)，到達(dá)指定位置后，把患者的手套進(jìn)與類手指板貼合的手套中，然后就可開(kāi)始手指關(guān)節(jié)部分的康復(fù)訓(xùn)練。

圖1?手指關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)構(gòu)示意圖

（1）豎直光軸、（2）類手指板、（3）彈簧、（4）繩子、（5）長(zhǎng)螺栓、（6）小軸承座、（7）Z形曲軸、（8）聯(lián)軸器、（9）電機(jī)、（10）大軸承座、（11）滑板、（12）合頁(yè)、（13）轉(zhuǎn)動(dòng)板

3.2手臂肘關(guān)節(jié)及肩關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)

手臂肘關(guān)節(jié)和肩關(guān)節(jié)的模擬運(yùn)動(dòng)，分別采用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、曲柄搖塊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，具體的結(jié)構(gòu)如下：手臂機(jī)械上的共有兩個(gè)手托架，分別固定在手臂肘關(guān)節(jié)的兩側(cè);在肘關(guān)節(jié)外側(cè)安裝了電動(dòng)推桿，電動(dòng)推桿的一端固定在手臂的大臂上，另一端采用鉸鏈連接在手臂的小臂上，因此構(gòu)成曲柄搖塊機(jī)構(gòu)。當(dāng)電推桿伸縮長(zhǎng)度時(shí)，肘關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)彎曲運(yùn)動(dòng);大臂與豎直桿采用鉸鏈連接而形成肩關(guān)節(jié)，大臂的另一端鉸接一個(gè)連桿，連桿另一端與底部圓盤鉸鏈連接，因此構(gòu)成一個(gè)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。當(dāng)?shù)撞康募珀P(guān)節(jié)減速電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，帶動(dòng)整個(gè)手臂機(jī)構(gòu)圍繞肩關(guān)節(jié)擺動(dòng)，形成手臂肩關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng);手臂肘關(guān)節(jié)及肩關(guān)節(jié)康復(fù)器械主要對(duì)上肢關(guān)節(jié)功能患者的肌肉進(jìn)行訓(xùn)練，合理的運(yùn)動(dòng)使人的手臂肌肉力量得到很好恢復(fù)，可以用作康復(fù)輔助治療和鍛煉。

3.3腿部膝髖關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)

腿部膝髖關(guān)節(jié)主要采用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的整體運(yùn)動(dòng)，（如圖3）大腿固定在L形推桿的腳托架上，然后通過(guò)腿部減速電機(jī)帶動(dòng)圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)使一端固定圓盤上的搖桿實(shí)現(xiàn)上下升降。由于桿子的另一端與L推形桿固定，從而實(shí)現(xiàn)了L推形桿的上下升降，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了膝髖關(guān)節(jié)的抬升和彎曲運(yùn)動(dòng)。通過(guò)L形推桿的角位移與角速度，即可實(shí)現(xiàn)骨骼按照固定設(shè)置的步態(tài)軌跡引導(dǎo)患者做運(yùn)動(dòng)，滿足最基本的被動(dòng)訓(xùn)練要求。電機(jī)與圓盤的配合可以使L形推桿進(jìn)行往復(fù)式運(yùn)動(dòng)，L形推桿對(duì)大腿的推動(dòng)，使膝蓋彎曲，并且最高可使大腿與小腿的彎曲達(dá)到50度，從而達(dá)到鍛煉效果。

圖3?腿部膝髖關(guān)節(jié)

（1）腳托架、（2）L形推桿、（3）腿部減速電機(jī)、（4）搖桿、（5）鏈輪、（6）電機(jī)驅(qū)動(dòng)桿、（7）圓盤

4?結(jié)論及展望

多功能醫(yī)療康復(fù)床不僅功能齊全，且操作簡(jiǎn)單。同時(shí)采用了坐臥式訓(xùn)練，大大的減小了使用者在使用時(shí)自身重量的負(fù)載，提高了舒適度。多功能醫(yī)療康復(fù)床適應(yīng)不同階段的患者?？蓪?shí)現(xiàn)單個(gè)關(guān)節(jié)和多個(gè)關(guān)節(jié)的同時(shí)訓(xùn)練。

對(duì)多功能醫(yī)療康復(fù)床的研究，給很多家庭帶來(lái)了很多康復(fù)的希望，同時(shí)可以大大減輕巨額康復(fù)治療費(fèi)用帶來(lái)的社會(huì)和家庭的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。于此同時(shí)康復(fù)機(jī)械又是一個(gè)復(fù)雜的多科學(xué)叉，高度融合了機(jī)電一體化系統(tǒng)，展開(kāi)它的研究可以進(jìn)一步的促進(jìn)機(jī)器人科學(xué)、現(xiàn)代機(jī)構(gòu)學(xué)、機(jī)械仿生設(shè)計(jì)、機(jī)械虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)等等的一系列發(fā)展。

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（作者單位：1.浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院）