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四肢联动康复训练器设计与试验

杨芳  
【摘要】:康复训练是治疗肢体功能障碍患者的有效方法,目前多为人工训练或单独肢体训练,训练方式比较单一。本文设计了一款坐式可任意位置返程的主被动四肢联动康复训练器,能够实现主动或被动的四肢联合运动,且在训练过程中可任意位置返程,能够满足不同患者或同一患者不同时期的康复训练需求。其成本低、使用方便、可满足患者在家中进行康复训练的需求。本文以四肢联动康复训练器为研究目标,开展了以下几个方面的研究:1、通过对人体步态周期图的研究,发现人体四肢的运动规律,并结合人机工程学原则,在充分考虑安全和使用人群的基础上,设计了四肢联动康复训练器的整体方案。2、研究康复效果的评定指标,选择康复评定中肌力等级与关节活动度两个较为直观的指标,对康复训练器的康复效果进行评价。3、充分比较椭圆机与NUSTEP两种器械的优缺点并确定本文的最佳原理方案;对联动机构进行设计,根据人体坐姿状态下关节的活动范围,确定足部、手部的活动范围以确定脚踏、手杆的活动距离;比较设计过程中三种主被动训练方案,选择最优方案;对任意位置返程机构、阻力机构及腿部防侧翻装置进行设计。4、运用SolidWorks软件对康复训练器进行三维建模;将模型的关键部件导入到ANSYS Workbench软件中进行强度校核;运用ADAMS/view建立简化的人机模型,对康复训练器进行运动仿真,得出极限身高人体使用康复训练器时髋关节、膝关节、肘关节、腕关节的变化规律,并研究座椅距离对髋关节、膝关节、肘关节、腕关节活动度的影响;运用CATIAV5软件中的人机工程分析模块对康复训练器整体进行人机工程学分析与评价。5、进行控制系统的设计与元器件的选择,搭建试验样机;随机选取10名健康的受试者采集肱二头肌与股四头肌的表面肌电信号,通过分析得到健康受试者的肌肉力量有不同程度的增强,证明该康复训练器能够锻炼肌肉力量且结构可行运转良好;征集2名偏瘫志愿者使用康复训练器进行康复训练,统计患者两个月内关节活动度与肌力等级的恢复情况,得到患者的关节活动度恢复范围在55-100°之间,肌力等级均已达到4级以上,说明该四肢联动康复训练器可有效地促进患者患肢运动功能的恢复,康复训练效果明显。


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