摘 要：市場上常見的上肢肌力訓(xùn)練器械主要具有的功能是被動訓(xùn)時(shí)能提供負(fù)載，而且大部分是采用的人工加載負(fù)載，操作及設(shè)置不方便，在此基礎(chǔ)上，上肢肌力主被動訓(xùn)練儀主要能夠提供主動訓(xùn)練及被動訓(xùn)練，并且采用電控技術(shù)控制電機(jī)及阻尼，同時(shí)采用觸摸屏技術(shù)，讓操控更加直觀方便，使設(shè)備更加任性化。

　　關(guān)鍵詞：上肢;主被動;肢體康復(fù);肌力訓(xùn)練

　　1 緒論

　　1.1 研究背景及目的意義

　　從20世紀(jì)80年代開始，微電子學(xué)、信息技術(shù)的發(fā)展和生命科學(xué)的興起，推動了肢體康復(fù)學(xué)科的發(fā)展，肢體康復(fù)訓(xùn)練系統(tǒng)貫穿了康復(fù)醫(yī)學(xué)、生物力學(xué)、機(jī)械學(xué)、機(jī)械力學(xué)等諸多領(lǐng)域，把先進(jìn)的智能機(jī)電設(shè)備技術(shù)引入到四肢康復(fù)訓(xùn)練中已經(jīng)成為了國際機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。

　　研究目的是為了縮短國內(nèi)醫(yī)療器械行業(yè)與國外技術(shù)水平的差異，給偏癱等病人提供可靠，穩(wěn)定的輔助設(shè)備，輔助偏癱病人進(jìn)行有目的、有計(jì)劃的上肢訓(xùn)練;保證病人能從無運(yùn)動能力到有一定的運(yùn)動能力的訓(xùn)練過程。

　　1.2 研究對象簡介

　　上肢肌力主被動訓(xùn)練儀是一種適合于運(yùn)動障礙患者的訓(xùn)練系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，智能輔助運(yùn)動障礙患者進(jìn)行有針對性的運(yùn)動訓(xùn)練，達(dá)到促進(jìn)障礙患者早日康復(fù)的目的。

　　1.3 研究需要解決的關(guān)鍵技術(shù)

　　該研究項(xiàng)目在研發(fā)過程中，項(xiàng)目組對速度配比進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整，主要是為了滿足病人初期運(yùn)動困難時(shí)，訓(xùn)練更舒適;項(xiàng)目組對設(shè)備負(fù)載產(chǎn)生源進(jìn)行了更換;使項(xiàng)目負(fù)載可靠、可控、更精確，方便病人按需求進(jìn)行訓(xùn)練。DAC調(diào)速設(shè)計(jì)技術(shù); 2)阻尼設(shè)計(jì)技術(shù);3)智能電動轉(zhuǎn)向助力技術(shù);4)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)。5)觸摸屏可視化控制顯示設(shè)計(jì)。

　　2 國內(nèi)外同類研究對比分析

　　2.1 歷史和現(xiàn)狀

　　我國為適應(yīng)21世紀(jì)社會發(fā)展需要，康復(fù)醫(yī)學(xué)已得到迅速發(fā)展。近十幾年來，人們對康復(fù)醫(yī)學(xué)服務(wù)的迫切需求，使得康復(fù)醫(yī)療設(shè)備需求劇增。中國護(hù)理事業(yè)發(fā)展規(guī)劃綱要(2005～2010年)提出：現(xiàn)代醫(yī)學(xué)模式和新的健康觀念對護(hù)理理念產(chǎn)生了深刻影響，隨著醫(yī)學(xué)科學(xué)的進(jìn)步和高新技術(shù)在診療工作中的運(yùn)用，臨床護(hù)理專業(yè)技術(shù)水平顯著提高，康復(fù)醫(yī)療在急危重癥、疑難癥患者的救治方面發(fā)揮著重要作用。康復(fù)醫(yī)療工作要貼近病人、貼近臨床、貼近社會、提高質(zhì)量、體現(xiàn)人文關(guān)懷。

　　現(xiàn)在市場中的上肢康復(fù)產(chǎn)品，主要針對有一定運(yùn)動能力的病人，對病人進(jìn)行一些運(yùn)動治療，但對基本喪失運(yùn)動能力的病人不能幫助他們進(jìn)行康復(fù)，而且訓(xùn)練強(qiáng)度不能根據(jù)病人的能力進(jìn)行調(diào)，本產(chǎn)品新增被動模式和助力模式，通過儀器帶動病人運(yùn)動，讓病人慢慢恢復(fù)自主運(yùn)動能力，可以通過調(diào)節(jié)運(yùn)動阻力的大小，對不同階段的病人制定不同訓(xùn)練強(qiáng)度的治療方案。

　　2.2 本研究與國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品的不同

　　研究的是一種上肢肋力運(yùn)動訓(xùn)練康復(fù)類醫(yī)療器械，本儀器有主動，被動，助力三種工作模式。被動模式是針對上肢運(yùn)動障礙嚴(yán)重的病人，患者本身基本喪失自主運(yùn)動能力，此時(shí)器械會帶動病人上肢作曲伸運(yùn)動，幫助病人上肢肌肉作運(yùn)動，使病人慢慢有一定的運(yùn)動能力。當(dāng)病人有一定的自主運(yùn)動能力時(shí)可選擇助力模式，此模式要求病人自己作上肢曲伸運(yùn)動，當(dāng)病人自主運(yùn)動有團(tuán)難時(shí)，儀器起動助力幫助病人運(yùn)動，隨著病人上肢病情的好轉(zhuǎn)，可以加大運(yùn)動助力，增加運(yùn)動強(qiáng)度，幫助病人循序漸進(jìn)的康復(fù)。當(dāng)病人已基本恢復(fù)運(yùn)動能力后，可通過主動模式進(jìn)行康復(fù)后鞏固訓(xùn)練，可根據(jù)病人情況選擇不同的訓(xùn)練強(qiáng)度。

　　為了輔助訓(xùn)練偏癱病人進(jìn)行有目的，有計(jì)劃的上肢訓(xùn)練，特研發(fā)此項(xiàng)目;項(xiàng)目主要針對病人的上肢肌肉進(jìn)行;項(xiàng)目適用病人從0級肌力到5級肌力范圍，達(dá)到了病人從被動訓(xùn)練，助力訓(xùn)練到主動訓(xùn)練的過程。產(chǎn)品的科學(xué)意義是實(shí)現(xiàn)了精確設(shè)定病人訓(xùn)練的阻力，并且完全實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化反饋，從而達(dá)到輔助醫(yī)生制定科學(xué)的訓(xùn)練計(jì)劃。

　　項(xiàng)目研究的難點(diǎn)主要是如何實(shí)現(xiàn)負(fù)載和動力的連接，由于要保證相互連接而不干涉，單獨(dú)采用了特殊的連接結(jié)構(gòu)。由于實(shí)現(xiàn)了上述三個(gè)特點(diǎn)，這種組合結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用到任何關(guān)于主被動訓(xùn)練的系統(tǒng)中。

　　3 研究解決問題的原理

　　1)本項(xiàng)目主要是通過合理的設(shè)計(jì)手臂運(yùn)動機(jī)構(gòu)，同時(shí)對國內(nèi)先進(jìn)的阻尼原件與動力原件通過合適的組合連接，實(shí)現(xiàn)了病人主動訓(xùn)練時(shí)的阻尼的準(zhǔn)確提供，病人被動訓(xùn)練時(shí)的電機(jī)動力穩(wěn)定提供，同時(shí)讓主動、助力、被動訓(xùn)練時(shí)相互隔離，互不影響。

　　2)設(shè)備到位后，將件1(安全靜音腳輪)鎖死;件2(機(jī)架)上安裝有動力裝置;動力裝置包括件3(電控阻尼器)、件5(離合器)、件6(無刷電機(jī))通過機(jī)械機(jī)構(gòu)合理連接在一起，當(dāng)主動訓(xùn)練時(shí)，件3電控阻尼器起作用，件5(離合器)脫開，實(shí)現(xiàn)與電機(jī)不干涉;當(dāng)被動訓(xùn)練時(shí)，件5(離合器)吸合，件3停止工作，實(shí)現(xiàn)被動運(yùn)動;通過件4(多楔帶)傳動連接上部件7(運(yùn)動軸)，件9(角度傳動器)用來跟隨檢測角度變化;件8(軸承座)支撐件7運(yùn)動軸;件7帶動件14(轉(zhuǎn)臂)，病人將手肘放在件15(肘托)，調(diào)節(jié)件13(調(diào)節(jié)螺釘)伸縮件12(伸縮臂)達(dá)到舒適的長度;通過件11(液晶顯示屏)來設(shè)置訓(xùn)練參數(shù);件11以通過調(diào)節(jié)件12實(shí)現(xiàn)上下調(diào)節(jié);在運(yùn)動過程中，為了保證安全，設(shè)備設(shè)置了件16(急停開關(guān))來停止電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　4 結(jié)論

　　該研究項(xiàng)目完成并實(shí)現(xiàn)了精確設(shè)定病人訓(xùn)練的阻力，并且完全實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化反饋，從而達(dá)到輔助醫(yī)生制定科學(xué)的訓(xùn)練計(jì)劃。項(xiàng)目主要針對病人的上肢肌肉進(jìn)行;適用病人從0級肌力到5級肌力范圍，達(dá)到了病人從被動訓(xùn)練，助力訓(xùn)練到主動訓(xùn)練的過程。

　　1)前臂支架調(diào)節(jié)范圍：260mm～420mm;2)被動訓(xùn)練模式：1)肘關(guān)節(jié)屈伸角度設(shè)置：0°～90°可任意輸入;2)訓(xùn)練速度分1～8級可調(diào)節(jié);3)主動訓(xùn)練模式：1)肘關(guān)節(jié)屈伸角度設(shè)置：0°～90°可任意設(shè)置，設(shè)備自動恢復(fù)原位;2)主動運(yùn)動的阻力力矩設(shè)定分為1～16級可調(diào)節(jié)。4)助力訓(xùn)練模式：(1)肘關(guān)節(jié)屈伸角度設(shè)置：0°～90°可任意設(shè)置;(2)助力功能：患者未能夠達(dá)到指定角度，設(shè)備以設(shè)定的運(yùn)動檔位帶動患者到設(shè)定角度;項(xiàng)目中的難點(diǎn)主要是如何實(shí)現(xiàn)負(fù)載和動力的連接，由于要保證相互連接而不干涉，單獨(dú)采用了特殊的連接結(jié)構(gòu)。由于實(shí)現(xiàn)了下述三個(gè)特點(diǎn)，這種組合結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用到任何關(guān)于主被動訓(xùn)練的系統(tǒng)中。

　　4.1 產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了病人的主動訓(xùn)練、被動訓(xùn)練和助力訓(xùn)練;

　　主動訓(xùn)練主要是通過設(shè)定阻力，從而實(shí)現(xiàn)病人負(fù)力的訓(xùn)練;被動訓(xùn)練主要采用電機(jī)通過一定的傳動比帶動病人進(jìn)行;助力訓(xùn)練是當(dāng)病人主動訓(xùn)練無法達(dá)到訓(xùn)練目的時(shí)，增加電機(jī)動力輔助病人實(shí)現(xiàn)訓(xùn)練的目的。

　　4.2 產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化的管理

　　通過設(shè)定負(fù)載源的電流，達(dá)到預(yù)定的訓(xùn)練阻力，負(fù)載精度能達(dá)到0.1N;由于負(fù)載是由電氣控制的，控制準(zhǔn)確性更高，且由于負(fù)載的特定工作原理，負(fù)載的數(shù)值在訓(xùn)練過程中不會變化。項(xiàng)目配備了電機(jī)的工作采樣采集，方便了解病人被動訓(xùn)練康復(fù)的情況。

　　4.3 產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了主被動互不干擾

　　通過中間連接機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了負(fù)載源和動力源的有效連接。在需要負(fù)載時(shí)只提供運(yùn)動負(fù)載，在需要?jiǎng)恿r(shí)，能準(zhǔn)確提供動力。

　　研究的不足：通過該項(xiàng)目的實(shí)施及研究過程，發(fā)現(xiàn)在人體肢體康復(fù)過程中，無法自動根據(jù)患者的運(yùn)動能力進(jìn)行運(yùn)動訓(xùn)練的調(diào)節(jié)及改變。現(xiàn)在世界范圍內(nèi)伺服技術(shù)不斷完善，如果將伺服技術(shù)加入到設(shè)備的研發(fā)中，設(shè)備將具有更好的智能化和適應(yīng)性。

　　參考文獻(xiàn)

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