机械毕业设计-穿戴式机械腿机构设计-下肢康复机器人.doc

第一章 绪论 1.1研究背景 我国已经进入老龄化社会，老龄化问题逐渐得到关注。《2009年度中国老龄事业发展统计公报》称，2009年我国60岁及以上老年人口己达到1.6714亿，占总人口的12.5%;到2015年我国60岁及以上老年人口将达到2.16亿，约占总人口的16.7%。在老龄人群中有大量的脑血管疾病或者神经系统疾病患者，其中以脑卒中患者居多，而这类患者多数会留下偏瘫等症状。另外，近十年来我国各类交通运输工具的保有量迅速增长，因交通事故造成身体损伤的人数每年超过30万人。据统计，我国目前有8296万残疾人，有康复需求的接近5000万，每年因车祸、疾病等原因新增的残疾人数量达100多万。医学理论和临床医学证明，这类患者除了早期的手术治疗和必要的药物治疗外，正确的、科学的康复训练对于肢体运动功能的恢复和提高起到非常重要的作用。 全套图纸，加153893706 由于脑的可塑性，医学上通常是通过重复的、特定任务的训练让患者进行足够的重复性活动，从而使重组中的大脑皮质通过深刻的体验来学习和储存正确的运动模式。减重活动平板步行训练的治疗方法就是基于上述原理对患者进行训练并且取得了良好的临床效果，成为下肢康复医疗采用的主要方法。训练采用悬吊式减重器和活动平板(医用跑步机)配合工作来协助患者完成步行动作。其悬吊装置可以不同程度地减少患者上身体重对下肢的负荷，患者在康复治疗师的帮助下借助于运动平板进行康复训练。训练过程中一般需要两名治疗师相互协调，一名治疗师在患者侧面帮助并促进患者侧下肢摆动，确定脚跟先着地，防止出现膝关节过伸，保证两腿站立时间与步长对称;另一名治疗师站在患者身后，促进重心转移至负重腿上，保证骸屈伸、骨盆旋转和躯干直立。减重步行训练可以获得较为理想的肢体功能恢复效果，但是这种治疗师对患者“手把手”式的训练方式存在一些问题。 首先，一名患者需要两名治疗师进行运动训练，效率低下，并且由于治疗师自身的原因，可能无法保证患者得到足够的训练强度，而且治疗效果会受到治疗师自身经验和水平的影响。 其次，不能精确控制和记录训练参数(运动速度、轨迹、强度等)，不利于治疗方案的确定和改进;不能记录描述康复进程的各种数据，康复评价指标不够客观;无法建立训练参数和康复指标之间的对应关系，不利于对患者神经康复规律进行深入研究。 再有，不能向患者提供实时直观的反馈信息，训练过程缺乏吸引力，患者多为被动接受治疗，参与治疗的主动性不够。 可以看出，单纯依靠治疗师进行康复训练，无疑会制约康复训练效率的提高和方法的改进。因此，开拓更加广泛的康复训练手段和进一步提高康复效率是解决患者运动功能障碍的当务之急。而突破这个问题的关键在于科学技术的创新，下肢康复机器人技术的发展和运用解决了这个问题。首先，机器人不存在“疲倦”的问题，能够满足不同患者对训练强度的要求;其次，机器人可以将治疗师从繁重的训练任务中解放出来，而专注于制定治疗方案、分析训练数据、优化训练内容并改进机器人的功能;再次，机器人可以客观记录训练过程中患者患肢的位置、方向、速度以及肌力恢复状态等客观数据，供治疗师分析，以评价治疗效果;更进一步，机器人所记录下的详细数据，使得治疗师有可能从中发现数据与治疗结果之间的对应关系，从而有可能深入了解中枢神经康复的规律;还有，使用机器人技术可以通过多媒体技术为患者提供丰富多彩的训练内容，使患者能够积极参与治疗，树立康复信心，并及时得到治疗效果的反馈信息;最后，机器人治疗技术使得远程治疗和集中治疗(一名治疗师同时为几名患者提供指导)成为可能，通过将成熟的产品推广应用，最终使所有的患者受益。 1.2下肢康复机器人概况 康复机器人是康复医学和机器人技术的完美结合，人们不再把机器人当作辅 助患者的工具，而是把机器人和计算机当作提高临床康复效率的新型治疗工具。 下肢康复机器人是目前康复机器人研究领域的一个主要研究对象。它主要用 于辅助患有脑血管疾病或神经系统疾病的患者进行下肢的康复训练，帮助他们重 获步行能力。它可以在专业的医疗机构甚至在家中使用，使患者获得更强的独立 生活能力，并能相当大的提高他们的生活质量。在过去的几年中，下肢康复机器 人在世界各国己经有了很大的发展并取得了相当多的成果，一些企业在其技术开 发及投资方面有了很大的投入，下肢康复机器人技术正在向产业化和普及化发展。 1.2.1康复机器人研究历史 第一次尝试把为残疾人服务的机器人系统产品化是在20世纪的60年代到 70年代，实践证明这些尝试都失败了。失效原因主要有2个方面:其一是设计 的不理想，尤其是人机接口;另一个不是技术的原因，而是因为单价太高导致了 康复机器人产品化的失败。 20世纪80年代是康复机器人研究的起步阶段，美国、荷兰和