下肢康复医疗外骨骼训练控制系统研究与初步实现

外骨骼是一种可以让人穿戴的特殊机器人装置,具有动作精度高、响应速度快、“不知疲倦”等特点。将外骨骼技术引入到用于脑卒中后步行能力恢复的悬吊式减重活动平板下肢康复训练中,则有可能彻底解决原有人工康复训练强度难以保证、精度不够、训练数据难以反馈记录等问题,同时,还可以将理疗师从繁重的体力劳动中解放出来,使其可以将更多的精力专注于患者康复训练效果的评估和计划的制定上,从而提升患者下肢康复训练的质量和效率,提高患者完全康复的几率。本文介绍的下肢康复医疗外骨骼系统就是应用于此领域的一种机电一体化装置。 本课题为康复医疗外骨骼系统搭建了一套基于PC和直流伺服电机控制器的控制系统硬件结构,并在此结构基础上开发了一套专用于此系统的虚拟仪器控制界面软件,相比较传统的实体控制界面,它具有操作灵活和人性化等特点。在PC系统环境下建立的患者康复训练数据库,可以客观实时的对患者的训练数据进行详细的显示记录,并分级保存于PC的存储器中,这将有助于医疗工作者开展康复评估、方案制定以及深入研究脑卒中后的神经康复机理等工作。另外,专为系统制定开发的两套步态训练控制策略,即被动步态训练位置控制和半主动步态训练轨迹自校正控制,可以满足不同康复时期下肢步态训练的不同要求,扩展了外骨骼的适用范围,提高了患者的康复效率与痊愈几率。此外,出于对人机安全和产业化等方面的考虑,改良设计加工而成的全新外骨骼机械结构具有轻便、舒适、可靠、安全等特点,其配合悬吊式减重器和医用跑台进行的下肢康复训练是一种对传统方法的崭新诠释。最后,基于各部分设计的理论思想,建立起了一套下肢康复医疗外骨骼原型系统,并在此系统上开展了一系列的基本功能实验和有正常人参与的模拟下肢康复训练测试实验,初步验证了外骨骼系统的功能性和可靠性,以及步态训练控制策略的可行性。 下肢康复医疗外骨骼原型系统样机的成功建立为日后在此方向上的深入研究提供了可靠的实验平台,并打下了初步的理论和实践基础。