穿戴式下肢康復(fù)裝置的設(shè)計(jì) 莫佳佳，邱毅瑞，陳達(dá)仁 1.機(jī)械工程與力學(xué)學(xué)院，寧波大學(xué)， 818 號(hào)， 順化 路，寧波， 315211，中國(guó)浙江省。 2.機(jī)械工程 學(xué)院 ，臺(tái)灣大學(xué)， 1 號(hào) ， 第 4 羅斯福路，臺(tái)北，臺(tái)灣 ， 10617,，.tw。 關(guān)鍵詞：下肢關(guān)節(jié)；康復(fù)；肌電圖 摘要 ： 我們提出了一種下肢康復(fù)裝置來(lái)幫助受損的人恢復(fù)腿的能力。該裝置由鏈接和彈簧組成 ， 它的 特點(diǎn)如下：（ 1）它是半被動(dòng)和 以 家庭 為基礎(chǔ)的 ，使腦卒中患者受自己的控制進(jìn)行下肢體運(yùn)動(dòng)；（ 2） 它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，但它有類似的性質(zhì)用于 其他 治療 機(jī)器人 上 ；（ 3）動(dòng)態(tài)平衡訓(xùn)練器 和肌電圖（ EMG）進(jìn)行 BIODEX 分析 。結(jié)果表明，股直肌，股外側(cè)肌和股內(nèi)側(cè)肌的 訓(xùn)練 對(duì)恢復(fù)非常好。 . 1.介紹 在中國(guó)，那些患有神經(jīng)損傷的人，像輕偏癱中風(fēng)和一百萬(wàn) 一年 以上的交通事故。老年人和病人可能發(fā)生的肌肉無(wú)力或癱瘓，這往往 限制 他們大量的運(yùn)動(dòng) 并對(duì)他們的日常生活帶來(lái)不好的影響。 這些設(shè)備 出現(xiàn) ，就是為了幫助他們恢復(fù)肌肉強(qiáng)度和康復(fù)步態(tài) 。 第一個(gè)MIT-MAUNS 【 1】康復(fù)機(jī)器人 應(yīng)運(yùn)而生， 2012 年，許多類型的治療設(shè)備已被陳 【 2】 等聰慧的研究者意識(shí)到 。 并 設(shè)計(jì) 出 “ 半被動(dòng) ” 戴的康復(fù)設(shè)備 ，這設(shè)備的 彈簧 裝 在腦卒中患者 上，使他們 進(jìn)行上肢控制運(yùn)動(dòng)訓(xùn) 練。然而，矯形器的下肢是典型的動(dòng)力。在本文中，我們提出了 一個(gè) “半被動(dòng) ”穿戴式下肢康復(fù)裝置， 該裝置可以用來(lái)協(xié)助腿受損的人恢復(fù)腿的能力。 在文獻(xiàn)中，已經(jīng)有很多的方法能計(jì)算出重力?？祻?fù)機(jī)，包括配重，彈簧和輔助平行四邊形【 3-5】 。彈簧附件的選擇已被證明能夠平衡 重量 的下肢康復(fù)裝置，這典型運(yùn)動(dòng) 人體的關(guān)節(jié)力矩可以分解為重力轉(zhuǎn)矩，慣性力矩和肌肉依從轉(zhuǎn)矩 【 6】 。亞當(dāng)斯仿真軟件的研究 實(shí)驗(yàn)方法， 并 探討當(dāng)穿戴 下， 人體下 肢肌肉康復(fù)裝置 的 影響。 Biodex， Biopac 和 肌電圖 都 是用來(lái)獲取關(guān)節(jié)力矩和肌肉電活動(dòng) 的設(shè)備。 2.下肢的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型 2.1 設(shè)計(jì) 可穿戴式下肢康復(fù)裝置 ，如 下圖所示 ,它 是由木板組件和復(fù)位彈簧裝置 組成。復(fù)位彈簧裝置連接木板和木板組件，組件包括大腿和小腿木板 。一個(gè)腰帶是用在大腿上的木板，其長(zhǎng)度可調(diào)， 是為了 防止軸向和縱向移動(dòng)。彈簧的恢復(fù)裝置還包括兩個(gè)滑塊 ，它們是第一滑塊和第二滑塊。大腿板第一導(dǎo)軌與第一滑塊與 小腿板第二導(dǎo)軌與第二滑動(dòng) 對(duì)比。有三個(gè)彈簧安裝裝置。第一彈簧套在腰帶和腿板之間，第二彈簧放置固定軸和小牛板之間。 彈簧的作用是 將滑塊間的引力勢(shì)能的彈性勢(shì)能彈簧做康復(fù)運(yùn)動(dòng)。第三個(gè)彈簧固定大腿和小腿之間的木板，可以連接大腿與小腿 板。 圖 1 是 可穿戴式下肢康復(fù)裝置 圖 1 2.2。運(yùn)動(dòng)學(xué)模型 一個(gè)右下肢運(yùn)動(dòng)學(xué)和坐標(biāo)系統(tǒng)示意圖如下 。下肢包括兩個(gè)環(huán)節(jié)，大腿和小腿，大腿是從臀部到膝蓋的區(qū)域 HK，小 膝踝 A K 是半被動(dòng)式外骨骼部分 ， 卸髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)在重力的運(yùn)動(dòng)范圍 內(nèi)， 大腿和小腿的中心被假定固定 ，始終位于機(jī)器 MT 和 MC 之間， 在任何瞬時(shí)。上下肢的運(yùn)動(dòng)可分為兩運(yùn)動(dòng)：臀部分量 1， 2， 膝關(guān)節(jié)彎曲分量 X1， X2。 圖 2 圖 2 是 一個(gè)右下肢的運(yùn)動(dòng)學(xué)和坐標(biāo)系統(tǒng) 圖 髖關(guān)節(jié)相當(dāng)于一個(gè)三自由度球形關(guān)節(jié)，而膝關(guān)節(jié)建模 只允許屈伸關(guān)節(jié)單自由度。在本文中，我們只需要考慮髖關(guān)節(jié)屈曲 -伸展膝關(guān)節(jié) ，因?yàn)樗麄兊慕Y(jié)合是最重要的運(yùn)動(dòng)下肢。一種康復(fù)裝置示意圖如 下 圖所示。下肢結(jié) 合外骨骼可以建模為一二連接串行連接。根據(jù)前面所述，我們?cè)谠O(shè)備的適當(dāng)位置 添加彈簧和滑塊，以使系統(tǒng)重力平衡。 這 用于下肢康復(fù)裝置的彈簧裝置是共面的。 圖 3，相應(yīng)的勢(shì)能圖 系統(tǒng)的潛在能量，由重力勢(shì)能，彈性潛在能量和質(zhì)量潛在能量組成。與 人腳的質(zhì)量比較時(shí)，大腿和小腿是相對(duì)小的重力勢(shì)能 ，這兩者是 微不足道的。因此，較低的重力勢(shì)能 的 四肢是 在 M t 與 Mc 之間， 右大腿和右小腿數(shù)量最多 ， Rhm 是距離髖關(guān)節(jié) Mt 中心的質(zhì)量， rRmc是 膝關(guān)節(jié) MC 中心 的質(zhì)量 , 相應(yīng)的彈性勢(shì)能的 V1,V2,V3,彈簧 模量 K1,K2,K3，可以 推導(dǎo) 出 K1， K2， K3 是三個(gè)彈簧的彈性模量， Lhb， Lcd， Lce 是三個(gè)彈簧的長(zhǎng)度， 大腿木板潛在 能量 是 Vm1， 木板 潛在能量是 Vm2，第一滑塊 潛在能量是 Vm3 和 第二滑塊 潛在能量是 Vm4，可以推導(dǎo)出公式： 根據(jù)（ 2）到（ 8），我們獲得了總的潛在能量 因此，腿會(huì)加入這三個(gè)所提到的 潛在 能量 ，并在 重力平衡以上 。 3。數(shù)值結(jié)果 建立了隨著下肢外骨骼運(yùn)動(dòng)學(xué)模型下肢。在這本文，我們利用亞當(dāng)斯模擬 Biodex 獲得髖關(guān)節(jié)力矩。 Biopac 和肌電圖（ EMG）是被用來(lái)獲得肌肉電活動(dòng)的設(shè)備。下肢肌肉有四個(gè)部分，股直肌，股中間肌，股外側(cè)肌和股內(nèi)側(cè)肌。然而，由于 股中間肌深度，信號(hào)就被可靠地通過(guò) ，使用表面肌電圖記錄。因此，對(duì)于其他三個(gè)肌肉的肌電圖收集。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，一個(gè)健康的年輕成年人參與 評(píng)測(cè) ，其測(cè)量參數(shù)在表 1 中列出該裝置的數(shù)量， 這種裝置的功能相當(dāng)于一個(gè)沙袋綁在大腿上，提出了 用沙袋練習(xí) 的方法。他的右下肢從初始狀態(tài)下， 大腿和小腿是在垂直位置。我們稱這種運(yùn)動(dòng)為 “抬腿 ”運(yùn)動(dòng)。 范圍從 0 度擴(kuò)展到 90 度。 表 1。對(duì)男性下肢人體測(cè)量學(xué)參數(shù) 主觀方面 人體測(cè)量學(xué) 參數(shù) 水分 70 厘米 大腿長(zhǎng)度 48 厘米 髖關(guān)節(jié)膝關(guān)節(jié)長(zhǎng)度 44 厘米 大腿電路 63 厘米 膝 CIR 43 厘米 大腿寬 22 厘米 膝寬 10 厘米 黑色的線顯示在圖 4 上，它 顯示 出 髖關(guān)節(jié)的扭矩 ， 從實(shí)驗(yàn) “抬腿 ”運(yùn)動(dòng)與 B（ 1.81 公斤）重沙袋，而當(dāng) B 權(quán)電阻連接到下肢外骨骼 時(shí)， 紅色是關(guān)節(jié)力矩通過(guò) ADMAS 仿真 。圖 4 顯示時(shí) 大腿與地面平行，關(guān)節(jié)力矩達(dá)到峰值的 15000 n-mm，實(shí)驗(yàn)結(jié)果 大約 在 16000 n-mm，其 超過(guò)模擬量。 圖 4 髖關(guān)節(jié)屈曲 -伸展的男性受試者關(guān)節(jié)力矩 圖 5 顯示一個(gè)男性的肌肉的肌電圖（ a） 是 股直?。唬?b） 是 股外側(cè)?。唬?c） 是 股內(nèi)側(cè)肌 。在 “抬腿 ”運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下， 所有三個(gè)肌肉被訓(xùn)練 時(shí) ，股直肌是最活躍的。股外側(cè)肌和股內(nèi)側(cè)肌 相對(duì)溫和，但表現(xiàn)出 有兩個(gè)明顯的峰高度的一致性 現(xiàn)象 。 所有的肌肉沒(méi)有活性， 到達(dá)時(shí)間 是 8 秒 。圖 5 是一個(gè)男性的肌肉的肌電圖，（ a） 是 股直?。唬?b） 是 股外側(cè)?。唬?c） 是 股內(nèi)側(cè) 4。結(jié)論 下肢矯形器的介紹，旨在幫助步行 的 人。 當(dāng)穿戴該 裝置 ，我們使用亞當(dāng)斯仿真軟件，人體下肢的肌肉和關(guān)節(jié)力矩實(shí)驗(yàn)限制方法來(lái) 探討影響。它表明，股直肌，股外側(cè)肌和股內(nèi)側(cè)肌下肢康復(fù)肌肉訓(xùn)練 非常好， 我們相 信這種矯形器康復(fù)裝置可能非常適用于 一個(gè)潛在的肌肉無(wú)力或癱瘓 患者， 所有的研究工作是 在浙江省新興藝術(shù)家 （新廟）基金會(huì)的撥款 20128405025號(hào) 的資助下 進(jìn)行的 ，基礎(chǔ)教育部 ： 第 y201119372 號(hào) ；下批準(zhǔn)號(hào) ： 2012a610077。 工具書類 【 1】 H.I. 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