仿生技术多功能康复训练轮椅的设计与研究

郭佳祺 徐昌盛 李冠岐 李旭

摘要：据调查中国目前下肢运动障碍人数达2412万人，其占残疾人总数的比重为29.07%。目前，针对这类患者的康复，康复治疗方法除了传统的康复医师手把手训练外，还有借助康复机器人进行康复训练的方式。使用康复机器人可以在一定程度上缓解目前我国康复医师数量不足的问题，并且机器人的辅助动作不会受到疲劳或者主观判断等因素影响。如此我们将康复机器人的原理与这类患者常用的轮椅结合，既解决患者出行问题又可以解决康复训练的问题。从我国的研究现状看来，这类设备都还处于研发阶段，这种康复机构具有无与伦比的作用。因此康复医疗在未来具有良好的应用场所和市场前景。在此基础上我们发明了这款集智能、轻盈、便捷、省时省力于一身的仿生技术多功能康复训练轮椅。

关键词：智能康复;运动辅助

1.研究背景

伴随着生产力的发展，人们的生活水平逐渐提高，不健康的饮食作息规律，或者是突发性的意外状况，导致人们产生诸多疾病如脑梗塞，脑溢血，脑萎缩，脑瘤，等疾病都会导致下肢运动障碍患者的产生，所以下肢运动障碍患者的人数还在不断上升。传统的康复训练方法是被动式训练，一般由康复医师辅助患者进行训练。这种训练方法主要依靠医师的个人操作并且只能对一名患者进行康复训练，康复医师的经验和自主判断在很大程度上会影响训练效果，训练效率很低并且需要耗费大量人力物力，长时间训练的训练强度和效率得不到保证度。无法记录训练中产生的各种运动数据，无法对康复效果做出客观地评价，医师只能依靠个人经验对患者的表现作出判断。此外，单调枯燥的训练也容易影响患者的训练热情和心态。有研究表明，为患者在训练过程中提供多种方式的信息反馈，并根据患者状态在训练过程中给与鼓励，可以很大程度地提高康复效果。综上可采用康复机器人进行康复训练的方式。这种方式的训练效果比起传统的康复训练方式来说有了一定程度提高，康复机器人的辅助动作不会受到疲劳或者主观判断等因素影响。如此我们将康复机器人的原理与这类患者常用的轮椅结合，即解决患者出行问题又可以解决康复训练的问题。为了给他们提供安全可靠的代步工具，帮助他们重新站起来，重新的融入社会。将更成熟的新科技融入他们代步的轮椅之中，逐渐引起了全社会的关注。

2.设计与系统介绍

在充分的考虑到设备的可行性与实用性之后，我们设计了一款集主动运动，被动运动，助力运动，感知训练与肌肉训练为一体的多功能康复训练轮椅，此设备主体包括康复训练机构，轮椅站立机构，轮椅转向机构，康复方案指导系统组成，由整体控制系统进行控制操作，康復方案指导系统采用Java语言设计，整体控制系统采用C语言设计。

根据实际的使用要求，以及参照机械设计手册等工具书计算出仿生技术多功能康复训练轮椅的移动康复训练机构尺寸，轮椅站立机构和轮椅转向机构尺寸等一些重要参数。

仿生技术多功能康复训练轮椅，分为硬件机械结构和软件控制系统两部分，我们前期进行大量的数据搜集与研究，硬件机械结构方面，采用SolidWorks和CAD等软件进行整体的三维和二维建模与强度校核以及选材等。软件方面采用Java设计康复方案指导系统，根据病患基本病情，康复方案指导系统可自动给出康复方案。整体控制系统采用C语言设计使用STM32单片机与HC-05蓝牙模块相配合，使得患者可以与康复辅助训练轮椅进行人机交互，不仅可以用手机去操控轮椅，也可在手机上实时查看自己的运动康复效果。

仿生技术多功能康复训练轮椅，在实际使用过程中，操作简单价格合理、移动方便、无需排队等待。加快患者的康复速度，让家人和护理人员从这简单枯燥辅助动作解放出来，减轻家庭和社会的负担。

3.效益分析

随着社会的发展，科技的进步，患者们对渴望行走的欲望也愈加强烈，而目前市场上的电动轮椅功能不够，康复机构价格昂贵，而我们的仿生技术多功能康复训练轮椅拥有能够辅助患者行走、进行恢复性的运动训练和辅助患者起立的移动康复训练机构和轮椅站立机构，该机构能够辅助患者进行运动恢复和站立。轮椅站立机构辅助患者进行站立，移动康复训练机构带动患者的下肢进行腿部的康复性行走训练，来达成我们轮椅的康复目的。本产品在结构及功能上比普通的电动轮椅要全面，康复效果更好，康复天数更短。与医院等康复机构相比，成本更低，资金投入更少。是集省时省力，功能全面与一体的高性价比康复辅助设备。

人口大国屈指可数，我国乃是全世界人口数量最多的国家，老龄化成为了我们无法避免的问题。我国下肢残疾或有运动障碍的患者高达2400余万人，约占全国的人口的1.7%，由于这一类人丧失了行走能力，为了给他们提供安全可靠的代步工具，帮助他们重新拾起站立的希望，使伤患与社会更加融洽是非常有必要的。从我国的研究现状看来，根据患者进行辅助起立训练的设备都还处于研发阶段，这种康复机械的应用具有无与伦比的作用。因此康复医疗在未来具有良好的应用场所和市场前景。

4.结语

我们此项目主要为腿脚不便的老年人和患者设计给他们提供安全可靠的代步工具，方便他们的生活和重拾站立希望，将更成熟的科技融入他们的生活。本产品目前也有较大的竞争对手，我们也将继续改进和升级，使得我们的产品更加完善。同时我们也将密切关注市场，调整方案，使得我们的产品更具有市场竞争力。我们团队也将关注下肢运动患者，使得科技真正的服务于社会，服务于下肢运动的残障人士。助力康复行走，我们在行动。

参考文献

[1]吴庆连.康复医学科，中国协和医科大学出版社，2018.

[2]国家统计局.http：//www.stats.gov.cn/.