外文翻译--穿戴式下肢康复装置的设计 中文版

穿戴式下肢康复装置的设计 莫佳佳，邱毅瑞，陈达仁 1.机械工程与力学学院，宁波大学， 818 号， 顺化 路，宁波， 315211，中国浙江省。 2.机械工程 学院 ，台湾大学， 1 号 ， 第 4 罗斯福路，台北，台湾 ， 10617,，.tw。 关键词：下肢关节；康复；肌电图 摘要 ： 我们提出了一种下肢康复装置来帮助受损的人恢复腿的能力。该装置由链接和弹簧组成 ， 它的 特点如下：（ 1）它是半被动和 以 家庭 为基础的 ，使脑卒中患者受自己的控制进行下肢体运动；（ 2） 它结构简单，重量轻，但它有类似的性质用于 其他 治疗 机器人 上 ；（ 3）动态平衡训练器 和肌电图（ EMG）进行 BIODEX 分析 。结果表明，股直肌，股外侧肌和股内侧肌的 训练 对恢复非常好。 . 1.介绍 在中国，那些患有神经损伤的人，像轻偏瘫中风和一百万 一年 以上的交通事故。老年人和病人可能发生的肌肉无力或瘫痪，这往往 限制 他们大量的运动 并对他们的日常生活带来不好的影响。 这些设备 出现 ，就是为了帮助他们恢复肌肉强度和康复步态 。 第一个MIT-MAUNS 【 1】康复机器人 应运而生， 2012 年，许多类型的治疗设备已被陈 【 2】 等聪慧的研究者意识到 。 并 设计 出 “ 半被动 ” 戴的康复设备 ，这设备的 弹簧 装 在脑卒中患者 上，使他们 进行上肢控制运动训 练。然而，矫形器的下肢是典型的动力。在本文中，我们提出了 一个 “半被动 ”穿戴式下肢康复装置， 该装置可以用来协助腿受损的人恢复腿的能力。 在文献中，已经有很多的方法能计算出重力。康复机，包括配重，弹簧和辅助平行四边形【 3-5】 。弹簧附件的选择已被证明能够平衡 重量 的下肢康复装置，这典型运动 人体的关节力矩可以分解为重力转矩，惯性力矩和肌肉依从转矩 【 6】 。亚当斯仿真软件的研究 实验方法， 并 探讨当穿戴 下， 人体下 肢肌肉康复装置 的 影响。 Biodex， Biopac 和 肌电图 都 是用来获取关节力矩和肌肉电活动 的设备。 2.下肢的运动学模型 2.1 设计 可穿戴式下肢康复装置 ，如 下图所示 ,它 是由木板组件和复位弹簧装置 组成。复位弹簧装置连接木板和木板组件，组件包括大腿和小腿木板 。一个腰带是用在大腿上的木板，其长度可调， 是为了 防止轴向和纵向移动。弹簧的恢复装置还包括两个滑块 ，它们是第一滑块和第二滑块。大腿板第一导轨与第一滑块与 小腿板第二导轨与第二滑动 对比。有三个弹簧安装装置。第一弹簧套在腰带和腿板之间，第二弹簧放置固定轴和小牛板之间。 弹簧的作用是 将滑块间的引力势能的弹性势能弹簧做康复运动。第三个弹簧固定大腿和小腿之间的木板，可以连接大腿与小腿 板。 图 1 是 可穿戴式下肢康复装置 图 1 2.2。运动学模型 一个右下肢运动学和坐标系统示意图如下 。下肢包括两个环节，大腿和小腿，大腿是从臀部到膝盖的区域 HK，小 膝踝 A K 是半被动式外骨骼部分 ， 卸髋关节和膝关节在重力的运动范围 内， 大腿和小腿的中心被假定固定 ，始终位于机器 MT 和 MC 之间， 在任何瞬时。上下肢的运动可分为两运动：臀部分量 1， 2， 膝关节弯曲分量 X1， X2。 图 2 图 2 是 一个右下肢的运动学和坐标系统 图 髋关节相当于一个三自由度球形关节，而膝关节建模 只允许屈伸关节单自由度。在本文中，我们只需要考虑髋关节屈曲 -伸展膝关节 ，因为他们的结合是最重要的运动下肢。一种康复装置示意图如 下 图所示。下肢结 合外骨骼可以建模为一二连接串行连接。根据前面所述，我们在设备的适当位置 添加弹簧和滑块，以使系统重力平衡。 这 用于下肢康复装置的弹簧装置是共面的。 图 3，相应的势能图 系统的潜在能量，由重力势能，弹性潜在能量和质量潜在能量组成。与 人脚的质量比较时，大腿和小腿是相对小的重力势能 ，这两者是 微不足道的。因此，较低的重力势能 的 四肢是 在 M t 与 Mc 之间， 右大腿和右小腿数量最多 ， Rhm 是距离髋关节 Mt 中心的质量， rRmc是 膝关节 MC 中心 的质量 , 相应的弹性势能的 V1,V2,V3,弹簧 模量 K1,K2,K3，可以 推导 出 K1， K2， K3 是三个弹簧的弹性模量， Lhb， Lcd， Lce 是三个弹簧的长度， 大腿木板潜在 能量 是 Vm1， 木板 潜在能量是 Vm2，第一滑块 潜在能量是 Vm3 和 第二滑块 潜在能量是 Vm4，可以推导出公式： 根据（ 2）到（ 8），我们获得了总的潜在能量 因此，腿会加入这三个所提到的 潜在 能量 ，并在 重力平衡以上 。 3。数值结果 建立了随着下肢外骨骼运动学模型下肢。在这本文，我们利用亚当斯模拟 Biodex 获得髋关节力矩。 Biopac 和肌电图（ EMG）是被用来获得肌肉电活动的设备。下肢肌肉有四个部分，股直肌，股中间肌，股外侧肌和股内侧肌。然而，由于 股中间肌深度，信号就被可靠地通过 ，使用表面肌电图记录。因此，对于其他三个肌肉的肌电图收集。在这个实验中，一个健康的年轻成年人参与 评测 ，其测量参数在表 1 中列出该装置的数量， 这种装置的功能相当于一个沙袋绑在大腿上，提出了 用沙袋练习 的方法。他的右下肢从初始状态下， 大腿和小腿是在垂直位置。我们称这种运动为 “抬腿 ”运动。 范围从 0 度扩展到 90 度。 表 1。对男性下肢人体测量学参数 主观方面 人体测量学 参数 水分 70 厘米 大腿长度 48 厘米 髋关节膝关节长度 44 厘米 大腿电路 63 厘米 膝 CIR 43 厘米 大腿宽 22 厘米 膝宽 10 厘米 黑色的线显示在图 4 上，它 显示 出 髋关节的扭矩 ， 从实验 “抬腿 ”运动与 B（ 1.81 公斤）重沙袋，而当 B 权电阻连接到下肢外骨骼 时， 红色是关节力矩通过 ADMAS 仿真 。图 4 显示时 大腿与地面平行，关节力矩达到峰值的 15000 n-mm，实验结果 大约 在 16000 n-mm，其 超过模拟量。 图 4 髋关节屈曲 -伸展的男性受试者关节力矩 图 5 显示一个男性的肌肉的肌电图（ a） 是 股直肌；（ b） 是 股外侧肌；（ c） 是 股内侧肌 。在 “抬腿 ”运动状态下， 所有三个肌肉被训练 时 ，股直肌是最活跃的。股外侧肌和股内侧肌 相对温和，但表现出 有两个明显的峰高度的一致性 现象 。 所有的肌肉没有活性， 到达时间 是 8 秒 。图 5 是一个男性的肌肉的肌电图，（ a） 是 股直肌；（ b） 是 股外侧肌；（ c） 是 股内侧 4。结论 下肢矫形器的介绍，旨在帮助步行 的 人。 当穿戴该 装置 ，我们使用亚当斯仿真软件，人体下肢的肌肉和关节力矩实验限制方法来 探讨影响。它表明，股直肌，股外侧肌和股内侧肌下肢康复肌肉训练 非常好， 我们相 信这种矫形器康复装置可能非常适用于 一个潜在的肌肉无力或瘫痪 患者， 所有的研究工作是 在浙江省新兴艺术家 （新庙）基金会的拨款 20128405025号 的资助下 进行的 ，基础教育部 ： 第 y201119372 号 ；下批准号 ： 2012a610077。 工具书类 【 1】 H.I. Krebs, N. Hogan, M.L. Aisen, B.T. Volpe，机器人辅助神经康复， IEEE 跨康复工程， vo1.6（ 1），（ 1998） 第 75-87 页。 【 2】 邱毅瑞，陈达仁 ，可穿戴式上肢矫形器训练设计康复 致动器，力学和材料卷。 201-202（ 2012） 第 864-870 页。 【 3】 S.K.Agrawal, G. Gardner, S. Pledgie， 重力平衡平面设计制作辅助的平行四边形机构设计，ASME， 123 卷（ 4）（ 2001）， 第 525-528 页。 【 4】 G.J. Walsh, D.A. Streit, B. J. Gilmore，空间弹簧平衡理论，机械机器理论 26 (2)（ 1991），第 155-170 页。 【 5】 D.A. STRE