一种平衡能力康复训练台的设计与研究

摘要

在日常生活中,人体的各种动作都必须依靠有效的平衡能力。平衡能力出现问题,会导致人体站立和行走不稳,容易跌倒,严重者生活无法自理,生活质量下降,对其家庭及社会造成很大的负担。对于目前社会上许多行动不便的患者,恢复性训练是治疗过程中极其重要的一个环节,而康复性仪器在其中占有重中之重的地位。用于平衡能力检测和康复训练的平衡台研究则是目前国内外比较主流的研究方向,它能够客观评价患者的平衡能力,并配合检测结果调动人体自身的主动性,进行康复训练。本研究主要针对用于康复训练的平衡台做了以下工作:
　　第一:设计了一种用于平衡能力检测和康复训练的两自由度(2—DOF)平台,平台采用一种纯转动的并联机构用于平衡能力检测和康复训练,该并联机构可以实现绕x,y轴方向的两个旋转运动。对设计的机构进行了运动学和动力学的分析。
　　第二:针对平台的运动,为了能够精确测量平台的运动参数,设计了基于ADXL345加速度传感器的倾角测量系统,实现了对平衡台旋转运动x,y轴方向的倾角测量。
　　第三:将反映平台 x,y轴位姿变化的数据通过单片机发送到计算机,在计算机中利用LabVIEW进行数据处理,开发了具有显示重心位置实时偏移的界面,为进一步实现重心位置实时调节,实现康复训练奠定基础。
　　本装置可以实时对人体重心实施扰动,调动人体自身的平衡调节机制,提高了对康复训练的针对性和灵活性。由于采用了基于 MEMS的加速度传感器,简化了外围电路的设计,电路更加稳定准确,也降低了成本,对于促进康复训练仪器的普及有重要的意义。

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第1章 绪论

1.1 人体平衡能力研究及康复治疗

1.2 人体平衡能力研究及其康复治疗的意义

1.3 康复机器人的发展现状

1.4 研究的目的和意义

1.5 主要研究工作

第2章 人体平衡基础

2.1 平衡的定义

2.2 力学条件下人体平衡

2.3 医学上人体平衡

2.4 小结

第3章 康复训练平衡台的设计及分析

3.1 机构的设计

3.2 两自由度平衡台的运动学分析

3.3 两自由度平衡台的工作空间分析

3.4 两自由度平衡台的动能方程

3.5 两自由度平衡台广义力分析

3.6 两自由度平衡台的动力学方程

3.7 实例仿真分析

3.8 小结

第4章 倾角检测模块的设计

4.1 加速度传感器简介及倾角测量原理

4.2 加速度传感器ADXL345

4.3 倾角测量显示

4.4 数据输出分析

4.5 小结

第5章 平衡台的重心检测与上位机设计

5.1 人体平衡的仪器重心检测原理

5.2 康复训练平衡台的重心偏移检测数学模型

5.3 重心检测模型的上位机设计

5.4 平台控制系统的方案设计

5.5 小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

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