新型智能四肢康复车设计与研究

摘要：生理机能衰退主要导致的肌肉松弛和骨质疏松和交通事故、运动伤残等意外事故导致的四肢神经损伤，使许多患者在平常的站立、行走过程中存在重心不稳、肢体活动能力和协调能力下降的现象，从而导致弯腰、站起、步行等日常行为变得困难而费力，容易疲劳、摔倒等，也在无形中加重了他们的心理负担，为了解决传统康复车的问题。

本产品主要是患者恢复车，但在传统恢复车上加装了吊绳起到了辅助行走和防止患者摔倒、小电流治疗按摩装置和气泵辅助起坐座椅。在恢复车把手处有着对提供座椅装置的控制器，可以通过遥控器对液压杆进行升降指令，而且液压杆也有着很高的自锁性能、精密的定位、准确控制等优点，可在保护了患者的安全前提下也可以达到患者自己感觉舒适的角度和高度。

关键字：吊绳、防止摔倒、小电流治疗按摩装置、气泵辅助起坐座椅

ABSTRACT

This product is primarily a patient recovery vehicle, but it has been improved by adding suspension ropes for walking assistance and fall prevention, a small current treatment device, and an air pump-assisted rising seat. It consists of these three main parts. At the handlebar of the recovery vehicle, there is a controller for the seat device, which can be used to send lift and lower commands to the hydraulic rod via a remote control. The hydraulic rod also features high self-locking performance, precise positioning, and accurate control, ensuring both patient safety and providing comfort at the desired angle and height.

Key Words:Suspension ropes、Fall prevention、Low-current therapy device、Air pump-assisted seat

随着生活方式的改变，交通事故、运动伤残等意外事故导致的四肢运动功能障碍的患者数量逐年增加。加之我国人口老龄化问题日益严重，脑梗和截瘫等疾病的发生将导致更多肢体残障者的出现。科学研究表明，四肢残障患者病情稳定的早期是神经机能恢复的关键时期，及时进行科学的康复训练可以有效地恢复运动功能并减轻后遗症。目前我国有约2407万名肢体残障者，并且这一数字还在不断增加。面对如此庞大的残障人群，如何在有限的康复时间内为每位残障者提供及时的康复训练一直是医护工作者面临的难题。四肢康复车作为一种自动化的康复医疗设备，可以有效缓解医护人力资源的压力，为患者提供及时而科学有效的康复训练。

一、国内外现状研究现状 

现阶段的康复车研究和发展非常活跃，但目前存在一些问题。首先，操作复杂性较高，一些康复车的配置和操作过程相对复杂，需要花费时间和精力来学习和掌握正确的操作方法。其次，舒适性方面存在不足，尽管康复车通常配备座椅，但在长时间使用时可能会感到不够舒适。座椅设计可能需要改进，以提供更好的支撑和缓冲效果。此外，个性化程度有限，一些康复车的设计是基于一般的康复需求，无法完全满足每个患者的个性化治疗要求。不同患者在康复过程中可能存在差异，因此需要更加个性化的康复方案和设备，以满足其特定需求。

二、智能康复车的组成/结构

智能四肢康复车是由辅助行走的安全绳、气泵辅助起坐座椅三部分组成。

1.辅助行走安全绳

辅助行走安全绳通常由手柄、绳索、金属连接件、调节装置、伸缩装置和可见性标识等六部分组成。手柄提供良好的抓握力和控制力，绳索具备高强度和耐磨损性，金属连接件确保可靠的连接，调节装置可根据需求调节长度，伸缩装置增加灵活性，可见性标识提升可见性。安全绳提供支撑和稳定性，减少摔倒和受伤风险，同时可作为紧急救援装备。使用者通过控制手柄引导行走，并提高可见性以降低意外发生概率。

2.小电流治疗按摩装置

小电流治疗按摩装置[1]是一种结合物理学、仿生学、生物电学和中医学理论知识，并经过多年临床实践研制开发的新一代保健器材如图1所示。该装置通过八大仿真功能实现传统按摩的美妙感觉，通过按摩头放松肌肉、舒缓神经、促进血液循环、加强细胞新陈代谢、增强皮肤弹性。它能缓解疲劳、明显减轻各种慢性疼痛、急性疼痛和肌肉酸痛，放松身体减轻压力，减少皮肤皱纹，通过按摩的来促进局部血液循环和新陈代谢，使疲劳的身体得到放松。

图1小电流治疗按摩装置三维图

供电电路是为了保证整个单片机系统正常运行所需的电源供应。可以使用直流电池、交流适配器或其他电源来提供电力。使用装置时，根据患者自身的肌力来调节电流的大小，以刺激人体神经。通过偏瘫肢体的主动和被动运动训练，按照Brunnstrom[2]分期进行康复训练，制定针对性的康复训练方案。每天进行两次康复训练，每次30分钟，每周进行五天半的训练。针对脑血管疾病的基础治疗，可以按照2005年《中国脑血管病防治指南》进行西药治疗。

在进行二级预防时，可以调整血压、降低血脂、稳定斑块、抗血小板聚集，改善脑供血以及维持水、能量和电解质平衡等。每位患者还可以使用GSM模块来实现短信发送功能，当需要帮助时，设备会向相关人员发送信息"help me!"。另外，可以加入35-40°的加热装置来促进血液循环，减轻患者的疼痛

3.气泵辅助起坐座椅

气泵辅助起坐座椅[3]是一种帮助人们起立和坐下动作的辅助设备，它由气泵、气垫、支撑框架、控制系统和电源电路五个部分组成。

气泵是核心部分，利用气体压力提供起立和坐下的辅助力。通常采用电动气泵，通过控制气泵工作状态，可调节气垫的充气和放气，产生相应的辅助力。

气垫安装在座椅和支撑框架之间，用于承载用户的重量并提供舒适支撑。它采用柔软材料制成，具有弹性和韧性，适应不同的身体形状和姿势。

支撑框架固定在座椅上方，与气垫连接，提供稳定支撑和力传递。它通常由金属或合成材料制成，具备足够的强度和刚性，能够承受用户的重量和运动力。

控制系统监控和控制气泵的工作状态，实现适当的辅助力和动作控制。它包括按钮、开关、传感器和微控制器等组件，用户操作或自动检测可调节气垫的充气、放气时间和气压等参数。

电源和电路提供能量供给，可使用可充电电池或外部电源。电路将电源能量转换为合适的电压和电流，驱动气泵和控制系统正常运行。

该座椅具有以下主要功能：

（1）辅助起立：通过控制气垫的充气和放气，提供适当的辅助力，帮助用户从坐姿到站立。老年人、残疾人或身体不便者可减轻努力和压力如图5所示，增加独立性和舒适度。

（2）辅助坐下：同样地，座椅可在用户从站立到坐下过程中提供辅助力。通过控制气垫的放气，减缓下降速度，减少冲击和压力，使坐下更平稳舒适。

（3）调节辅助力：控制系统允许用户根据需求调节辅助力大小。通过按钮或开关操作，可选择不同的辅助力水平，以适应不同的身体条件和健康状况。

三、安全指数分析

这款改进后的患者恢复车具有以下安全性能：

1.吊绳辅助行走和防止摔倒：吊绳的加装使恢复车能够提供患者辅助行走功能，减少摔倒风险。这项设计有助于增加患者的独立性和安全性。

2.小电流治疗按摩装置：恢复车配备了小电流治疗按摩装置，提供柔和的按摩和治疗功能。该装置采用低电压和低频率的电流刺激肌肉组织，能够促进血液循环、缓解肌肉疼痛和放松紧张肌肉。在适当使用的情况下，它能够提供舒适的治疗体验，并具备较高的安全性。

3.气泵辅助起坐座椅：恢复车配备了气泵辅助起坐座椅，可帮助患者进行起立和坐下的动作。通过气泵控制座椅上的气垫充气和放气，提供适当的辅助力量，减轻患者的努力和压力。这种座椅设计旨在提供舒适和安全的起立和坐下体验，对于老年人、残疾人或身体不便者尤其有帮助。

4.控制器和液压杆：恢复车的控制器位于把手处，可通过遥控器对液压杆进行升降指令。液压杆具备自锁性能、精密的定位和准确的控制，可以确保座椅在设定的高度和角度保持稳定。这种自锁性能和精密控制能够提供稳定性和安全性，同时允许患者调整座椅到符合其舒适感受的角度和高度。

这款改进后的患者恢复车在安全性能方面进行了重要的改进。吊绳辅助行走和防止摔倒、小电流治疗按摩装置和气泵辅助起坐座椅提供了额外的功能和舒适性。控制器和液压杆的特性确保了座椅的稳定性和安全性。

四、现阶段的成果

本文针对人体平衡感知能力设计了一款集合平衡感知能力检测和康复训练于一体的智能四肢康复车，主要对该款康复车的方案设计、结构设计、运动学分析以及有限元分析进行了重点研究。本文的主要研究内容及最终成果如下：

（1）基于医院的实地考察以及对平衡感知能力患者的调研，明确了平衡感知能力检测康复车的功能和康复车工作运动的设计理念，成功的进行了智能四肢康复车的 平衡运动实验并采集相关数据，以智能四肢康复车平衡运动实验数据为基准制定了平衡感知能力检测智能四肢康复车的设计要求

（2）小电流治疗按摩装置加入了按摩原理，可根据穴位进行按摩，随时为患者提供按摩功能，减轻或代替康复治疗师，节约成本，给患者提供更好的治疗环境，按摩器是利用电力使按摩头振动。按摩有利于舒筋活血、消除疲劳和防治疾病。采用碳纤维发热装置，使人体产生加热刺激感觉，而且结构简单、加热装置设有发热元件和控制电路，根据病人不同的需求来提供不同的恒定温度，以满足患者的需求。

根据设计方案完成了平衡感知能力检测康复车车把结构、横滚结构和 安全保障结构的传动系统和零件的设计，利用 SolidWorks 软件完成了平衡感知能力 检测康复车整机三维模型的建立，如图6所示。

图6用SolidWorks制作的康复车的三维模型

五、总结和期望

本文设计了一种基于液压杆和吊绳的康复助步车装置，旨在为需要康复辅助工具的患者提供更好的恢复体验。通过液压杆的升降控制、吊绳的安全保护、辅助座椅的支撑和舒适度等功能，该装置可以满足患者在恢复过程中的需求，提高恢复效果和体验。

随着人口老龄化趋势加剧，康复市场需求不断增长。希望本文设计的基于液压杆和吊绳的康复助步车装置能够得到更广泛的应用和推广。同时，也希望在实际使用过程中，能够不断改进和优化装置的性能和效果，让更多的患者受益于康复助步车这一康复辅助工具，提高他们的生活质量和健康水平，并提升用户体验。

此外，还可以考虑引入智能化技术，如人工智能或机器学习算法，通过对用户数据的分析和学习，进一步优化康复机器人的训练方案，个性化定制康复计划，提高训练效果。

参考文献:

[1]Jan D S,L. C N,Silvia M, et al. First-in-man Implantation of a Cardiac Microcurrent Device for Chronic Systolic Heart Failure[J]. ASAIO Journal,2021.

[2]廖洪水. 减重支持训练对脑卒中后下肢Brunnstrom分期Ⅲ-Ⅳ期促分离的影响[C]//浙江省医学会物理医学与康复学分会,浙江省康复医学会康复治疗专业委员会,浙江省医师协会康复医师分会,浙江省残疾人康复协会.2013浙江省物理医学与康复学学术年会暨第八届浙江省康复医学发展论坛论文集.[出版者不详],2013:216-219.

[3]彭见辉,李佳玉,黎小巨等.基于坐立转换的老人辅助站立装置的研究与设计[J].机械工程师,2022(09):32-35+39.