外文翻譯--穿戴式下肢康復裝置的設(shè)計 中文版

穿戴式下肢康復裝置的設(shè)計 莫佳佳，邱毅瑞，陳達仁 1.機械工程與力學學院，寧波大學， 818 號， 順化 路，寧波， 315211，中國浙江省。 2.機械工程 學院 ，臺灣大學， 1 號 ， 第 4 羅斯福路，臺北，臺灣 ， 10617,，.tw。 關(guān)鍵詞：下肢關(guān)節(jié)；康復；肌電圖 摘要 ： 我們提出了一種下肢康復裝置來幫助受損的人恢復腿的能力。該裝置由鏈接和彈簧組成 ， 它的 特點如下：（ 1）它是半被動和 以 家庭 為基礎(chǔ)的 ，使腦卒中患者受自己的控制進行下肢體運動；（ 2） 它結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，但它有類似的性質(zhì)用于 其他 治療 機器人 上 ；（ 3）動態(tài)平衡訓練器 和肌電圖（ EMG）進行 BIODEX 分析 。結(jié)果表明，股直肌，股外側(cè)肌和股內(nèi)側(cè)肌的 訓練 對恢復非常好。 . 1.介紹 在中國，那些患有神經(jīng)損傷的人，像輕偏癱中風和一百萬 一年 以上的交通事故。老年人和病人可能發(fā)生的肌肉無力或癱瘓，這往往 限制 他們大量的運動 并對他們的日常生活帶來不好的影響。 這些設(shè)備 出現(xiàn) ，就是為了幫助他們恢復肌肉強度和康復步態(tài) 。 第一個MIT-MAUNS 【 1】康復機器人 應運而生， 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到 。 并 設(shè)計 出 “ 半被動 ” 戴的康復設(shè)備 ，這設(shè)備的 彈簧 裝 在腦卒中患者 上，使他們 進行上肢控制運動訓 練。然而，矯形器的下肢是典型的動力。在本文中，我們提出了 一個 “半被動 ”穿戴式下肢康復裝置， 該裝置可以用來協(xié)助腿受損的人恢復腿的能力。 在文獻中，已經(jīng)有很多的方法能計算出重力。康復機，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 的下肢康復裝置，這典型運動 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】 。亞當斯仿真軟件的研究 實驗方法， 并 探討當穿戴 下， 人體下 肢肌肉康復裝置 的 影響。 Biodex， Biopac 和 肌電圖 都 是用來獲取關(guān)節(jié)力矩和肌肉電活動 的設(shè)備。 2.下肢的運動學模型 2.1 設(shè)計 可穿戴式下肢康復裝置 ，如 下圖所示 ,它 是由木板組件和復位彈簧裝置 組成。復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 。一個腰帶是用在大腿上的木板，其長度可調(diào)， 是為了 防止軸向和縱向移動。彈簧的恢復裝置還包括兩個滑塊 ，它們是第一滑塊和第二滑塊。大腿板第一導軌與第一滑塊與 小腿板第二導軌與第二滑動 對比。有三個彈簧安裝裝置。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 將滑塊間的引力勢能的彈性勢能彈簧做康復運動。第三個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 可穿戴式下肢康復裝置 圖 1 2.2。運動學模型 一個右下肢運動學和坐標系統(tǒng)示意圖如下 。下肢包括兩個環(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 是半被動式外骨骼部分 ， 卸髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)在重力的運動范圍 內(nèi)， 大腿和小腿的中心被假定固定 ，始終位于機器 MT 和 MC 之間， 在任何瞬時。上下肢的運動可分為兩運動：臀部分量 1， 2， 膝關(guān)節(jié)彎曲分量 X1， X2。 圖 2 圖 2 是 一個右下肢的運動學和坐標系統(tǒng) 圖 髖關(guān)節(jié)相當于一個三自由度球形關(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) ，因為他們的結(jié)合是最重要的運動下肢。一種康復裝置示意圖如 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，我們在設(shè)備的適當位置 添加彈簧和滑塊，以使系統(tǒng)重力平衡。 這 用于下肢康復裝置的彈簧裝置是共面的。 圖 3，相應的勢能圖 系統(tǒng)的潛在能量，由重力勢能，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，大腿和小腿是相對小的重力勢能 ，這兩者是 微不足道的。因此，較低的重力勢能 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 , 相應的彈性勢能的 V1,V2,V3,彈簧 模量 K1,K2,K3，可以 推導 出 K1， K2， K3 是三個彈簧的彈性模量， Lhb， Lcd， Lce 是三個彈簧的長度， 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，可以推導出公式： 根據(jù)（ 2）到（ 8），我們獲得了總的潛在能量 因此，腿會加入這三個所提到的 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動學模型下肢。在這本文，我們利用亞當斯模擬 Biodex 獲得髖關(guān)節(jié)力矩。 Biopac 和肌電圖（ EMG）是被用來獲得肌肉電活動的設(shè)備。下肢肌肉有四個部分，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，信號就被可靠地通過 ，使用表面肌電圖記錄。因此，對于其他三個肌肉的肌電圖收集。在這個實驗中，一個健康的年輕成年人參與 評測 ，其測量參數(shù)在表 1 中列出該裝置的數(shù)量， 這種裝置的功能相當于一個沙袋綁在大腿上，提出了 用沙袋練習 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。我們稱這種運動為 “抬腿 ”運動。 范圍從 0 度擴展到 90 度。 表 1。對男性下肢人體測量學參數(shù) 主觀方面 人體測量學 參數(shù) 水分 70 厘米 大腿長度 48 厘米 髖關(guān)節(jié)膝關(guān)節(jié)長度 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 ， 從實驗 “抬腿 ”運動與 B（ 1.81 公斤）重沙袋，而當 B 權(quán)電阻連接到下肢外骨骼 時， 紅色是關(guān)節(jié)力矩通過 ADMAS 仿真 。圖 4 顯示時 大腿與地面平行，關(guān)節(jié)力矩達到峰值的 15000 n-mm，實驗結(jié)果 大約 在 16000 n-mm，其 超過模擬量。 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 顯示一個男性的肌肉的肌電圖（ a） 是 股直??；（ b） 是 股外側(cè)?。唬?c） 是 股內(nèi)側(cè)肌 。在 “抬腿 ”運動狀態(tài)下， 所有三個肌肉被訓練 時 ，股直肌是最活躍的。股外側(cè)肌和股內(nèi)側(cè)肌 相對溫和，但表現(xiàn)出 有兩個明顯的峰高度的一致性 現(xiàn)象 。 所有的肌肉沒有活性， 到達時間 是 8 秒 。圖 5 是一個男性的肌肉的肌電圖，（ a） 是 股直??；（ b） 是 股外側(cè)??；（ 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。 當穿戴該 裝置 ，我們使用亞當斯仿真軟件，人體下肢的肌肉和關(guān)節(jié)力矩實驗限制方法來 探討影響。它表明，股直肌，股外側(cè)肌和股內(nèi)側(cè)肌下肢康復肌肉訓練 非常好， 我們相 信這種矯形器康復裝置可能非常適用于 一個潛在的肌肉無力或癱瘓 患者， 所有的研究工作是 在浙江省新興藝術(shù)家 （新廟）基金會的撥款 20128405025號 的資助下 進行的 ，基礎(chǔ)教育部 ： 第 y201119372 號 ；下批準號 ： 2012a610077。 工具書類 【 1】 H.I. Krebs, N. Hogan, M.L. Aisen, B.T. Volpe，機器人輔助神經(jīng)康復， IEEE 跨康復工程， vo1.6（ 1），（ 1998） 第 75-87 頁。 【 2】 邱毅瑞，陳達仁 ，可穿戴式上肢矯形器訓練設(shè)計康復 致動器，力學和材料卷。 201-202（ 2012） 第 864-870 頁。 【 3】 S.K.Agrawal, G. Gardner, S. Pledgie， 重力平衡平面設(shè)計制作輔助的平行四邊形機構(gòu)設(shè)計，ASME， 123 卷（ 4）（ 2001）， 第 525-528 頁。 【 4】 G.J. Walsh, D.A. Streit, B. J. Gilmore，空間彈簧平衡理論，機械機器理論 26 (2)（ 1991），第 155-170 頁。 【 5】 D.A. STRE