等速人体肌力康复系统核心装置研制

　　等速肌力测试和训练技术(等速技术)是一项新的肌肉功能评价和训练技术^[1-4]，是目前国际上最先进的肌力测试、训练方法。它在国际康复医学领域已有相当广泛的运用，并日益受到重视。20世纪70年代初，美国CYBEX公司制造出了第1台等速仪器。早期的等速技术主要应用于体育运动方面，以后逐渐应用于临床医学，其中应用最为广泛的是在康复医学领域中。20世纪80年代后期，等速运动技术开始引入中国，主要针对其在运动员的肌力测试和训练方面的应用研究。20世纪90年代后，国内部分大医院相继引进等速运动肌力测试和训练系统，主要有Cybex和Kin-Con两种类型。复旦大学附属华山医院康复医学科运用Cybex-6000型等速肌力测试及训练仪开展等速肌肉功能测试和训练技术系列研究，如图1所示。

　　1　等速技术

　　等速运动是指在运动中肢体运动速度被强制恒定(等速)的一种运动形式，可借助特定的仪器预先设定在关节活动范围内肢体运动的速度。无论受训者用多大的力量，肢体运动的速度保持为设定值。受训者的主观用力只能使肌肉张力提高、输出力矩增加，却不能改变速度。运动中，等速设备所提供的阻力与肌肉收缩产生的实际关节力矩相匹配，自动随肌肉收缩力的变化而变化，为一种顺应性阻力。这种顺应性阻力使肌肉在整个关节活动处于不同角度的每一瞬间都能产生最大张力，有利于肌肉发挥最大收缩能力，从而达到最佳的训练效果。

　　2　总体设计方案

　　等速肌力康复设备的核心是等速发生装置。研发等速设备首先要完成等速发生装置工作原理的研究，然后才能根据其原理进行技术设计。系统设计方案的选择主要在于制动和控制方案的选择，本系统采用液体受控流动实现等速运动的原理来实现^[5-7]。

　　系统的受控物理量，即系统输出是关节角速度，施加于系统的关节肌力可以看作是干扰力矩。等速装置应在受控状态下动态地产生与干扰力矩相等的补偿力矩，以维持关节的等速转运，等速系统控制原理如图2所示。

　　根据流体力学中“液阻”原理，可通过可调节的液压节流制动得到等速装置所需要的可控制动力。本项目采用流体节流制动的技术方案实现等速运动，其原理如图3所示。

　　在系统技术实现过程中，由于摆缸制造上的困难和高性能比例调速阀采购问题，摆缸以齿条缸代替，比例调速阀以比例换向-节流阀代替，系统的功能原理不变^[8-9]，如图4所示。

　　3　系统设计

　　3.1　机械部分设计