由单片机实现的多功能手臂康复训练器

　　1　引言

　　目前,我国和世界许多国家一样,正在步入老龄化,在老龄人群中有大量的脑血管病或神经系统疾病患者,这类患者多数有偏瘫症状。同时,因交通事故而造成神经损伤或者肢体损伤的人数也越来越多。医学原理和临床医学证明[4],这类患者除了早期的手术治疗和必要的药物治疗外,科学的康复训练对于精神和肢体损伤治疗后期运动功能的恢复和提高起到非常重要的作用。我国现有的一些肢体训练器械或装置的工作基理与普通的体育训练器材相似,如手臂力量训练器、跑步机等,并不适合于偏瘫患者肢体的康复训练。本文根据肢体康复训练的要求,研制一种由AVR8535单片机控制的多功能手臂康复训练器,已做出产品样机,经患者试用效果良好。

　　2　系统的组成原理及工作模式

　　手臂康复训练器的组成原理如图1所示[3],它由人机接口、AT90S8535单片机控制系统,电机驱动电路、直流电机、位置传感器、训练把手等组成。两个训练把手在单片机的控制下可以带动被训练者的左右手臂以不同的工作模式进行训练,具体包括　以下4种工作模式:

　　模式1:主动训练模式。

　　在这种模式下,患者的两只手臂固定在训练把手上,单片机控制双训练把手以一定的速度在水平面内摆动,患者的手臂在训练把手的带动下在水平面内运动,实现手臂的运动训练。运　　动速度可以通过键盘设置,训练次数显示在LED显示器上。这种方式下,双训练把手工作于闭环位置伺服方式。这种方式适用于患者两只手臂无自主能力或自主能力很弱的情况。

　　模式2,3:主从训练模式。

　　在这种模式下,双训练把手工作于“主、从”方式,其中一只把手(主手)不受电机控制,保持自由状态,由患者推动;另一只把手(从手)工作于位置随动方式,“从手”始终跟随“主手”运动。

　　患者的有障碍手臂固定在“从手”上,当患者的健康手臂推动“主手”转动时,单片机采集“主手”位置信息,并把这个信息作为“从手”的运动指令,控制“从手”跟随“主手”运动。从手的运动速度和幅度完全由“主手”的运动状态来决定。患者可以自行决定训练的速度和运动幅度的大小。这种模式适用于患者一只手运动功能正常,而另外一只手需要训练的情况。模式2是指把手1主动,把手2从动,模式3为把手2主动,把手1从动。

　　模式4:阻尼方式

　　在初始状态把手停于中位,当患者推动把手运动使之偏离中位时,单片机产生一个控制信号使电机产生了与患者推动方向相反的运动趋势,即给患者的手臂施加一定的阻力,阻力的大小可以通过控制电机的驱动电流来实现。这种方式适合于患者手臂的运动机能已经得到一定程度的恢复,需要作力量训练的情况。