《主－被動關節康復訓練中的柔順技術基礎研究》是依託南京理工大學，由滕燕擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：主－被動關節康復訓練中的柔順技術基礎研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：滕燕
- 依託單位：南京理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
膝關節發生損傷或醫療手術後的康復期，及時進行康復訓練對恢復關節功能十分重要。使用傳統CPM機對膝關節進行持續被動運動是目前常用的康復訓練方法，但存在兩大不足：一是傳統CPM機採用電機＋機械傳動的剛性結構，易對病人造成二次傷害；二是傳統CPM機只能對關節實現被動訓練，缺乏對肌肉肌力的鍛鍊，影響康復效果。本課題將提出關節康復訓練的主－被動理論，並對關節主－被動康復訓練中的柔順技術進行基礎研究，探索利用氣動技術的氣動複合柔順驅動器柔順驅動的運動機理，建立柔順驅動器動態理論模型，通過對氣體壓力、流量等對柔順驅動剛度影響規律的研究，探索氣動複合柔順驅動器多驅動間的最優耦合。在此基礎上提出氣動複合柔順驅動器變剛度控制理論模型。最後，在對康復訓練末端執行器運動學和動力學分析的基礎上，利用變剛度理論模型，研究康復訓練末端基於阻抗的力自適應控制技術。通過上述研究，以期推動柔順驅動技術在醫療康復領域的套用。
結題摘要
對受傷膝關節進行及時有效的康復訓練是恢復關節功能、加快康復速度的有效臨床干預手段。傳統的CPM（Continuous passive motion）康復器多屬於剛性驅動，安全性差，只能實現被動訓練，而使用Mckibben型氣動肌肉的康復器雖柔順性好，但訓練角度小。本項目研究並提出了一種柔順主-被動可控關節康復訓練新技術，並對主-被動康復訓練中的柔順技術進行了基礎研究工作，取得了以下研究成果：（1）提出了無桿氣缸+氣動柔性驅動器的複合柔順驅動新技術方案，滿足了膝關節康復中大行程和柔順驅動的雙重要求。（2）研發了新型推力大行程氣動柔性驅動器，並對該驅動器的靜態工作特性和動態工作特性進行了深入的理論建模研究，得到了柔性驅動器的輸出力物理模型。對該氣動柔性驅動器進行的特性試驗結果表明：氣動柔性驅動器的輸出力在同一供氣壓力下，隨工作長度增大而減小，呈近似線性關係；同一工作長度下，隨供氣壓力增大而增大，成近似線性關係，但存在遲滯現象。（3）對氣動柔性驅動器的剛度理論進行了深入的基礎研究，分析並建立了氣動柔性驅動器的靜態剛度和動態剛度數學模型。研究表明：供氣壓力是影響氣動柔性驅動器剛度的主要因素。工作長度一定時，氣動柔性驅動器的靜態剛度隨供氣壓力的增大而增大；供氣壓力一定時，靜態剛度隨工作長度的增大而減小，但減小的幅度不大；動態剛度為靜態剛度與氣壓剛度之和，在本項目試驗條件下，氣壓剛度約為靜態剛度的1/10~1/7左右。（4）提出了基於生物力信號反饋的膝關節康復器變剛度控制策略，並對膝關節關聯肌肉的表面肌電信號的採集、提取、分析技術進行了深入的研究。對5名被試對象進行的測試結果表明：被動訓練中，肌肉的表面肌電信號隨膝關節彎曲角度增大而增大；不同康復程度中的表面肌電信號變化明顯。主動訓練中，阻尼力越大，肌肉的表面肌電信號越大。（5）完成了柔順主-被動膝關節康復器樣機的製作，並研發了康復器的控制系統。提出了基於表面肌電信號的變剛度閾值控制策略，試驗結果表明：當設定閾值為0.4時，膝關節彎曲角度可達62°；當閾值為0.5時，膝關節彎曲角度可達78°。所開發的膝關節康復器可以較好地完成對膝關節的柔性驅動。 項目研究結果對關節康復中的柔順驅動技術發展具有較好的推動作用。
