气动比例控制技术在下肢康复训练中的应用

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1、2013年2月机床与液压Feb．2013第41卷第4期MACHINETOOL＆HYDRAULICSVol_41No．4DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2013．04．031气动比例控制技术在下肢康复训练中的应用王基威，韩建海，胡传龙(河南科技大学机电工程学院，河南洛阳471003)摘要：通过分析下肢康复训练的要求，设计减重机构气动系统和助力腿驱动气动系统。利用气缸、比例阀、位移传感器、拉力传感器、数据采集卡及计算机等元件组成下肢康复训练控制系统，搭建实验平台，证明气动比例控制技术在人体下肢康复训

2、练中的可行性和有效性。关键词：气动比例控制；康复训练；数据采集中图分类号：TH138．9；R496文献标识码：A文章编号：1001—3881(2013)4—105—3ApplicationofPneumaticProportionalControlTechnologyintheLowerLimbRehabilitationTraining‘WANGJiwei，HANJianhai，HUChuanlong(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering，HenanUniversity

3、ofScienceandTechnology，LuoyangHenan471003．China)Abstract：Throughanalyzingtherequirementoflowerlimbrehabilitationtraining，theweightlossmechanismpneumaticsystemandboostinglegdrivenpneumaticsystemweredesigned．Usingcylinders，proportionalvalves，displacementsensor，tens

4、ionsensor，dataacquisitioncard，computerandothercomponents，thelowerlimbrehabilitationtrainingcontrolsystemwasbuilt．Theexperimentresultsprovethefeasibilityandvalidityofpneumaticproportionalcontroltechnologyinhumanlowerlimbrehabilitationtraining．Keywords：Pneumaticpro

5、portionalcontrol；Rehabilitationtraining；Datacollection气动比例控制系统的原理是实现系统或元件的控用气压驱动的方式控制髋关节、膝关节来实现仿人行制量(输入)与被控制量(输出)之间线性化，保走，从而实现患者的步态矫正。通过整体的调试配合证控制量和被控制量按给定的比例关系变化，从而实最终实现康复训练的目的。现流量、压力连续变化的高精度控制，最终实现控制要求。近年来，随着材料、电子、传感器及控制理论等科学技术的发展，气动比例控制技术的应用在各领域也得到快速提高。由于空气的压缩

6、性大、黏性小，控制系统可实现流量、压力连续变化的高精度和驱动设备高速运动控制。文中通过分析下肢康复训练系统原理，搭建实验平台进行实时控制，阐述了气动比例控制技术在下肢康复训练中应用的有效性和优越性。1下肢康复训练机器人整体结构首先设计了下肢康复训练系统的整体机械结构，如图1所示。该机构主要由外部框架、减重机构、重心平衡机构、腿部机构以及跑步机等组成。其中减重机构气动系统主要是根据患者的自身体重及病情轻图1下肢康复训练机器人整体结构重，通过连接在绳尾部的气缸来减轻患者的自重，同2减重机构气动系统设计时通过实验实现减重力恒定

7、。实验过程中，通过外部根据康复理论，在减重支撑训练时保证减重力框架顶端弯管上边的双弹簧及滑轮来实现重心左右变的恒定对患者的康复效果是最有效的。在减重状态化，通过安装于平行四边形机构的气弹簧来实现重心下，当患者按照设定的步态在跑步机上行走时，随上下变化，综合作用实现人体重心的平衡。助力腿驱着腿部的抬起和下落，自身的重心会发生一定的变动气动系统主要是将患者的双腿捆绑在腿部机构上，收稿日期：2012—01—07作者简介：王基威(1986一)，男，硕士研究生，研究方向为机电一体化技术。E—mail：melodywjw@163．c

8、orn。·106·机床与液压第41卷化，从而带动钢丝绳上的拉力发生一个随步态变化验，通过处理实验数据，得到有反馈和无反馈时的一而变化的力，这个变化的力对于患者的康复治疗效组实验数据图，见图3。果是不利的。目前康复医疗的减重设备多采用电机根据图形显示在5s内，一共有7次电压幅值的驱动的方式来实现减重，而电机驱动存在操作