基于智能材料的手部康复训练器设计(2)

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2.2 磁流变液流变电机的结构和原理 8

2.2.1 磁流变液流变电机结构 8

2.2.2 磁流变液流变电机实现原理 9

2.3 磁流变液流变电机动力学模型 9

2.3.1 磁流变液的本构模型 9

2.3.2 磁流变液流变电机的动力学模型 9

2.3.3 磁流变液流变电机的电磁特性分析 11

2.4 流变电机性能分析 14

2.4.1 静态性能 14

2.4.2 动态性能 15

3 两自由度手部康复训练器 15

3.1 康复训练器结构 15

3.2 康复训练器手柄受力分析 17

3.3 康复训练器的控制电路设计 19

3.3.1 控制电路构成 19

3.3.2 USB通信 20

3.3.3 角度的测量 25

3.3.4 电流源 26

3.4 康复训练器控制 28

4 康复训练游戏的设计 29

4.1 康复训练游戏简介 29

4.2 康复训练游戏设计 31

4.2.1 碰撞检测 31

4.2.2 小球碰撞后的恢复方法 32

4.2.3 游戏难度的设置 32

4.3 康复训练器应用试验 33

结论 35

参考文献 36

致谢 38

1 前言

1.1 背景和意义

根据全国第二次残疾人抽样调查结果显示，目前我国有8296万残疾人，其中有康复需求的残疾人接近5000万。每年因车祸、疾病等原因新增加的残疾人数量达100多万。同时，我国已经进入老龄化社会，约7000万老年人有康复需求，可见社会对康复医疗有巨大的需求。据统计，全国仅有19%的残疾人一年内受过康复服务，城市接受康复服务的残疾人比例为29.5%，农村为15.7%，这充分说明目前康复服务的覆盖面还十分有限。研究表明，一定强度的重复训练对于伤残部位的康复具有积极的促进作用，目前，大多数康复训练仍然停留在医生与患者的一对一训练，但由于康复医师人力资源的缺乏和治疗费用的昂贵，使得患者获得康复训练的机会受到很大限制，并且康复训练过程由康复医师掌控，康复的效果完全取决于医师的责任心和经验，康复程度的评估也只能依赖于医师的直观判断。造成目前这种状况除残疾人康复意识不强的因素外，还有以下原因，（1）缺乏较好的康复训练器具，特别是便携式的适用于社区或家庭用的康复训练器具；（2）患者缺乏康复训练积极性，因为一般的康复训练都是单调重复的动作，而且无直观的效果评估系统，只能依靠患者自身的感觉粗略估计康复训练的效果，致使许多患者缺乏训练积极性和主动性，由此造成训练强度和时间的不足，影响训练效果；（3）康复训练不能贴近日常生活，康复训练后有许多患者仍然不能独立生活或生活质量不高。因此研究开发出能够适用于社区和家庭康复训练的康复训练器具有重要的社会意义和应用前景，患者通过和康复游戏交互进行康复训练，可以大大地提高其参与康复训练的积极性和主动性，从而确保患者能够按质按量完成康复训练；另外康复训练器能够将患者的康复数据（如力、伸展角度、速度等）及时采集到计算机中，患者能够实时看到自己的康复训练成果，从而进一步提高康复训练积极性，医生通过收集患者的康复数据能够及时掌握其康复情况并据此制定进一步康复方案，能够有效地提高康复训练的效果。