孟强强1,2 殷仁杰1 闫晗2 李云海1彭艺1
1 皖西学院 电气与光电工程学院，安徽 六安 237012
2 六安智动化智能科技有限公司，安徽 六安 237012
摘要：随着科技的大力发展，智能制造在越来越多的领域得以广泛运用。本系统实现腿部康复的机械结构及电路设计。根据人腿部结构严格设计，腿部设计成六个自由度，可实现大腿的伸屈、小腿的伸屈和脚踝的提、放脚等动作。同时，在此康复机器人的基础上增加各个功能按键和肌电传感器，提高该产品的智能化和自动化，从其功能上来说更加人性化。该款机器人是这套产品不仅可以康复腿部受伤的人，还可以让腿部瘫痪的病人体验到行走的感觉，在一定的程度上增加病人康复的信心。
关键词：康复机器人、信号监测、自动控制
引言
该产品的主要功能就是能够实现人体腿部结构的自由活动，通过次反复训练，刺激人体腿部肌肉和神经从而达到康复效果。由于该机器人作用是用来腿部痊愈训练，所以它的机械设计也是类人体腿部形状，所以在实行康复训练时，需要将人体的小腿和大腿与对应的机器人关节部分固定，只要加一个控制开关，通过该控制开关就可实现机器人关节的自由活动，从而实现人腿部的活动。
1自动控制部分功能
本设计通过使用单片机及多种外设，如肌电传感模块，按键开关模组等等，利用合理的机械结构，可以使人体腿部结构的自由活动，通过次反复训练，刺激人体腿部肌肉和神经从而达到康复效果。自动控制部分包括腿部信号自动检测，机器的自动抬升等康复动作的完成，机器上电检测及报警等。如图1所示为本产品三维主视图。
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图1 康复机器人三维视图
2数据监测及按键开关选择功能
数据监测在人反复康复腿部的训练过程中可以对人康复的训练次数进行计数和肌肉康复状态的实时监控，先给人一个科学的康复训练次数指标，然后通过肌电传感器实时监测病人肌肉的状态数据，其更加标准和科学，通过数据监测显示该病人的时刻训练状态，这样就会给病人一个科学康复训练方法，此数据并能够显示病人的康复指标。
这样在一定的程度上给病人一种信心和精神鼓励，提高其康复训练效率。通过按键开关式动作组选择功能，病人可以选择在自己某个恢复期的特定的动作组，同时病人还可以根据自己的实际情况去选择合适的动作组。通过这样的按键开关式动作组选择功能会使病人更加方便更加舒适的进行康复训练。
3子模块功能
整体固定在地面上保证了整体装置的稳定性，不会发生侧翻、摔倒等威胁用户身心安全的事故。
脚部按摩功能是通过小电机的转动带动顶端的按摩凸块对人脚部的位置进行挤压按摩，按摩功能会更加有助于病人的康复，时刻保持病人处于一个舒适的状态
升降杆与中间的滑轨的滑块都采用带有手动上锁的滑块，当机器腿由坐姿状态升起为站立状态时，看护人将滑块锁死，这样人的高度就固定了，舵机的转动带动人腿的运动，中间的滑块会配合舵机运动，最终调到合适的位置后，将中间的滑块锁死，这样就保证了机器运作过程中的稳定性。
机器人的线全部用绝缘材料包裹，（原型机电压小，无包裹）大大降低用户的触电事故发生。
4 核心模块设计
4.1压力传感器转化设计
利用HX711AD进行压力传感模块设计，通过极化效应相关原理，动态监测外界的压力数据，使得主控板得到反馈。如图所示分别为压力传感器设计原理图及压力传感器部分转化程序。
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4.2肌电传感数据监测
大脑向人体腿部肌肉发送脉冲电信号，此时固定在人体腿部的肌电传感器会采集肌电信号，并经过AD8221进行信号放大，向单片机发送数据，单片机整合数据后上传至WiFi模块后通过无线设备传导给云端，继而发送给医生检测平台，实现数据的实时传输及远程监测。此监测为整个设计模块的核心，通过多种传感器选型和比较后完成选型工作，并3D打印出固定装置。下图分别为肌电传感器监测流程图及部分程序设计。
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5 结语
通过软件和硬件的测试，以及在实际的工作环境下的操作测试之后，本产品可以帮助解决康复机器人研发过程中遇到的功能测试，电路设计等问题，在具体的操作过程当中可以根据实际的需要进行调整。
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基金项目：国家级大创项目-基于APM2.8研发的热成像救援四翼飞行器（项目号：201910376013）