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基于物联网智能康复训练机器人系统设计

摘要：针对脑卒中患者，设计了一款基于物联网、大数据的智能康复训练机器人系统，系统由三菱FX5U系列PLC、变频器、人机界面、检测装置、执行机构、远程数据服务器、上位机和手机等终端通讯设备等构成。医生通过上位机将医嘱上传到远程数据服务器，患者在智能康复训练机器人系统上对照医嘱完成相关训练任务，并可选择自主训练模式。医生和患者家属可以通过上位机或手机调阅系统上传到数据服务器的数据，实时了解患者的训练状况。积累的数据可用于医学研究，为制定方案提供必要的技术数据，也为今后本系统智能化升级提供必要的技术支持。

关键词：康复训练;智能控制;大数据;PLC

1产品背景

根据“中国心血管病报告 2018”报告，我国心血管病现有患者人数2.9亿，其中脑卒中1300万。脑卒中存活患者中有接近80%的人留有不同形式和程度的残疾，而且还有不少患者因身体残疾引发了诸多心理和生理上的疾病。

脑卒中患者后期的康复训练和是一个相对漫长的过程。康复训练器械与场地的匮乏是造成康复训练困难的主要因素之一。患者失去劳动能力的同时，还需要占用一个家庭成员完成患者康复训练的接送与陪护，使得家庭经济陷入困境，是造成患者康复训练困难的另外一个主要因素。因此，有相当数量的患者为此放弃康复训练和，这已经成为一个社会问题。

国家出台相关法规、政策，加快发展先进制造业，推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合。本项目基于“互联网+医疗健康”的理念，设计推出一款用于家庭康复训练的智能康复训练机器人系统，解决了脑卒中患者家庭康复训练的难题，同时，也为相似产品的设计提供借鉴。

2系统简介

基于物联网智能康复训练机器人系统总体结构如图1所示。

图1 基于物联网智能康复训练机器人系统结构框图

医生通过对患者身体进行检查或训练历史数据分析的基础上，制定训练方案，并通过上位机将医嘱上传到远程数据服务器。

患者在本地训练系统上读取医嘱，并按照医嘱完成相关任务量，并可选择自主训练，相关数据同样被实时传送到远程数据服务器。医生和患者家属可通过上位机或手机等通讯终端完成对患者的监控与监护。

3智能康复训练机器人系统的机械结构

自动抽拔试验机

智能康复训练机器人系统机械结构主要由升降机构和训练机构两部分组成。如图2智能康复训练机器人系统机械结构所示。

图2智能康复训练机器人系统机械结构

3.1升降结构

采用步进电机提供动力，通过丝杠和导轨带动训练机构的升降，最终将训练机构停到上肢或下肢训练对应的位置，满足患者选择上肢或下肢训练，达到一机多用的目的。

3.2 训练机构

当选择被动训练时，带有减速器的三相异步电动机将动力通过齿形带传递到把手，把手带动上肢或下肢完成相关训练。当选择主动训练时，由完好肢体转动把手提供动力，带动固定在另外一侧的病肢运动，达到训练的目的。

4智能康复训练机器人系统的电气控制系统

图3电气控制系统结构图

4.1 PLC可编程控制器输入输出信号

PLC采用三菱FX5U32M，完成对整个系统的协调、控制与管理。

速闭阀

表1 PLC可编程控制器IO接口地址表

玻璃钢拍门3d蓝光播放器

输入 led驱动电路	功能	标识	输出	功能	标识
X0	接入编码器	脉冲控制	Y1	脉冲负	PUL-
X1	近点DOG信号	光耦触发	Y5	脉冲方向负	DIR-
X2	零点	接近开关	COM2	接SD	0V s100无人机
X11	启动开关	系统启动	Y10	电机反转	STF
X12	转换开关	切换模式	Y11	电机正转	STR
X13	急停	结束训练
X14	上限位	保护
X15	下限位	保护