鐘鵬程

摘 要：為了提高肢體傷病殘群體使用拐杖的康復(fù)效果，提出一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的可根據(jù)康復(fù)需求進(jìn)行調(diào)節(jié)的智能康復(fù)拐杖總體設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)設(shè)計(jì)了可調(diào)節(jié)智能康復(fù)拐杖的本體結(jié)構(gòu)及各模塊的相互關(guān)系，分析了基于無線網(wǎng)絡(luò)的可調(diào)節(jié)智能康復(fù)拐杖的基本原理和使用過程。主控計(jì)算機(jī)通過無線網(wǎng)絡(luò)收集拐杖中壓力傳感器的相關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，醫(yī)護(hù)人員可以根據(jù)分析結(jié)果，向使用者提出康復(fù)建議，或根據(jù)使用者的身體狀態(tài)調(diào)節(jié)拐杖，從而提高使用者的康復(fù)效果。

關(guān)鍵詞：智能康復(fù)拐杖；無線網(wǎng)絡(luò)；主控計(jì)算機(jī)；壓力傳感器

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

目前，我國(guó)已進(jìn)入老齡化時(shí)代，老年人逐漸增多，老年人的出行安全問題也逐漸提上日程。老年人和肢體傷病殘群體依賴和康復(fù)的工具有下肢康復(fù)機(jī)器人、肢體康復(fù)訓(xùn)練器等，但更常用的是拐杖。許多拐杖要么設(shè)計(jì)復(fù)雜、價(jià)格昂貴且不實(shí)用；要么過于簡(jiǎn)陋、功能單一，不能根據(jù)使用者身體情況的變化進(jìn)行調(diào)整，也不易通過拐杖來間接反應(yīng)使用者的身體情況；現(xiàn)有的各種調(diào)節(jié)功能的拐杖往往只能根據(jù)使用者的需要來調(diào)節(jié)，沒有科學(xué)依據(jù)，不能較好地適應(yīng)使用者的身體狀況。該文針對(duì)老年人和肢體傷病殘群體設(shè)計(jì)了一種根據(jù)使用過程中拐杖的受力情況確定使用者存在的問題，并提出康復(fù)建議的拐杖。

1 基于無線網(wǎng)絡(luò)的可調(diào)節(jié)智能康復(fù)拐杖總體方案

該文利用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，提出一種基于無線網(wǎng)絡(luò)的可調(diào)節(jié)智能康復(fù)拐杖的總體方案，如圖1所示，主要包括主控計(jì)算機(jī)和康復(fù)拐杖，并通過無線網(wǎng)絡(luò)連接起來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。通過無線網(wǎng)絡(luò)，主控計(jì)算機(jī)主要負(fù)責(zé)收集拐杖在使用過程中產(chǎn)生的壓力數(shù)據(jù)等信息，并進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和病情分析，根據(jù)分析結(jié)果，給出康復(fù)建議和采取的措施等?？祻?fù)拐杖主要包括結(jié)構(gòu)本體、壓力模塊、定位模塊、無線網(wǎng)絡(luò)模塊和控制模塊等，控制模塊定時(shí)采集壓力模塊產(chǎn)生的壓力信息，并通過無線網(wǎng)絡(luò)將壓力信息和位置信息等傳送給主控計(jì)算機(jī)。智能康復(fù)拐杖根據(jù)康復(fù)建議進(jìn)行調(diào)整以適應(yīng)使用者的身體情況，并反映使用者對(duì)拐杖的依賴程度，為使用者的康復(fù)過程提供決策依據(jù)。

2 智能康復(fù)拐杖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該文設(shè)計(jì)的智能康復(fù)拐杖的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2所示。智能康復(fù)拐杖包括把手、主桿和輔桿，把手和多個(gè)輔桿分別固定連接于主桿的兩端，輔桿與主桿通過輔桿調(diào)節(jié)裝置相連。輔桿調(diào)節(jié)裝置主要由連桿、滑套、上定位塊、下定位塊和套筒組成，上定位塊、下定位塊分別與主桿可拆卸連接，上定位塊與輔桿、輔桿與連桿、連桿與滑套分別采用鉸鏈連接，輔桿的上端連接在上定位塊上，其下端安裝有壓力傳感器，連桿一端連接在輔桿上，另一端連接在滑套上，套筒套在主桿上，套筒上端與上定位塊接觸，套筒下端與滑套接觸，滑套安裝在主桿上并由下定位塊固定。主桿上還裝有無線網(wǎng)絡(luò)模塊、GPS定位模塊和控制模塊，壓力傳感器、定位模塊通過傳輸線與控制模塊相連接，主桿還內(nèi)置有為各模塊供電的可充電電池。

3 工作原理

在使用智能康復(fù)拐杖時(shí)，使用者所需的支撐力主要通過拐杖的主桿獲得，并通過壓力傳感器實(shí)時(shí)測(cè)得，可調(diào)節(jié)智能康復(fù)拐杖的工作原理如圖3所示。當(dāng)使用者的身體出現(xiàn)某種問題時(shí)，拐杖的主桿會(huì)發(fā)生傾斜，拐杖傾斜一側(cè)的輔桿所承受的力就會(huì)增大，另一側(cè)的輔桿所承受的力就會(huì)減少，并通過壓力傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量。所測(cè)得數(shù)據(jù)通過傳輸線傳送到控制裝置，控制裝置將壓力傳感器所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街骺赜?jì)算機(jī)，同時(shí)將定位信息和數(shù)據(jù)也一并傳送。

醫(yī)護(hù)人員通過計(jì)算機(jī)終端對(duì)拐杖的主桿和各個(gè)輔桿所受的力進(jìn)行分析，如果主桿所受的力越大，說明使用者對(duì)拐杖的依賴程度越大，各輔桿的壓力分布是否均勻和壓力的大小可判定使用者的康復(fù)情況。如果某個(gè)輔桿所受的力大于另一側(cè)的輔桿所受的力，說明使用者不能控制拐杖主桿與地面垂直，存在側(cè)滑的風(fēng)險(xiǎn)，此時(shí)需要調(diào)節(jié)拐杖的主桿和輔桿之間的夾角和拐杖的高度。微調(diào)主桿和輔桿之間的夾角可通過更換不同規(guī)格的套筒來實(shí)現(xiàn)，調(diào)節(jié)拐杖高度可通過更換不同規(guī)格的把手來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)拐杖主桿的受力較小，而且各輔桿的受力較均勻，使用者就可以逐漸減少拐杖的使用次數(shù)，直到擺脫拐杖。

4 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

智能康復(fù)拐杖控制系統(tǒng)主要包括主控制器、壓力傳感器、定位模塊、無線網(wǎng)絡(luò)模塊、LCD顯示控制和主控計(jì)算機(jī)等，如圖4所示。主控制器定期收集壓力傳感器和GPS定位模塊的信息，通過無線網(wǎng)絡(luò)模塊傳送到主控計(jì)算機(jī)。

該文針對(duì)基于無線網(wǎng)絡(luò)的可調(diào)節(jié)智能康復(fù)拐杖的輸入輸出控制要求，選用STM32F103C8T6單片機(jī)作為控制模塊的主控制器。主控制器電路主要由系統(tǒng)時(shí)鐘電路、實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路、JTAG調(diào)試接口電路、復(fù)位電路和啟動(dòng)模式選擇電路組成。

該文在Keil 4下編寫了相應(yīng)的控制程序，基于VS2016開發(fā)了主控程序，主控程序通過Wi-Fi與智能康復(fù)拐杖的控制模塊進(jìn)行信息傳遞。通過軟件調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了主控計(jì)算機(jī)通過無線網(wǎng)絡(luò)收集拐杖中壓力傳感器的相關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)過主控計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)分析，醫(yī)護(hù)人員可以根據(jù)分析結(jié)果，為使用者提出康復(fù)建議，或根據(jù)使用者的身體狀態(tài)調(diào)節(jié)拐杖，指導(dǎo)使用者更好地使用智能康復(fù)拐杖加快了使用者的康復(fù)速度。

5 結(jié)語

相比現(xiàn)有技術(shù)，該文設(shè)計(jì)的基于無線網(wǎng)絡(luò)的可調(diào)節(jié)智能康復(fù)拐杖，可以通過測(cè)量主桿和輔桿下端的壓力傳感器所受壓力的大小，經(jīng)過主控計(jì)算機(jī)的分析可以判斷使用者對(duì)拐杖的依賴程度，提出合理使用智能康復(fù)拐杖等康復(fù)建議，通過輔桿調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)主桿與輔桿之間的夾角、更換不同規(guī)格的把手以適應(yīng)不同使用者的康復(fù)需要，最終加快康復(fù)速度，取得令人滿意的效果。

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