随着社会的发展及人口老龄化问题的突出,下肢损伤及神经系统疾病的患者越来越多,由于其下肢负重能力不足,难以承受自身重量,需进行减重步态康复训练以帮助患者纠正步态、改善平衡、恢复下肢基本行走能力。目前减重康复训练系统主要分为被动减重系统和主动减重系统,被动减重系统主要通过配重块、弹簧、绞盘对患者实施减重;主动减重系统主要通过气压、液压、电机驱动实现减重运动。尽管减重系统对患者下肢恢复具有一定的积极作用,但由于患者自身疾病及运动疲劳强度影响,患者在运动过程中容易产生不舒适感,影响患者康复治疗的安全性及有效性。因此,本研究致力于设计一款主动减重康复训练系统,在康复训练中即可监测患者体征参数,包括减重结构设计、减重控制系统研究及体征监测系统研究。其主要研究内容如下:(1)减重支撑系统结构设计。首先调研了目前国内外现有的减重支撑系统,并提出减重系统的总体方案设计;其次对减重机构模块设计,包括齿轮组、线轴、定滑轮机构等;再次对悬吊机构模块设计,包括材料选型、结构分析、强度分析及舒适度分析等;最后对减重支架设计。该系统结构简单、穿戴便利、舒适性好、可靠性强,基本满足减重需求。(2)减重控制系统研究。首先对该系统中各模块建立数学模型,得出动力学方程;其次提出控制系统方案并建模分析,即:采用PID控制方式,由传感器采集实际减重力与理论减重力对比分析,控制电机运动以维持减重力在一定误差范围内;最后,通过Simulink插件进行控制系统仿真。由仿真实验结果可知,该控制方法减重误差较小、响应速度快、能够适用不同减重力、运动速度下的步态康复训练。(3)体征监护系统研究。首先调研目前常用的体征监护方法并分析其优缺点;其次,根据人体心率、呼吸频率范围、作用力大小不同,设计了基于气体压力传感器的体征监护系统,该系统包括气压传感器、运算放大电路、带通滤波电路、加法电路等,并采用滑动平均滤波、巴特沃斯滤波、FFT、差分等方式对信号分析处理,得到人体心率、呼吸特征值。该方法舒适性好、可靠性强、能实现对心率、呼吸参数的同步监测。(4)制作减重系统样机并进行减重康复训练实验。首先,制作减重系统样机,包括关键元件的选型、购买、机加、组装等;其次,搭建减重与体征监护系统实验平台;最后,在不同减重力、运动速度下进行实验研究,并对实验结果处理分析。