基于残疾人下肢残肢训练器的研究方案
摘要：本论文课题是面向髋关节截肢患者，可实现髋关节康复训练的新方法，主要应用于下肢膝关节以上截肢患者髋关节康复训练系统的控制系统。根据膝关节以上截肢患者的运动特点，使用西门子S7‐200型号的plc和7 寸全彩色触摸屏控制磁粉制动器，产生康复者所需要的力矩，锻炼康复者的膝关节以上肌肉。计算截肢患者在康复训练中时间和能量消耗，对下肢康复训练建立一种新的训练模式。利用运算速率高、抗干扰功能强大和便于控制的使用西门子S7‐200 型号的plc，通过编程，结合下肢残肢康复训练实际临床理论，达到自动控制理论和下肢康复训练之间的完美结合。该康复训练器运用自动控制原理可以成功的实现对髋关节部分肌肉的锻炼，精准的控制下肢康复训练的载荷，实现对髋关节肌肉康复训练系统的训练方案的进一步探索。
引言
由于各方面原因，近些年来我国新增了众多截肢患者，绝大多数的截肢患者需要装配假肢。截肢患者安装假肢效果不仅与假肢产品的质量、性能有关，而且与残肢状况关系密切。许多下肢截肢患者由于残肢长时间得不到锻炼，残肢关节活动度和肌力明显不足，穿戴假肢的效果极差。患者截肢后只有残肢的运动功能得到最大的恢复，才能较好的穿戴假肢。市场上多数的康复器材多为机械式，负重不均衡，而且不能根据性别年龄的不同作出相应的区别。
残疾人下肢康复训练系统是实行站立式训练方式，进行运动功能恢复训练和大腿肌肉锻炼。能够精准的计算出锻炼的时间和能量消耗，并显示出来，针对性别和年龄的不同，可以选择不同的训练模式，并且根据具体需要可以设定力矩大小、锻炼时间等参数。
总体方案
残疾人下肢康复训练系统主要由机械部分和电气控制部分组成。在机械部分中，磁粉制动器固定在可调节高度的支架上,磁粉制动器输出端同轴连接残肢端固定锁套(用于固定膝关节以上残肢)。康复者可以通过触摸屏调节好磁粉制动器的力矩大小，使残肢做左右往复或者前后往复的肌肉锻炼。
髋关节康复训练器的控制核心芯片采用Siemens公司的S7-200PLC，它作为西门子SIMATIC PLC 家族中的最小成员，以其超小体积，灵活的配置，强大的内置功能取指周期短，又可预取指令，实现流水作业，应用范围十分广泛。
髋关节康复训练器采用的PB-2.5 型磁粉制动器，外带轴联接止口支撑。由于磁粉制动器的输出转矩与激磁电流成线性关系，所以控制磁粉制动器恒流驱动电路的电流就可以控制输出转矩大小。
磁粉制动器的控制采用Siemens 公司的S7-200PLC 端口输出PWM 脉冲信号，通过输出不同占空比的周期性方波，对恒流控制电路进行调制，从而控制输出电流变化，改变磁粉制动器的转矩输出。闭环控制系统的原理框图如图1 所示。
电路拓扑
髋关节训练器采用的信捷T760-T 全彩色触摸屏，7 英寸宽屏显示， 256 色TFT真彩，480*234 像素，本身带4MB FlashROM，4KB SRAM 具备数据显示、数据监控、报警、配方等基本功能支持多种主流PLC。电气控制由触摸屏的M0.0 和VB0 口控制。控制面板设计有四个控制按键输入(K1—K4)，连接Q0.0，Q0.1 ，Q0.2， Q0.3 端口，分别实现“选择”“力矩档位增加”“力矩档位减小”“确定”的功能。
驱动信号输出由Siemens 公司的S7-200PLC 提供。控制系统设计有反馈电路，通过电感线圈采集磁粉制动器中的电流的大小，进而把磁粉制动器反馈到PLC 电流信号转换为电压信号，反馈给PLC，据此来控制单片机的PWM 驱动信号的占空比。Siemens公司的S7-200PLC 将PWM 信号送至
