脊柱能够支撑躯干、保护内脏器官和脊髓,对人体的运动系统有着不可替代的作用。近年来,脊柱疾病的发病率逐年上升。有97%的中老年人患有不同程度的脊柱疾病,40岁以下的人群中,脊柱疾病患者占40%,并呈年轻化发展趋势,据中国儿童活动中心数据显示,中国青少年中有20%患有轻度脊柱疾病。现代康复医学中,运动疗法是一种有效地治疗方式。针对脊柱疾病的康复治疗,采用爬行姿势的康复训练可以促进脊柱生理曲度的恢复,调节脊椎间隙,缓解椎间盘压力等,治疗和改善脊柱疾病。本文设计并开发了一种基于自动化定量分析的康复理念,用于多模态爬行训练的脊柱康复训练运动控制系统,能对脊柱疾病患者进行精确有效的康复治疗。该运动控制系统由机械执行部件、硬件控制电路和软件系统所组成。对于机械执行部件,本文设计了可旋转床体、上肢和下肢爬行辅助支撑机构、腹部支撑减重机构等部件,包括参与运动的机械机构、驱动电机安装和传动机构。硬件控制电路设计了运动控制卡及其外围电路输出脉冲、使能、方向等信号,控制爬行运动训练和脊柱侧弯矫正训练的驱动电机;设计单片机及其外围电路输出模拟脉冲和PWM信号,分别控制腹部支撑调节步进电机的运动以及爬行运动训练的速度;设计由数据采集卡、光栅尺和角度传感器组成的数据采集电路,采集运动过程中的状态数据,反馈控制训练运动。软件系统分为嵌入式编程和上位机软件开发,嵌入式编程使用keil开发平台针对单片机硬件进行编程,使其输出所需的脉冲信号和PWM信号。上位机软件采用Visual Studio 2015开发,在Windows操作系统下运行,包括运动控制类库和人机交互界面,运动控制类库以DLL的形式将运动控制和数据采集处理的指令封装起来,通过串口和PCI总线与硬件电路系统进行交互,实现设计的训练运动;人机交互界面则作为操控终端,通过调用运动控制类库,实现功能的控制和运动状态的显示。本文设计开发的脊柱康复训练运动控制系统克服了现有爬行训练设备无法进行减重和被动训练,无法评估反馈康复训练的局限性,具有主动训练和被动训练两种模式,可实现水平爬行、上坡爬行、下坡爬行三种姿态,具有双侧同步爬行和双侧交替爬行两种爬行方式,并增加了反馈机制,能任意设置训练的时间和强度,同时还具有有脊柱侧弯矫正训练功能。经过可靠性测试,组内相关系数均大于0.75,具有很好的可靠性,可为脊柱疾病患者提供安全有效的康复训练。