脊髓损伤是一种常见的疾病,在造成患者肢体感觉、运动功能障碍等生理损伤的同时,还给患者家庭和社会带来了沉重的负担。临床实验证实,减重与脊髓硬膜外电刺激相结合的新疗法具有提高不完全脊髓损伤患者康复后行走能力的功能,但其神经机制尚不明确,必须通过动物实验进行研究。本文旨在研制一种多功能动物减重训练跑台,为减重及其组合疗法的神经机制研究提供先进的动物实验手段。本文首先根据脊髓损伤动物实验的需求设计了跑台的性能指标和机械结构,跑台的机械结构包括跑步机、减重支持装置和康复机械手,跑步机速度在0~25cm/s范围内连续可调,减重支持装置改变实验动物的后肢负重,减重范围为大鼠体重的0%~100%,康复机械手不仅辅助动物后肢完成训练任务,而且记录后肢的运动轨迹,用于定量评价其运动功能。在此基础上,本文完成了跑台的控制系统设计,系统以C8051F020单片机为主控芯片,采用拉力传感器和角度传感器,实现跑步机和康复机械手的闭环控制,提高了控制精度和可靠性,有效控制减重支持重量,良好的人机接口为实验员提供方便可靠的操作方式。硬件部分主要包括主控模块、信号采集处理模块和电机驱动模块,各个模块的供电由电源模块提供。利用Silicon Laboratories IDE开发环境对系统进行了软件设计与调试,实现数据采集、电机驱动、控制输出、人机交互和通信等功能。然后本文以机械结构中精细复杂的康复机械手为对象,在运动学分析和基于Matlab运动学仿真的基础上,研究了其控制算法。最后,本文进行了动物实验研究。初步实验结果表明,该跑台既可对健康大鼠进行不同强度运动训练,又可为具有后肢运动功能障碍的不完全脊髓损伤大鼠提供减重支持,同时康复机械手还能辅助处于脊髓损伤急性期运动意识较弱的大鼠完成减重跑台训练。