AD ALTA 

 

JOURNAL OF INTERDISCIPLINARY RESEARCH

 

 

 

DECOMPOSITION OF DRIVING SYSTEMS SPECIFIED FOR REHABILITATION MACHINES 
 
 

a

DANIELA HARACHOVÁ 

 
The Technical University of Košice, Faculty of Mechanical 
Engineering, Department of Machine Design, of automotive and 
traffic engineering; Letná 9, 040 01 Košice, Slovakia 
email: 

a 

Daniela.Harachova@tuke.sk. 

 

VEGA 1/0198/15, Innovative approach to processing driving units and construction of 
transportation and handling facilities, with a view to reducing emissions and increasing 
level of technical reliability.  
 
 
Abstract: The rehabilitation engineering deals with a proposal and design of 
mechanical devices that are helpful to disabled persons during individual phases of the 
rehabilitation process. The main task of the mechanical support, which is specified for 
the motoric rehabilitation, is measuring and evaluation of the physical status of the 
rehabilitants with regard to objective determination of the diagnosis, selection of the 
suitable therapy and performing of controlled manipulation with the treated motional 
segment of human body in order to improve physical abilities of the rehabilitant. The 
assistance devices are using specific driving systems designed for increasing of the 
loading forces, for keeping of constant speeds and for positioning of patient. An 
important part of the driving system is the gearing mechanism. This article describes 
gearing systems applied in design of the rehabilitation machines. 
 
Keywords: Rehabilitation, system drive, backlash-free movement. 
 

 
1. Introduction 
 
Threat of very serious illnesses that require demanding 
diagnostics and therapy is always actual in spite of the technical 
and medical progress reached during development of a mankind.  
The rehabilitation engineering is a biomedical branch of science, 
which integrates and applies knowledge obtained from the 
various scientific disciplines, namely from the medical and 
technical sciences. The main task of the rehabilitation 
engineering consists in design proposal of special mechanical 
systems determined for disabled persons and applied during the 
individual periods of the rehabilitation process. The driving 
system is an integrated part of every rehabilitation machine. 

2.  Drives of rehabilitation machines 
 
Process of development in the rehabilitation area is very dynamic 
also thanks to a progress, which was made within the framework 
of the robotic equipment design. Architecture of apparatuses 
designed for motoric rehabilitation can be characterised by the 
specific constructional features taking into consideration the 
anthropometrical, biomechanical and medical aspects, as well as 
by the safety aspects relating to the man-machine interaction. 
The rehabilitation equipment can be divided according to the 
rehabilitated parts of the human body. There are applied special 
individual rehabilitation devices intended for rehabilitation of the 
following human body parts: 
 


 

head and neck,  



 

vertebra,  



 

upper limbs,  



 

lower limbs.  
 

Another possible classification of the rehabilitation equipment is 
according to the kind of loading or loading forces acting against 
the patient's body during application of the given rehabilitation 
equipment, i.e.: 
 


 

rehabilitation devices with loading, 



 

rehabilitation devices without loading (suitable for the 
patients just after surgery) 



 

combined rehabilitation devices. 
 

Design solutions of the rehabilitation machines are as follows: 
 


 

pedestal-type, 



 

bed-type, 



 

multifunctional. 
 

The mechanically supported motoric rehabilitation allows 
measuring and evaluation of the rehabilitant's physical status 
with regard to objective determination of the diagnosis, selection 
of the suitable therapy and possibility to perform controlled 
manipulation with the treated motional segment in order to 
improve physical abilities of the rehabilitant. The rehabilitation 
supporting devices are equipped with various driving systems 
intended for increasing of the loading level, for keeping of 
constant speeds and for positioning of patient. 
 

 

Fig. 1 Rehabilitation equipment 

2.  Simulation of situation 
 
The gearing mechanism is an important constructional part for 
each of the driving systems. There are applied in the medical 
machines the high-precise gears, whereas they are usually 
analysed with regard to their constructional adaptability, 
dimensions and own mass reduction. 
 
Backlash-free mechanisms belong into the group of high-precise 
gears. These gears are produced at a very high precision level of the 
functional surfaces. The value of the applied accuracy tolerances is 
approx. 

1μm using the pre-stressed assembly and minimal internal 

friction among the rolling bodies. It is possible in this way to reduce 
heat generation in the gearbox and consequently there is also reduced 
dilatation of the internal elements with a positive influence on the 
gearbox operation accuracy. 
 
 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fig. 2 Drive system - block diagram of hierarchical ties for 

therapeutic tools 

 

SYSTEM  DRIVE 

 

MECHANICAL PART 

MANAGEMENT PART 

TRENSMISSION   SYSTEMS 

REVERSE MOVEMENT 

BECKLASH-FREE MOVEMENT 

VIBRATION 

MECHANICAL ADAPTER 

POSITIONG SYSTEMS 

STANDARD SIGMALS 

LAD 
UNIVERSALITY 
USE 

AN ARCHITECTURA 

USING THE  
PRINCIPLES OF 
MINIATURIZATION 

 

SELECT 
MATERIALS 

- 271 -