可穿戴式步行輔助兼康復(fù)訓(xùn)練機(jī)械腿設(shè)計(jì)

沈 野，郭 強(qiáng)，卜召平，張佳朋，王鳳林

（齊齊哈爾大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

市場(chǎng)上康復(fù)效果明顯的醫(yī)療器械往往價(jià)格高昂，而價(jià)格適中的產(chǎn)品功能單一，此項(xiàng)設(shè)計(jì)采用價(jià)格適中，強(qiáng)度符合使用要求的空心鋼管作為產(chǎn)品的主體材料，采用能夠準(zhǔn)確執(zhí)行指令，工作響應(yīng)速度快，對(duì)負(fù)載變化敏感，而價(jià)格卻低廉的電氣作為驅(qū)動(dòng)方式，價(jià)格上也能夠符合百姓需求。

1 步行輔助兼康復(fù)訓(xùn)練機(jī)械腿工作原理

產(chǎn)品以電作為驅(qū)動(dòng)，位于腿臂前側(cè)并與膝蓋四桿機(jī)構(gòu)前桿相連接的為前電動(dòng)缸，作用為直接控制小腿腿臂的運(yùn)動(dòng)，位于腿臂后側(cè)并與大腿腿臂相連的為后電動(dòng)缸，作用為直接控制大腿腿臂的運(yùn)動(dòng)，根據(jù)人體行走時(shí)單側(cè)腿的運(yùn)動(dòng)情況，將一個(gè)運(yùn)動(dòng)單元?jiǎng)澐譃樘入A段和落腿階段，完成一個(gè)完整的運(yùn)動(dòng)周期。

圖1 可穿戴式步行輔助兼康復(fù)訓(xùn)練機(jī)械腿

2 步行輔助兼康復(fù)訓(xùn)練機(jī)械腿各部分結(jié)構(gòu)

產(chǎn)品放置于使用者腰部和癱瘓腿的側(cè)翼，以金屬支架配合綁帶固定，既達(dá)到了穩(wěn)固性的要求，又能做到佩戴舒適，穿戴方便。雙腿跨距角度的設(shè)定根據(jù)人體筆直站立、正常站姿和“大”字型站立，設(shè)有0°、30°、45°三種卡位，如圖2所示。

圖2 跨距切換裝置

考慮到髖、膝、踝關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度有范圍限制，在髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)處放置有限位塊，故采用了設(shè)計(jì)難度相對(duì)較大的四桿機(jī)構(gòu)，如圖3、圖4 所示。大小腿腿臂及連接腰部支架通過位于對(duì)應(yīng)位置的調(diào)節(jié)板來調(diào)節(jié)以適應(yīng)不同身高、不同身材的使用者，如圖5、圖6 所示。

圖3 髖關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)限位裝置 圖4 膝蓋四桿機(jī)構(gòu)

圖5 腰部、小腿腿臂折疊位

圖6 腰部、大、小腿腿臂調(diào)節(jié)

3 結(jié) 語

可穿戴式步行輔助兼康復(fù)訓(xùn)練機(jī)械腿是一種外骨骼助力裝置，穿戴在使用者下肢的外部，模仿人體下肢的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、行走行為方式，對(duì)使用者起到支撐、保護(hù)、行走助力的作用。整個(gè)器械包括可穿戴在人體上的機(jī)械系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，它們組成了一個(gè)可以輔助行走的完備系統(tǒng)。功能上能夠?qū)崿F(xiàn)輔助行走和進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。醫(yī)學(xué)理論和臨床醫(yī)學(xué)證明，此項(xiàng)設(shè)計(jì)主要為偏癱患者以及存在下肢行動(dòng)障礙的人群提供一種能夠輔助行走和進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練的普適性強(qiáng)、性價(jià)比高的步行輔助器械。