可穿戴式步行輔助兼康復(fù)訓(xùn)練機(jī)械腿設(shè)計

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）

市場上康復(fù)效果明顯的醫(yī)療器械往往價格高昂，而價格適中的產(chǎn)品功能單一，此項設(shè)計采用價格適中，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，對負(fù)載變化敏感，而價格卻低廉的電氣作為驅(qū)動方式，價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，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缸，作用為直接控制小腿腿臂的運動，位于腿臂后側(cè)并與大腿腿臂相連的為后電動缸，作用為直接控制大腿腿臂的運動，根據(jù)人體行走時單側(cè)腿的運動情況，將一個運動單元劃分為抬腿階段和落腿階段，完成一個完整的運動周期。

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)計難度相對較大的四桿機(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、行走行為方式，對使用者起到支撐、保護(hù)、行走助力的作用。整個器械包括可穿戴在人體上的機(jī)械系統(tǒng)、動力系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，它們組成了一個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，此項設(shè)計主要為偏癱患者以及存在下肢行動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)、性價比高的步行輔助器械。