基于SolidWorks的下肢康復(fù)器設(shè)計(jì)研究

王瑞雯 姜方昆 林政輝 任若楠 張旭 祝守新 王佳倫

摘 要：本文介紹了一種解決癱瘓患者下肢恢復(fù)的康復(fù)器械，可為下肢癱瘓或行動(dòng)困難的患者恢復(fù)行走甚至奔跑，借助SolidWorks設(shè)計(jì)出一種下肢康復(fù)器，患者可自行鍛煉下肢運(yùn)動(dòng)，做下肢抬升、屈伸等運(yùn)動(dòng)，幫助患者恢復(fù)下肢健康，為患者及其家人提供便利。

關(guān)鍵詞：下肢；康復(fù)；SolidWorks

堅(jiān)持下肢鍛煉是下肢癱瘓患者夢(mèng)寐以求恢復(fù)下肢健康的好辦法，[1]然而國(guó)內(nèi)外康復(fù)器發(fā)展懸殊、售價(jià)差異，使大多患者無力購買先進(jìn)的下肢康復(fù)器，[2]廉價(jià)的康復(fù)器又無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)鍛煉的功能甚至有害患者下肢康復(fù)。[3]故設(shè)計(jì)出一種多功能、低成本、自動(dòng)化的下肢康復(fù)器已迫在眉睫。

1 設(shè)計(jì)思路

此裝置使用SolidWorks軟件設(shè)計(jì)，利用該軟件具有真實(shí)、立體和精確的優(yōu)勢(shì)，確立運(yùn)動(dòng)方案，進(jìn)行架構(gòu)與部件設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)組裝、部件修改和仿真校核，最終形成可實(shí)現(xiàn)的方案（三維效果圖）。此外加入電機(jī)等驅(qū)動(dòng)裝置，利用STM32單片機(jī)控制康復(fù)器驅(qū)動(dòng)，達(dá)到幫助患者自行進(jìn)行下肢康復(fù)訓(xùn)練的目的。

2 設(shè)計(jì)步驟

下肢康復(fù)器根據(jù)患者康復(fù)需求按功能來分類設(shè)計(jì)，分下肢屈伸、下肢抬升、足踝擺動(dòng)和下肢旋轉(zhuǎn)四部分，然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)配合，盡可能節(jié)約空間設(shè)計(jì)適合結(jié)構(gòu)配合的框架，將各部分配合其內(nèi)，裝置裝配完后可進(jìn)行零件修改，然后仿真試驗(yàn)裝置可運(yùn)行性，排除干涉等問題，最終完成康復(fù)器的設(shè)計(jì)。

2.1 下肢屈伸設(shè)計(jì)

該設(shè)計(jì)以驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)和執(zhí)行三步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)。驅(qū)動(dòng)部分采用兩對(duì)稱布置的電機(jī)安裝在此部分的兩側(cè)，利用STM32單片機(jī)同時(shí)同步控制兩電機(jī)的轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速等。傳動(dòng)部分根據(jù)曲柄原理設(shè)計(jì)，電機(jī)帶動(dòng)曲柄作圓周轉(zhuǎn)動(dòng)，曲柄通過桿件轉(zhuǎn)動(dòng)配合使連桿擺動(dòng)，連桿連接執(zhí)行部分的下肢板塊在管軌道上前后移動(dòng)。

2.2 足踝擺動(dòng)和下肢旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)

足踝擺動(dòng)利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)凸輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)腳板作上下擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。下肢旋轉(zhuǎn)是在足踝擺動(dòng)和下肢屈伸的同時(shí)設(shè)計(jì)的，以氣缸輔助推動(dòng)電機(jī)使電機(jī)前軸端的錐齒輪和另一錐齒輪嚙合，電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩嚙合錐齒輪旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，直桿鉸接于轉(zhuǎn)盤和腳板上，達(dá)到腳板等左右移動(dòng)，加之下肢屈伸運(yùn)動(dòng)，使患者下肢作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

2.3 下肢抬升設(shè)計(jì)

下肢抬升設(shè)計(jì)如圖1底部，電機(jī)帶動(dòng)絲桿旋轉(zhuǎn)，螺紋塊在絲桿上來回運(yùn)動(dòng)，使傳動(dòng)X桿變形，X桿上升或下降使執(zhí)行平板上升或下降。

3 結(jié)論

本文用SolidWorks軟件設(shè)計(jì)的該下肢康復(fù)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能齊全、造價(jià)低廉，用于下肢癱瘓患者的下肢康復(fù)訓(xùn)練，操作簡(jiǎn)單且實(shí)用，是下肢康復(fù)訓(xùn)練的一種良好輔助工具。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫超.推拿對(duì)膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎兔髕韌帶、關(guān)節(jié)軟骨作用效應(yīng)的研究[D].北京中醫(yī)大學(xué)，2006.

[2]孫慧峰，李坤.推動(dòng)我國(guó)醫(yī)療康復(fù)加快發(fā)展的建議[J].殘疾人研究，2016（03）：12-13.

[3]高定剛，馬昕，戴志杰，等.下肢康復(fù)器設(shè)計(jì)與分析[J].中國(guó)醫(yī)療器械信息，2018，24（07）：19-21.

作者簡(jiǎn)介：王瑞雯（1995-），女，本科，研究方向?yàn)殡娮有畔⒐こ獭?/p>