【摘 要】
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我国人口老龄化趋势的发展和残疾人群的增加已经成为日趋严重的社会问题。老年人口普遍出现身体机能下降,日常行动不便,对于下肢肌力不足的老年人和下肢运动障碍的残疾人群,坐立转换是日常生活中具有挑战性的运动,长期陷入轮椅生活或卧床生活加速了肌力衰退。定期的坐立转换训练和站立活动能在一定程度上延缓身体机能的衰退,也能增强患者的自信心。因此,本论文对转移辅具进行设计研究,旨在帮助目标人群完成坐立转换运动和后期
【基金项目】
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天津市自然科学基金项目(19JCZDJC33200);
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我国人口老龄化趋势的发展和残疾人群的增加已经成为日趋严重的社会问题。老年人口普遍出现身体机能下降,日常行动不便,对于下肢肌力不足的老年人和下肢运动障碍的残疾人群,坐立转换是日常生活中具有挑战性的运动,长期陷入轮椅生活或卧床生活加速了肌力衰退。定期的坐立转换训练和站立活动能在一定程度上延缓身体机能的衰退,也能增强患者的自信心。因此,本论文对转移辅具进行设计研究,旨在帮助目标人群完成坐立转换运动和后期的行走康复训练,从而减轻护理人员的工作压力。本论文随机招募了30名健康成年受试者,探讨了在膝关节支撑的情况下扶手和脚的前后位置对坐立转换运动学和动力学的影响,以及运动姿态和稳定性之间的关系。为了使转移辅具的运动符合人体自然的运动规律,提出了一种两自由度运动机构,通过机构的正、逆运动学分析,得到了机构尺寸参数和运动姿态,并进行了机构末端执行器轨迹规划。在机构设计基础上,进行了人机工程学分析,设计了符合人机工程学的转移辅具。进行了转移辅具动力学分析,研究了人机耦合运动机理,获得了人机耦合运动规律。计算了线性驱动器推力,并选择了线性驱动器的型号和推力。在结构设计的基础上,进行了转移辅具的外观造型设计。为转移辅具选择了合适的材质,进行了整体造型,提出了三种配色方案。最后,针对不同身体状况、不同需求的使用者,设计了无约束训练、有约束训练和全程辅助训练的康复指导功能模块,建立了康复训练指导系统的IDEF0模型,设计了康复训练指导系统用户界面。实验结果表明,脚离座椅越近,髋关节的峰值力矩越小,踝、膝关节的峰值力矩越大。远扶手时躯干前倾角较大,下肢关节总力矩冲量较小,躯干前倾角越大越有利于身体的稳定,因而远扶手有利于坐立转换运动的完成。基于坐立转换实验结果设计了转移辅具,该转移辅具运动机构能够使末端执行器走出符合人体运动规律的坐到站轨迹。根据人机耦合运动规律选择的线性驱动器能够满足坐到站的运动需求。所设计的康复训练指导系统可以对不同身体情况的用户进行坐到站康复训练指导,使用户在坐到站过程中的姿势、动作符合人体坐到站运动规律。
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