坐立转换及行走辅助装置设计研究

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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不仅加速了肌力衰退。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,本论文对坐立转换及行走辅助装置进行设计研究,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。为了让用户在使用坐立转换及行走辅助装置进行坐立转换时能充分发挥上肢力量,达到更好的训练效果,首先招募了26名健康成年受试者进行坐立转换实验,探究在坐立转换过程中使用不同的扶手高度和增加膝关节支撑对人体运动学和动力学参数的影响;其次,根据实验结果提出了一种三自由度的躯干前侧支撑机构,对机构进行了运动学分析;之后,结合人机工程学理论和人体测量学数据,确定了机构尺寸;根据坐立转换及行走辅助装置的主要功能进行了结构设计,提出了一种扶手高度可调、膝关节支撑可拆卸的装置结构;利用Creo建立了坐立转换及行走辅助装置的三维模型,对其主体结构进行了有限元静力学分析,确定了装置的零部件尺寸;最后,对坐立转换及行走辅助装置的整体造型与细节进行设计,提出了三种符合使用环境的配色方案。本论文的坐立转换实验结果表明,在坐立转换时扶手高度升高,地面反作用力参数减小,最大躯干前倾角度也减小;在坐立转换过程中同时使用扶手和膝关节支撑与只使用扶手相比,可以让使用者更好地发挥上肢肌肉力量。基于此,设计了坐立转换及行走辅助装置,该装置的设计以实验研究为基础,结合了人机工程学理论,通过静力学分析对装置的安全性进行验证。该辅助装置可以让下肢障碍患者完成日常的坐立转换康复训练和行走康复训练,配合扶手的高度可调功能,可以让使用者发挥自身的上肢力量,提高康复训练的效果。
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