一種具有輔助站立功能的下肢按摩輪椅創(chuàng)新性設計

一種具有輔助站立功能的下肢按摩輪椅創(chuàng)新性設計摘要：針對當前下肢殘疾患者眾多而理療師與新型康復設備短缺的狀況，設計出可多關節(jié)按摩、輔助站立式康復輪椅。該輪椅包括一個靠背角度可以自動調(diào)節(jié)的輪椅和兩組可以進行腿部按摩的機械裝置構成，可適應不同身高和胖瘦的患者。本文詳細介紹了該輪椅的結構和功能，以及各個部分的驅(qū)動方式，還介紹了對于使用者的安全保護措施。最后建立人機交互模型，對輪椅的結構及運動學進行理論分析，并結合臨床醫(yī)學理論數(shù)據(jù)對仿真結果進行驗證。關鍵詞：下肢障礙者；輔助醫(yī)療器械；按摩；輔助站立；運動學分析一、 刖言我國人口老齡化問題的加劇使得助老助殘問題成為一個重大的社會問題，助老助殘事業(yè)和新型康復輔具研究也面臨著前所未有的壓力。隨著我國人口老齡化、高齡化比例和程度不斷增長，老年人的慢性疾病患病率也大幅增加，慢性疾病尤其是心腦血管疾病患病率增高，中風現(xiàn)象普遍增多，導致下肢癱瘓老人群體規(guī)模不斷擴大。由于發(fā)病部位的神經(jīng)組織受到一定程度的損害，使患者在心腦血管病治愈后表現(xiàn)出不同程度的肢體癱瘓，即肢體正常運動功能障礙，其中偏癱患者占較大比重?；颊叱霈F(xiàn)肢體癱瘓，情緒也會產(chǎn)生波動，且其他疾病也會接踵而至，使康復難度大幅提高。然而，我國人口的加速老齡化和心腦血管疾病多發(fā)的背后隱藏著一個巨大的市場，即老年市場。高齡老年人，尤其是行動不便的下肢癱瘓老人，自我照料能力差，需要醫(yī)務人員輔助護理，而護理勞動強度較大，費用較高，給家庭帶來沉重的經(jīng)濟壓力和心理負擔，所以下肢癱瘓老人的護理條件急需改善，輔助醫(yī)療設施需要完善。二、 機械設計本方案設計的按摩輪椅主要包括對稱安裝的左、右兩個小腿按摩裝置、一個位于座椅的大腿按摩裝置、一個輔助站立支撐機構、一個觸摸顯示屏和一個"靠背〃角度可自動調(diào)節(jié)的座椅以及多個測量、控制元器件，該按摩輪椅可以通過按摩輪循環(huán)刺激人體腿部肌肉。還可以設置多種按摩模式。同時本套按摩輪椅可以實現(xiàn)輪椅的站姿、躺姿、坐姿之間的變形和固定以及多角度躺姿的調(diào)節(jié)與固定。3.1小腿按摩裝置設計由于按摩輪椅用于按摩小腿的機構左右對稱，所以下面只對單側結構進行詳細介紹。兩個小腿按摩裝置固定在輪椅活動底座上，左右兩側的小腿按摩裝置由旋向相反的滾珠絲杠連接，在電動機的驅(qū)動下，可以實現(xiàn)整個機械腿的左右移動，以調(diào)節(jié)兩機械腿的間距使其適應胖瘦不同的患者。小腿按摩裝置結構簡，電動機通過減速器輸出對一組錐齒輪進行驅(qū)動，在錐齒輪所在軸上裝配有三個曲柄滑塊機構，每個曲柄滑塊機構上都裝有一個可自由轉(zhuǎn)動的按摩滾輪，通過按摩滾輪在小腿外側、內(nèi)側的直線滾動按摩，可以實現(xiàn)對使用者腿部大部分肌肉的按摩和放松。同時設置安全限位機構，限位銷與急停開關構成機械限位結構。一旦機器發(fā)生故障導致其旋轉(zhuǎn)角度超出了設定運動范圍或者按摩滾輪運行異常，則限位銷先碰觸行程開關控制電動機斷電，迫使運動停止，以保護患者的腿部的絕對安全，避免二次損傷。3.2大腿按摩裝置設計大腿按摩裝置由一個步進電機、一個電機支撐板、一個直齒輪、一個帶突出軸及齒輪的圓盤、一套錐齒輪傳動機構、一對齒條機構以及兩個按摩輪構成。當開啟腿部按摩時，電機開始通過齒輪減速機構對帶突出軸的圓盤進行驅(qū)動，突出軸轉(zhuǎn)動時會同時驅(qū)動兩側的缺齒齒輪運動，兩側的缺齒齒輪會驅(qū)動齒條進行直線運動，最后按摩輪與齒條進行鉸接，可以實現(xiàn)對人大腿的大部分面積的滾動按摩。3.3輔助站立機構設計本套機構可以實現(xiàn)輪椅的站姿、躺姿、坐姿之間的變形和固定以及多角度躺姿的調(diào)節(jié)與固定。實現(xiàn)站立起身時，13躺姿絲杠機構固定，11站立滑塊在絲杠的帶動下沿絲杠向前方移動，帶動9站立連桿運動，進而推動5坐板繞與12機架所鏈接的軸轉(zhuǎn)動；同時13躺姿絲杠自鎖以致8躺姿動力連桿鎖定，進而使7轉(zhuǎn)動連桿鎖定，此時5坐板、6移動連桿、7轉(zhuǎn)動連桿以及1靠背組成雙搖桿機構，7轉(zhuǎn)動連桿為機架桿，連桿6拉動靠背繞靠背與坐板的鉸接軸轉(zhuǎn)動，最終實現(xiàn)站姿。站立實現(xiàn)過程中，10站立絲杠機構自鎖，使裝置不會坍塌。站姿實現(xiàn)后，10站立絲杠機構自鎖，1靠背上一桿彈出插入4靠背固定板弧形部分最后一個圓孔達到支撐效果。復位時同理，只需11站立滑塊向后移動即可，不再贅述。3.4腿部長度調(diào)節(jié)裝置設計圖1腿部長度調(diào)節(jié)裝置裝配圖腿部長度調(diào)節(jié)裝置由電機-聯(lián)軸器-軸承座-絲杠-T型螺母-螺母座-軸套構成，電機與軸承座通過螺釘固定在左側小腿按摩裝置上，T型螺母通過螺母座與右側小腿按摩裝置連接。當需要調(diào)節(jié)長度時，電機可以驅(qū)動T型螺母帶動右側小腿進行移動，以滿足不同體型人群的需求。3.5按摩輪椅減震設計考慮到本方案設計的按摩輪椅用戶多為下肢殘疾患者，所以輪椅設計需要有很好的減震性能，保證輪椅在運行過程中的震動、波動都在允許的安全范圍內(nèi)，不會對人體造成二次傷害。為大腿按摩裝置的減震彈簧及安裝位置設計，當按摩大腿的缺齒齒輪-齒條機構運行時，需要保證齒輪齒條機構的穩(wěn)定性與行程可靠性。為此在相對的兩個齒輪齒條機構之間連接有兩個線徑1.2以上的減震彈簧，可在很大程度上緩解齒輪齒條機構的機械振動與對患者可能造成的傷害。為整套按摩輪椅的減震器，在輪椅地盤與座椅支撐板之間裝配有兩套線性減震器，可以在很大程度上減輕按摩器及輔助站立機構在運行過程中產(chǎn)生的震動，同時也可以減輕輪椅在坑洼地區(qū)移動時產(chǎn)生的震動。3.6按摩輪椅安全性設計控制開關裝配在用戶右手的扶手上，用戶可以自行控制按摩器按摩的時間、力度及位置，也可以控制輔助站立機構幫助用戶進行站立。同時當用戶感受到機器運行異常對身體造成不適感的時候，用戶可以按下急停開關控制電機停止運行，則此時由縮進機構控制按摩輪椅停在安全位置。四、 結束語本方案設計了一種具有輔助站立功能的下肢按摩輪椅，該按摩輪椅可以通過按摩輪循環(huán)刺激人體腿部肌肉，還可以設置多種按摩模式。同時本套按摩輪椅可以實現(xiàn)輪椅的站姿、躺姿、坐姿之間的變形和固定以及多角度躺姿的調(diào)節(jié)與固定。最后建立人機交互模型，對輪椅的結構及運動學進行理論分析，仿真結果表面，本方案設計的按摩輪椅結構精巧，設計合理，具有一定的應用價值，但其醫(yī)療效果需