下肢體康復器機構創新設計

馮光林，邵萬珍

（1.順德職業技術學院機電工程系，廣東 佛山 528300；2.大連交通大學機械工程學院，遼寧 116028）

0 引言

目前，國內的肢體康復醫療事業還處于起步階段。由于技術、經濟狀況等原因的制約，發展較為遲緩。國內的康復器械大多自動化程度較低，需要在人的協助下才能進行肢體康復訓練，給病人和家屬帶來巨大的身心壓力和經濟負擔。

而隨著社會的發展進步，人民的物質文化生活日益豐富。同時也因為脂肪攝入量超標等原因引發了腦血栓、腦出血等心腦血管系統疾病，還有因為交通事故、手術損傷等造成的肢體功能暫時喪失，越來越多的患者需要接受肢體康復治療。

1 總體設計思路

設計一種肢體康復器，包括床架和床板，床架上裝有電氣與液壓控制箱、電控開關，鉸接液壓缸系統及其活塞支桿；床板的正面裝有扶手和腰帶，其背面與液壓缸系統的活塞支桿鉸接，床架與床板則通過翻轉軸活動連接。床板背面還裝有仿形臂的上肢固定機構和仿軀干的下肢運動機構。

如圖1所示，仿形臂的上肢固定裝置通過豎向螺母鑲嵌在床板滑道槽中并與絲杠配合形成螺旋副，由固定在床板上的徑向球軸承與止推錐軸承支撐絲杠，承受人體的部分重量。

階梯橫軸上套裝墊片、上肢支架，用橫向螺母壓緊，上肢支架伸出在床板的正面，支撐在人體的腋下。通過調節墊片的左右分配數量，可根據人體的寬度對上肢支架進行左右調節；階梯橫軸的兩端則分別與豎向螺母鍵連接。通過旋轉絲杠上的手輪，可根據人體高度階梯橫軸帶動上肢支架進行上下調節。

仿軀干的下肢運動機構通過三孔支座固定在床板上。如圖1、2所示，仿形腿由對稱平行布置的大腿、小腿與腳踏板上下鉸接而成，平行的大腿、小腿的鉸接處用平行連桿鉸接加固。仿形腿上端通過關節軸承與固定在三孔支座內的支撐軸形成轉動副。腳踏板又與帶齒條的提桿下端鉸接，帶齒條的提桿中上部開有長槽，長槽的一側加工成齒條。安裝在床板上的步進電機驅動與齒條相嚙合的齒條驅動齒輪，帶動提桿上下移動；另一安裝在床板上的步進電機驅動與帶撥動銷扇形齒輪嚙合的扇形齒輪驅動齒輪，扇形齒輪上帶有的撥動銷，插在提桿長槽中，撥動提桿前后擺動。

圖1 下肢體康復器機構運動簡圖

圖2 下肢體局部機構運動簡圖左視圖

通過提桿的上下運動與前后擺動的復合運動，可實現模仿人的步行運動。下肢體康復器的下肢，由調整步進電機的控制程序，調節抬腿高度和步行幅度。調節方便且精度高。

與現有技術相比較該下肢體康復機構的優點是顯而易見的，主要表現在結構簡單，操作簡捷，使用方便，解決了由患者自助康復的問題，適合在肢體康復專科醫院或家庭大量使用。

2 設計方案的確定及描述

2.1 下肢體康復器訓練準備過程

下肢體康復器的結構簡圖如圖3、4所示。對于重病患者，首先將其從普通病床上平移至下肢體康復器平放的床板5上，推到訓練地點，將床架1固定在地面。旋松橫向螺母16，將上肢支架7伸出，調整上肢支架7兩側墊片17數量，調整左右上肢支架7距離至合適人體寬度，扭緊橫向螺母16，將伸出的上肢支架7插入患者的腋下；通過轉動手輪19，將鎖緊平放在床板5下部伸直了的仿形下肢的腳踏板8調整到觸到患者腳的位置；將安全帶6系在患者的腹部，以保證患者在接受康復訓練的過程中始終被固定在床板5上，保證在康復訓練中的安全。

圖3 下肢體康復器的結構簡圖主視圖

圖4 下肢體康復器的結構簡圖左視圖

床架上安裝有電氣、液壓控制箱，通過按住控制開關控制液壓缸2工作，推動活塞支桿3將與床架1用翻轉軸4鉸接的床板5慢慢翻轉豎起。患者腳踩腳踏板8，上肢支撐在上肢支架7上，解決了肢體殘疾病人需要有人攙扶才能進行康復訓練的問題。

2.2 下肢體康復器訓練運動過程

步進電機Ⅰ10、步進電機Ⅱ15根據模仿人體的步行規律安排步進時序。步進電機Ⅰ10帶動扇形齒輪驅動齒輪11轉動，與齒條嚙合，使帶齒條提桿12上下移動，完成步行的上下運動。步進電機Ⅰ15帶動扇形齒輪驅動齒輪14旋轉，與帶撥銷扇形齒輪13嚙合，帶撥銷扇形齒輪13上的撥銷插在帶齒條提桿12上面的長槽內，撥動帶齒條提桿12前后擺動。兩個進電機Ⅰ10、步進電機Ⅱ15按一定的規律復合運動，就可以實現人的步行運動。通過腳踏板8帶動患者的腳、腿做步行運動。

通過調整步進電機控制程序調節帶齒條提桿12上下移動速度和擺動幅度，來適應不同康復階段的患者的需要。這種結構還能使大腿、膝關節、小腿、腳踝、足都受到適當的縱向力，加強了對肌肉的鍛煉強度，加快肌肉的恢復速度。這些功能特點可以讓患者在完全仿真的情況下進行康復訓練，有助于患者盡快恢復下肢運動能力。

2.3 下肢體康復器結束訓練過程

訓練結束，將下肢體伸直固定在床板5上。通過按住控制開關控制液壓缸2工作，拉動活塞支桿3將床板5慢慢翻轉放平。旋松橫向螺母16，將上肢支架7收回，扭緊橫向螺母16。將患者推回病房，從下肢體康復器平移至普通病床上。

3 結論

（1）下肢體康復器的下肢，由調整步進電機的控制程序，調節抬腿高度和步行幅度。調節方便且精度高。

（2）下肢體康復器的上肢，由轉動手輪調節人體高度，由更換墊片調節人體的寬度，易于操作。

（3）下肢體康復器的床，可以使重病患者不需要人的攙扶，很方便地進行康復訓練。

（4）下肢體康復器應用前景廣闊。可以大量地用于康復醫院和家庭進行康復訓練，也可用于體弱者作為健身器材使用。已獲國家實用新型專利，樣機正在試制中。

［1］孫志禮.機械設計［M］.沈陽：東北大學出版社，2000.

［2］劉澤九.滾動軸承應用手冊［M］.北京：機械工業出版社，1996.

［3］成大先.機械設計手冊［M］.北京：化學工業出版社，2004.