基于仿生技術(shù)的多功能康復(fù)訓(xùn)練輪椅

明安成 項(xiàng)景耀 姜文耀 劉潤(rùn)升 王一帆

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們生活水平的提高，家家都有私家車，導(dǎo)致交通緊張意外事故多發(fā)，因而身體得有傷患的人數(shù)呈上升趨勢(shì)，根據(jù)研究數(shù)據(jù)調(diào)查得出，我國(guó)殘疾人數(shù)已經(jīng)占全國(guó)人口數(shù)量的6.12%，人口總數(shù)約8500萬。在這龐大的人口數(shù)量背后還有著2412萬下肢癱瘓無法自立行走的殘疾患者。為了給他們提供安全可靠的代步工具，幫助他們重新拾起站立的希望，使傷患與社會(huì)更加融洽。將更成熟的新科技融入他們代步的輪椅之中越來越引起了全社會(huì)的關(guān)注。這類學(xué)科的發(fā)展成為我國(guó)發(fā)展的重要的課題。

目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上大多是很傳統(tǒng)醫(yī)療機(jī)械，只能符合一般患者，只要少部分的醫(yī)療器械帶有輔助康復(fù)的功能，但是其效果并不是太過于理想，并沒有為此類患者帶來便利，在結(jié)合對(duì)市場(chǎng)的現(xiàn)狀調(diào)查分析，可以實(shí)現(xiàn)康復(fù)訓(xùn)練的醫(yī)療器械并不多，特別是輪椅行業(yè)更是少之又少。但是增加此類輪椅的市場(chǎng)占比可以為癱瘓患者帶來非常大福音，本次設(shè)計(jì)就是在此基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)研究的。

根據(jù)對(duì)短期內(nèi)癱瘓患者的實(shí)際調(diào)查以及查閱大量的文獻(xiàn)資料，在患者康復(fù)的后期進(jìn)行一些有效簡(jiǎn)易的輔助訓(xùn)練可以極大地縮短患者的康復(fù)時(shí)間。這就間接表明下肢癱瘓的患者進(jìn)行有效的輔助訓(xùn)練會(huì)增加恢復(fù)幾率。患者自己想要獨(dú)自的從輪椅由坐著到起立進(jìn)行著看似簡(jiǎn)單的動(dòng)作是無法做到的，但我們?cè)谑褂幂喴蔚臅r(shí)候輔助使患者站立完成簡(jiǎn)單的訓(xùn)練，讓家人和護(hù)理人員從這簡(jiǎn)單枯燥輔助動(dòng)作解放出來，減少陪護(hù)人員的壓力。

我們這個(gè)輪椅主要目的是針對(duì)老年人，行走不方便，下肢截癱的殘疾人士使用，我們?cè)O(shè)計(jì)的輔助運(yùn)動(dòng)輪椅在輪椅的基礎(chǔ)上增加了輔助行走器，能夠?qū)崿F(xiàn)行走輪椅兩不誤的功能。

我們調(diào)查的市場(chǎng)上的都是單一方面的輪椅，并沒有輪椅與康復(fù)輔助行走相結(jié)合的。市場(chǎng)上的輪椅也比較單一，也并不能滿足一些特定的人群的使用需求，所以我們針對(duì)這個(gè)問題進(jìn)行了深刻的探討與研究，我們將輪椅與輔助行走的外骨骼相結(jié)合，讓這個(gè)輪椅實(shí)現(xiàn)獨(dú)立行走，在滿足大部分群體的情況下同時(shí)也滿足小部分的特殊人群。

這里我們將大體解釋一下我們這個(gè)輪椅的各項(xiàng)輔助結(jié)構(gòu)：

電動(dòng)輪椅結(jié)構(gòu)：電動(dòng)輪椅是對(duì)截癱患者的一種代步工具和康復(fù)訓(xùn)練行走后的休息場(chǎng)所，同樣也是下體外骨骼的運(yùn)動(dòng)載體，當(dāng)患者在站立狀態(tài)下結(jié)束外骨骼康復(fù)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，可改變回電動(dòng)輪椅形態(tài)，因此要求可以在輪椅與輔助行走器之間方便切換。并且該輪椅可以實(shí)現(xiàn)大概的人體行走運(yùn)動(dòng)。

腿部運(yùn)動(dòng)裝置：此裝置是康立行輪椅的核心裝置，主框- 架包括背部支撐板、后背支撐板、大腿支架和小腿支架。以及包括動(dòng)力裝置（四根電動(dòng)推桿）和一些連接件（如T型座、軸承座和活動(dòng)鉸鏈等）。此裝置通過電動(dòng)推桿之間的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)帶動(dòng)人體的大腿與小腿之間的運(yùn)動(dòng)。如圖1-1。

輪椅直立裝置：此裝置主要用作輪椅的升降使用，主要部件包括絲杠、固定架、聯(lián)軸器以及動(dòng)力裝置57步進(jìn)電機(jī)。由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)絲杠，通過固定在絲杠上的法蘭實(shí)現(xiàn)輪椅的上下移動(dòng)。

座椅移動(dòng)裝置：此裝置主要用來調(diào)節(jié)輪椅的前后位置的移動(dòng)，主要包括法蘭、絲杠和固定架等，動(dòng)力裝置為減速電機(jī)。其運(yùn)動(dòng)由減速電機(jī)提供，帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，法蘭連接輪椅運(yùn)動(dòng)裝置部分，實(shí)現(xiàn)前后位置的移動(dòng)。

運(yùn)動(dòng)及轉(zhuǎn)向裝置：此裝置主要是實(shí)現(xiàn)輪椅的整體移動(dòng)。主要包括兩個(gè)電機(jī)輪、兩個(gè)轉(zhuǎn)向輪、固定移動(dòng)輪和轉(zhuǎn)向輪的固定支架，其中轉(zhuǎn)向輪的動(dòng)力來源于電動(dòng)推桿。

更好的面對(duì)接下來的人口老齡化和傷殘人員的增加，我國(guó)對(duì)醫(yī)療事業(yè)的支持增加不斷加大。本文結(jié)合社會(huì)實(shí)際情況在其基礎(chǔ)設(shè)計(jì)具有輔助行走功能的康復(fù)輔助智能輪椅，并且依靠soildworks建模設(shè)計(jì)出輪椅模型，該設(shè)計(jì)打破了傳統(tǒng)的電動(dòng)輪椅的單一結(jié)構(gòu)和功能，能滿足老年人以及殘疾人的需求。

模型下一步需要進(jìn)行靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)及有限元的分析，對(duì)輪椅整體的結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度進(jìn)行壽命分析，使輪椅的安全性進(jìn)一步提高。同時(shí)還需要提高使用者的舒適度，滿足使用者的心理需求。

指導(dǎo)老師：趙淑萍、宋艷芳