一種具有輔助站立功能的下肢按摩輪椅創(chuàng)新性設(shè)計(jì)

一種具有輔助站立功能的下肢按摩輪椅創(chuàng)新性設(shè)計(jì)摘要：針對(duì)當(dāng)前下肢殘疾患者眾多而理療師與新型康復(fù)設(shè)備短缺的狀況，設(shè)計(jì)出可多關(guān)節(jié)按摩、輔助站立式康復(fù)輪椅。該輪椅包括一個(gè)靠背角度可以自動(dòng)調(diào)節(jié)的輪椅和兩組可以進(jìn)行腿部按摩的機(jī)械裝置構(gòu)成，可適應(yīng)不同身高和胖瘦的患者。本文詳細(xì)介紹了該輪椅的結(jié)構(gòu)和功能，以及各個(gè)部分的驅(qū)動(dòng)方式，還介紹了對(duì)于使用者的安全保護(hù)措施。最后建立人機(jī)交互模型，對(duì)輪椅的結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行理論分析，并結(jié)合臨床醫(yī)學(xué)理論數(shù)據(jù)對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。關(guān)鍵詞：下肢障礙者；輔助醫(yī)療器械；按摩；輔助站立；運(yùn)動(dòng)學(xué)分析一、 刖言我國(guó)人口老齡化問(wèn)題的加劇使得助老助殘問(wèn)題成為一個(gè)重大的社會(huì)問(wèn)題，助老助殘事業(yè)和新型康復(fù)輔具研究也面臨著前所未有的壓力。隨著我國(guó)人口老齡化、高齡化比例和程度不斷增長(zhǎng)，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(fēng)現(xiàn)象普遍增多，導(dǎo)致下肢癱瘓老人群體規(guī)模不斷擴(kuò)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(yùn)動(dòng)功能障礙，其中偏癱患者占較大比重。患者出現(xiàn)肢體癱瘓，情緒也會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，且其他疾病也會(huì)接踵而至，使康復(fù)難度大幅提高。然而，我國(guó)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(gè)巨大的市場(chǎng)，即老年市場(chǎng)。高齡老年人，尤其是行動(dòng)不便的下肢癱瘓老人，自我照料能力差，需要醫(yī)務(wù)人員輔助護(hù)理，而護(hù)理勞動(dòng)強(qiáng)度較大，費(fèi)用較高，給家庭帶來(lái)沉重的經(jīng)濟(jì)壓力和心理負(fù)擔(dān)，所以下肢癱瘓老人的護(hù)理?xiàng)l件急需改善，輔助醫(yī)療設(shè)施需要完善。二、 機(jī)械設(shè)計(jì)本方案設(shè)計(jì)的按摩輪椅主要包括對(duì)稱(chēng)安裝的左、右兩個(gè)小腿按摩裝置、一個(gè)位于座椅的大腿按摩裝置、一個(gè)輔助站立支撐機(jī)構(gòu)、一個(gè)觸摸顯示屏和一個(gè)"靠背〃角度可自動(dòng)調(diào)節(jié)的座椅以及多個(gè)測(cè)量、控制元器件，該按摩輪椅可以通過(guò)按摩輪循環(huán)刺激人體腿部肌肉。還可以設(shè)置多種按摩模式。同時(shí)本套按摩輪椅可以實(shí)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(shè)計(jì)由于按摩輪椅用于按摩小腿的機(jī)構(gòu)左右對(duì)稱(chēng)，所以下面只對(duì)單側(cè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)介紹。兩個(gè)小腿按摩裝置固定在輪椅活動(dòng)底座上，左右兩側(cè)的小腿按摩裝置由旋向相反的滾珠絲杠連接，在電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)械腿的左右移動(dòng)，以調(diào)節(jié)兩機(jī)械腿的間距使其適應(yīng)胖瘦不同的患者。小腿按摩裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)，電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速器輸出對(duì)一組錐齒輪進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，在錐齒輪所在軸上裝配有三個(gè)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，每個(gè)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)上都裝有一個(gè)可自由轉(zhuǎn)動(dòng)的按摩滾輪，通過(guò)按摩滾輪在小腿外側(cè)、內(nèi)側(cè)的直線滾動(dòng)按摩，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)使用者腿部大部分肌肉的按摩和放松。同時(shí)設(shè)置安全限位機(jī)構(gòu)，限位銷(xiāo)與急停開(kāi)關(guān)構(gòu)成機(jī)械限位結(jié)構(gòu)。一旦機(jī)器發(fā)生故障導(dǎo)致其旋轉(zhuǎn)角度超出了設(shè)定運(yùn)動(dòng)范圍或者按摩滾輪運(yùn)行異常，則限位銷(xiāo)先碰觸行程開(kāi)關(guān)控制電動(dòng)機(jī)斷電，迫使運(yùn)動(dòng)停止，以保護(hù)患者的腿部的絕對(duì)安全，避免二次損傷。3.2大腿按摩裝置設(shè)計(jì)大腿按摩裝置由一個(gè)步進(jìn)電機(jī)、一個(gè)電機(jī)支撐板、一個(gè)直齒輪、一個(gè)帶突出軸及齒輪的圓盤(pán)、一套錐齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、一對(duì)齒條機(jī)構(gòu)以及兩個(gè)按摩輪構(gòu)成。當(dāng)開(kāi)啟腿部按摩時(shí)，電機(jī)開(kāi)始通過(guò)齒輪減速機(jī)構(gòu)對(duì)帶突出軸的圓盤(pán)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，突出軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)同時(shí)驅(qū)動(dòng)兩側(cè)的缺齒齒輪運(yùn)動(dòng)，兩側(cè)的缺齒齒輪會(huì)驅(qū)動(dòng)齒條進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)，最后按摩輪與齒條進(jìn)行鉸接，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)人大腿的大部分面積的滾動(dòng)按摩。3.3輔助站立機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)本套機(jī)構(gòu)可以實(shí)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(shí)現(xiàn)站立起身時(shí)，13躺姿絲杠機(jī)構(gòu)固定，11站立滑塊在絲杠的帶動(dòng)下沿絲杠向前方移動(dòng)，帶動(dòng)9站立連桿運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)5坐板繞與12機(jī)架所鏈接的軸轉(zhuǎn)動(dòng)；同時(shí)13躺姿絲杠自鎖以致8躺姿動(dòng)力連桿鎖定，進(jìn)而使7轉(zhuǎn)動(dòng)連桿鎖定，此時(shí)5坐板、6移動(dòng)連桿、7轉(zhuǎn)動(dòng)連桿以及1靠背組成雙搖桿機(jī)構(gòu)，7轉(zhuǎn)動(dòng)連桿為機(jī)架桿，連桿6拉動(dòng)靠背繞靠背與坐板的鉸接軸轉(zhuǎn)動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)站姿。站立實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，10站立絲杠機(jī)構(gòu)自鎖，使裝置不會(huì)坍塌。站姿實(shí)現(xiàn)后，10站立絲杠機(jī)構(gòu)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(gè)圓孔達(dá)到支撐效果。復(fù)位時(shí)同理，只需11站立滑塊向后移動(dòng)即可，不再贅述。3.4腿部長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置設(shè)計(jì)圖1腿部長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置裝配圖腿部長(zhǎng)度調(diào)節(jié)裝置由電機(jī)-聯(lián)軸器-軸承座-絲杠-T型螺母-螺母座-軸套構(gòu)成，電機(jī)與軸承座通過(guò)螺釘固定在左側(cè)小腿按摩裝置上，T型螺母通過(guò)螺母座與右側(cè)小腿按摩裝置連接。當(dāng)需要調(diào)節(jié)長(zhǎng)度時(shí)，電機(jī)可以驅(qū)動(dòng)T型螺母帶動(dòng)右側(cè)小腿進(jìn)行移動(dòng)，以滿(mǎn)足不同體型人群的需求。3.5按摩輪椅減震設(shè)計(jì)考慮到本方案設(shè)計(jì)的按摩輪椅用戶(hù)多為下肢殘疾患者，所以輪椅設(shè)計(jì)需要有很好的減震性能，保證輪椅在運(yùn)行過(guò)程中的震動(dòng)、波動(dòng)都在允許的安全范圍內(nèi)，不會(huì)對(duì)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(shè)計(jì)，當(dāng)按摩大腿的缺齒齒輪-齒條機(jī)構(gòu)運(yùn)行時(shí)，需要保證齒輪齒條機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性與行程可靠性。為此在相對(duì)的兩個(gè)齒輪齒條機(jī)構(gòu)之間連接有兩個(gè)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(jī)構(gòu)的機(jī)械振動(dòng)與對(duì)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(pán)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(jī)構(gòu)在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的震動(dòng)，同時(shí)也可以減輕輪椅在坑洼地區(qū)移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的震動(dòng)。3.6按摩輪椅安全性設(shè)計(jì)控制開(kāi)關(guān)裝配在用戶(hù)右手的扶手上，用戶(hù)可以自行控制按摩器按摩的時(shí)間、力度及位置，也可以控制輔助站立機(jī)構(gòu)幫助用戶(hù)進(jìn)行站立。同時(shí)當(dāng)用戶(hù)感受到機(jī)器運(yùn)行異常對(duì)身體造成不適感的時(shí)候，用戶(hù)可以按下急停開(kāi)關(guān)控制電機(jī)停止運(yùn)行，則此時(shí)由縮進(jìn)機(jī)構(gòu)控制按摩輪椅停在安全位置。四、 結(jié)束語(yǔ)本方案設(shè)計(jì)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(guò)按摩輪循環(huán)刺激人體腿部肌肉，還可以設(shè)置多種按摩模式。同時(shí)本套按摩輪椅可以實(shí)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(jī)交互模型，對(duì)輪椅的結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行理論分析，仿真結(jié)果表面，本方案設(shè)計(jì)的按摩輪椅結(jié)構(gòu)精巧，設(shè)計(jì)合理，具有一定的應(yīng)用價(jià)值，但其醫(yī)療效果需