下肢體康復(fù)器機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

馮光林，邵萬(wàn)珍

（1.順德職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，廣東 佛山 528300；2.大連交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，遼寧 116028）

0 引言

目前，國(guó)內(nèi)的肢體康復(fù)醫(yī)療事業(yè)還處于起步階段。由于技術(shù)、經(jīng)濟(jì)狀況等原因的制約，發(fā)展較為遲緩。國(guó)內(nèi)的康復(fù)器械大多自動(dòng)化程度較低，需要在人的協(xié)助下才能進(jìn)行肢體康復(fù)訓(xùn)練，給病人和家屬帶來(lái)巨大的身心壓力和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

而隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，人民的物質(zhì)文化生活日益豐富。同時(shí)也因?yàn)橹緮z入量超標(biāo)等原因引發(fā)了腦血栓、腦出血等心腦血管系統(tǒng)疾病，還有因?yàn)榻煌ㄊ鹿省⑹中g(shù)損傷等造成的肢體功能暫時(shí)喪失，越來(lái)越多的患者需要接受肢體康復(fù)治療。

1 總體設(shè)計(jì)思路

設(shè)計(jì)一種肢體康復(fù)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(guān)，鉸接液壓缸系統(tǒng)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(tǒng)的活塞支桿鉸接，床架與床板則通過(guò)翻轉(zhuǎn)軸活動(dòng)連接。床板背面還裝有仿形臂的上肢固定機(jī)構(gòu)和仿軀干的下肢運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。

如圖1所示，仿形臂的上肢固定裝置通過(guò)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(guò)調(diào)節(jié)墊片的左右分配數(shù)量，可根據(jù)人體的寬度對(duì)上肢支架進(jìn)行左右調(diào)節(jié)；階梯橫軸的兩端則分別與豎向螺母鍵連接。通過(guò)旋轉(zhuǎn)絲杠上的手輪，可根據(jù)人體高度階梯橫軸帶動(dòng)上肢支架進(jìn)行上下調(diào)節(jié)。

仿軀干的下肢運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)三孔支座固定在床板上。如圖1、2所示，仿形腿由對(duì)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(guò)關(guān)節(jié)軸承與固定在三孔支座內(nèi)的支撐軸形成轉(zhuǎn)動(dòng)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(zhǎng)槽，長(zhǎng)槽的一側(cè)加工成齒條。安裝在床板上的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)與齒條相嚙合的齒條驅(qū)動(dòng)齒輪，帶動(dòng)提桿上下移動(dòng)；另一安裝在床板上的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)與帶撥動(dòng)銷扇形齒輪嚙合的扇形齒輪驅(qū)動(dòng)齒輪，扇形齒輪上帶有的撥動(dòng)銷，插在提桿長(zhǎng)槽中，撥動(dòng)提桿前后擺動(dòng)。

圖1 下肢體康復(fù)器機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

圖2 下肢體局部機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖左視圖

通過(guò)提桿的上下運(yùn)動(dòng)與前后擺動(dòng)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)模仿人的步行運(yùn)動(dòng)。下肢體康復(fù)器的下肢，由調(diào)整步進(jìn)電機(jī)的控制程序，調(diào)節(jié)抬腿高度和步行幅度。調(diào)節(jié)方便且精度高。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較該下肢體康復(fù)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的，主要表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)捷，使用方便，解決了由患者自助康復(fù)的問(wèn)題，適合在肢體康復(fù)?？漆t(yī)院或家庭大量使用。

2 設(shè)計(jì)方案的確定及描述

2.1 下肢體康復(fù)器訓(xùn)練準(zhǔn)備過(guò)程

下肢體康復(fù)器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3、4所示。對(duì)于重病患者，首先將其從普通病床上平移至下肢體康復(fù)器平放的床板5上，推到訓(xùn)練地點(diǎn)，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(diào)整上肢支架7兩側(cè)墊片17數(shù)量，調(diào)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(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)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(diào)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(fù)訓(xùn)練的過(guò)程中始終被固定在床板5上，保證在康復(fù)訓(xùn)練中的安全。

圖3 下肢體康復(fù)器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖主視圖

圖4 下肢體康復(fù)器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖左視圖

床架上安裝有電氣、液壓控制箱，通過(guò)按住控制開關(guān)控制液壓缸2工作，推動(dòng)活塞支桿3將與床架1用翻轉(zhuǎn)軸4鉸接的床板5慢慢翻轉(zhuǎn)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(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練的問(wèn)題。

2.2 下肢體康復(fù)器訓(xùn)練運(yùn)動(dòng)過(guò)程

步進(jìn)電機(jī)Ⅰ10、步進(jìn)電機(jī)Ⅱ15根據(jù)模仿人體的步行規(guī)律安排步進(jìn)時(shí)序。步進(jìn)電機(jī)Ⅰ10帶動(dòng)扇形齒輪驅(qū)動(dòng)齒輪11轉(zhuǎn)動(dòng)，與齒條嚙合，使帶齒條提桿12上下移動(dòng)，完成步行的上下運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)Ⅰ15帶動(dòng)扇形齒輪驅(qū)動(dòng)齒輪14旋轉(zhuǎn)，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(zhǎng)槽內(nèi)，撥動(dòng)帶齒條提桿12前后擺動(dòng)。兩個(gè)進(jìn)電機(jī)Ⅰ10、步進(jìn)電機(jī)Ⅱ15按一定的規(guī)律復(fù)合運(yùn)動(dòng)，就可以實(shí)現(xiàn)人的步行運(yùn)動(dòng)。通過(guò)腳踏板8帶動(dòng)患者的腳、腿做步行運(yùn)動(dòng)。

通過(guò)調(diào)整步進(jìn)電機(jī)控制程序調(diào)節(jié)帶齒條提桿12上下移動(dòng)速度和擺動(dòng)幅度，來(lái)適應(yīng)不同康復(fù)階段的患者的需要。這種結(jié)構(gòu)還能使大腿、膝關(guān)節(jié)、小腿、腳踝、足都受到適當(dāng)?shù)目v向力，加強(qiáng)了對(duì)肌肉的鍛煉強(qiáng)度，加快肌肉的恢復(fù)速度。這些功能特點(diǎn)可以讓患者在完全仿真的情況下進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，有助于患者盡快恢復(fù)下肢運(yùn)動(dòng)能力。

2.3 下肢體康復(fù)器結(jié)束訓(xùn)練過(guò)程

訓(xùn)練結(jié)束，將下肢體伸直固定在床板5上。通過(guò)按住控制開關(guān)控制液壓缸2工作，拉動(dòng)活塞支桿3將床板5慢慢翻轉(zhuǎn)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(fù)器平移至普通病床上。

3 結(jié)論

（1）下肢體康復(fù)器的下肢，由調(diào)整步進(jìn)電機(jī)的控制程序，調(diào)節(jié)抬腿高度和步行幅度。調(diào)節(jié)方便且精度高。

（2）下肢體康復(fù)器的上肢，由轉(zhuǎn)動(dòng)手輪調(diào)節(jié)人體高度，由更換墊片調(diào)節(jié)人體的寬度，易于操作。

（3）下肢體康復(fù)器的床，可以使重病患者不需要人的攙扶，很方便地進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。

（4）下肢體康復(fù)器應(yīng)用前景廣闊。可以大量地用于康復(fù)醫(yī)院和家庭進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，也可用于體弱者作為健身器材使用。已獲國(guó)家實(shí)用新型專利，樣機(jī)正在試制中。

［1］孫志禮.機(jī)械設(shè)計(jì)［M］.沈陽(yáng)：東北大學(xué)出版社，2000.

［2］劉澤九.滾動(dòng)軸承應(yīng)用手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.

［3］成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.