可穿戴式步行辅助兼康复训练机械腿设计

沈 野，郭 强，卜召平，张佳朋，王凤林

（齐齐哈尔大学 机电工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006）

市场上康复效果明显的医疗器械往往价格高昂，而价格适中的产品功能单一，此项设计采用价格适中，强度符合使用要求的空心钢管作为产品的主体材料，采用能够准确执行指令，工作响应速度快，对负载变化敏感，而价格却低廉的电气作为驱动方式，价格上也能够符合百姓需求。

1 步行辅助兼康复训练机械腿工作原理

产品以电作为驱动，位于腿臂前侧并与膝盖四杆机构前杆相连接的为前电动缸，作用为直接控制小腿腿臂的运动，位于腿臂后侧并与大腿腿臂相连的为后电动缸，作用为直接控制大腿腿臂的运动，根据人体行走时单侧腿的运动情况，将一个运动单元划分为抬腿阶段和落腿阶段，完成一个完整的运动周期。

图1 可穿戴式步行辅助兼康复训练机械腿

2 步行辅助兼康复训练机械腿各部分结构

产品放置于使用者腰部和瘫痪腿的侧翼，以金属支架配合绑带固定，既达到了稳固性的要求，又能做到佩戴舒适，穿戴方便。双腿跨距角度的设定根据人体笔直站立、正常站姿和“大”字型站立，设有0°、30°、45°三种卡位，如图2所示。

图2 跨距切换装置

考虑到髋、膝、踝关节的转动角度有范围限制，在髋关节和膝关节处放置有限位块，故采用了设计难度相对较大的四杆机构，如图3、图4 所示。大小腿腿臂及连接腰部支架通过位于对应位置的调节板来调节以适应不同身高、不同身材的使用者，如图5、图6 所示。

图3 髋关节、踝关节限位装置 图4 膝盖四杆机构

图5 腰部、小腿腿臂折叠位

图6 腰部、大、小腿腿臂调节

3 结 语

可穿戴式步行辅助兼康复训练机械腿是一种外骨骼助力装置，穿戴在使用者下肢的外部，模仿人体下肢的结构特点、行走行为方式，对使用者起到支撑、保护、行走助力的作用。整个器械包括可穿戴在人体上的机械系统、动力系统和控制系统，它们组成了一个可以辅助行走的完备系统。功能上能够实现辅助行走和进行康复训练。医学理论和临床医学证明，此项设计主要为偏瘫患者以及存在下肢行动障碍的人群提供一种能够辅助行走和进行康复训练的普适性强、性价比高的步行辅助器械。