下肢体康复器机构创新设计

冯光林，邵万珍

（1.顺德职业技术学院机电工程系，广东 佛山 528300；2.大连交通大学机械工程学院，辽宁 116028）

0 引言

目前，国内的肢体康复医疗事业还处于起步阶段。由于技术、经济状况等原因的制约，发展较为迟缓。国内的康复器械大多自动化程度较低，需要在人的协助下才能进行肢体康复训练，给病人和家属带来巨大的身心压力和经济负担。

而随着社会的发展进步，人民的物质文化生活日益丰富。同时也因为脂肪摄入量超标等原因引发了脑血栓、脑出血等心脑血管系统疾病，还有因为交通事故、手术损伤等造成的肢体功能暂时丧失，越来越多的患者需要接受肢体康复治疗。

1 总体设计思路

设计一种肢体康复器，包括床架和床板，床架上装有电气与液压控制箱、电控开关，铰接液压缸系统及其活塞支杆；床板的正面装有扶手和腰带，其背面与液压缸系统的活塞支杆铰接，床架与床板则通过翻转轴活动连接。床板背面还装有仿形臂的上肢固定机构和仿躯干的下肢运动机构。

如图1所示，仿形臂的上肢固定装置通过竖向螺母镶嵌在床板滑道槽中并与丝杠配合形成螺旋副，由固定在床板上的径向球轴承与止推锥轴承支撑丝杠，承受人体的部分重量。

阶梯横轴上套装垫片、上肢支架，用横向螺母压紧，上肢支架伸出在床板的正面，支撑在人体的腋下。通过调节垫片的左右分配数量，可根据人体的宽度对上肢支架进行左右调节；阶梯横轴的两端则分别与竖向螺母键连接。通过旋转丝杠上的手轮，可根据人体高度阶梯横轴带动上肢支架进行上下调节。

仿躯干的下肢运动机构通过三孔支座固定在床板上。如图1、2所示，仿形腿由对称平行布置的大腿、小腿与脚踏板上下铰接而成，平行的大腿、小腿的铰接处用平行连杆铰接加固。仿形腿上端通过关节轴承与固定在三孔支座内的支撑轴形成转动副。脚踏板又与带齿条的提杆下端铰接，带齿条的提杆中上部开有长槽，长槽的一侧加工成齿条。安装在床板上的步进电机驱动与齿条相啮合的齿条驱动齿轮，带动提杆上下移动；另一安装在床板上的步进电机驱动与带拨动销扇形齿轮啮合的扇形齿轮驱动齿轮，扇形齿轮上带有的拨动销，插在提杆长槽中，拨动提杆前后摆动。

图1 下肢体康复器机构运动简图

图2 下肢体局部机构运动简图左视图

通过提杆的上下运动与前后摆动的复合运动，可实现模仿人的步行运动。下肢体康复器的下肢，由调整步进电机的控制程序，调节抬腿高度和步行幅度。调节方便且精度高。

与现有技术相比较该下肢体康复机构的优点是显而易见的，主要表现在结构简单，操作简捷，使用方便，解决了由患者自助康复的问题，适合在肢体康复专科医院或家庭大量使用。

2 设计方案的确定及描述

2.1 下肢体康复器训练准备过程

下肢体康复器的结构简图如图3、4所示。对于重病患者，首先将其从普通病床上平移至下肢体康复器平放的床板5上，推到训练地点，将床架1固定在地面。旋松横向螺母16，将上肢支架7伸出，调整上肢支架7两侧垫片17数量，调整左右上肢支架7距离至合适人体宽度，扭紧横向螺母16，将伸出的上肢支架7插入患者的腋下；通过转动手轮19，将锁紧平放在床板5下部伸直了的仿形下肢的脚踏板8调整到触到患者脚的位置；将安全带6系在患者的腹部，以保证患者在接受康复训练的过程中始终被固定在床板5上，保证在康复训练中的安全。

图3 下肢体康复器的结构简图主视图

图4 下肢体康复器的结构简图左视图

床架上安装有电气、液压控制箱，通过按住控制开关控制液压缸2工作，推动活塞支杆3将与床架1用翻转轴4铰接的床板5慢慢翻转竖起。患者脚踩脚踏板8，上肢支撑在上肢支架7上，解决了肢体残疾病人需要有人搀扶才能进行康复训练的问题。

2.2 下肢体康复器训练运动过程

步进电机Ⅰ10、步进电机Ⅱ15根据模仿人体的步行规律安排步进时序。步进电机Ⅰ10带动扇形齿轮驱动齿轮11转动，与齿条啮合，使带齿条提杆12上下移动，完成步行的上下运动。步进电机Ⅰ15带动扇形齿轮驱动齿轮14旋转，与带拨销扇形齿轮13啮合，带拨销扇形齿轮13上的拨销插在带齿条提杆12上面的长槽内，拨动带齿条提杆12前后摆动。两个进电机Ⅰ10、步进电机Ⅱ15按一定的规律复合运动，就可以实现人的步行运动。通过脚踏板8带动患者的脚、腿做步行运动。

通过调整步进电机控制程序调节带齿条提杆12上下移动速度和摆动幅度，来适应不同康复阶段的患者的需要。这种结构还能使大腿、膝关节、小腿、脚踝、足都受到适当的纵向力，加强了对肌肉的锻炼强度，加快肌肉的恢复速度。这些功能特点可以让患者在完全仿真的情况下进行康复训练，有助于患者尽快恢复下肢运动能力。

2.3 下肢体康复器结束训练过程

训练结束，将下肢体伸直固定在床板5上。通过按住控制开关控制液压缸2工作，拉动活塞支杆3将床板5慢慢翻转放平。旋松横向螺母16，将上肢支架7收回，扭紧横向螺母16。将患者推回病房，从下肢体康复器平移至普通病床上。

3 结论

（1）下肢体康复器的下肢，由调整步进电机的控制程序，调节抬腿高度和步行幅度。调节方便且精度高。

（2）下肢体康复器的上肢，由转动手轮调节人体高度，由更换垫片调节人体的宽度，易于操作。

（3）下肢体康复器的床，可以使重病患者不需要人的搀扶，很方便地进行康复训练。

（4）下肢体康复器应用前景广阔。可以大量地用于康复医院和家庭进行康复训练，也可用于体弱者作为健身器材使用。已获国家实用新型专利，样机正在试制中。

［1］孙志礼.机械设计［M］.沈阳：东北大学出版社，2000.

［2］刘泽九.滚动轴承应用手册［M］.北京：机械工业出版社，1996.

［3］成大先.机械设计手册［M］.北京：化学工业出版社，2004.