【上肢康复训练器的理论设计案例概述综述1900字】

上肢康复训练器的理论设计案例概述1.1关节自由度设计关节自由度的设计是上肢康复训练器的最基本的参数设计。考虑以上产品的安全性、偏瘫患者的特点、肩关节的力学特性和相容性等因素，选择人体某一单侧上肢进行讨论其关节自由度和活动范围如表3-1所示，关节自由度的选择涉及诸多因素。如上所述，当肩关节大幅度伸展时，肩胛骨和锁骨产生协调运动，导致肩关节旋转中心前后摆动，上下浮动。肩上有五个自由度。毫无疑问，5自由度肩关节的外骨骼设计与人体肩关节是兼容的，但5自由度肩关节过于复杂，人体中肩胛骨和锁骨，和大臂的运动很难通过模型表达，前臂和腕关节的三个远关节会增加相关功能结构的负担。关节角度的选择应该按照正常成年人的相关活动数据进行调整，保证安全性的前提下做出预设范围。偏瘫患者的特点和力学特点主要考虑的是偏瘫患者不需要全方位的功能锻炼，在肩关节的设计中，自由度不应该继续增加。肩关节旋转中心的偏移可能导致不适甚至受伤。外骨骼机器人在肩关节摘除过程中是否会干扰头部造成损伤，康复训练时手臂是否会接触人体躯干，硬机械极限是否应与人体上肢相匹配，配置合理的运动范围。表3-1关节自由度和相关活动范围关节自由度参考基准功能活动范围预设活动范围肩关节外展/内收矢状面外展0~105°外展0～100°内收0～45°内收0～30°屈曲/伸展水平面上摆0～45°上摆0～0°下摆0～115°下摆0～80°旋内/旋外矢状面内旋0～80°内旋0～50°外旋0～50°外旋0～30°肘关节屈曲/伸展垂直轴屈曲0~140°屈曲0～90°伸展0～5°伸展0～0°1.2上肢康复训练器的整体结构设计上肢康复训练器通过与人体力的相互作用来实现康复辅助功能，但压力分布、应力强度和接触面积不当会引起疲劳。对于长期反复训练的康复训练器来说，这会使得其整体性能受到影响，减弱其性能。在康复治疗中，患者所承受的压力直接关系到患者的使用舒适程度，但按照目前水准，准确的建立一个压力分布和舒适程度的模型，通过该模型去分析二者之间的关联，是不符合实际的。但是可以采用国际上的数据：即人体表皮组织在与物体表面接触时，压力大于1.9kpa（30mm汞柱）皮肤表面的血液流动受阻，这会导致软组织发生损伤。所以与上肢接触区域应该避免接触到关节位置，否则将限制关节运动，避开相关骨骼位置，直接对骨施加压力，容易造成损伤；避开血管密度、神经敏感部位，避免不必要的损伤；避开腋下等敏感部位，避免疼痛和不适。一般来说，肩关节、肘关节、腕关节的活动区应避开上肢外骨骼与上肢的接触区。可选择手臂与前臂之间的中间位置，避免与敏感易损部位接触，对关节活动区影响不大。上肢康复训练器的整体结构如图3-1所示。上肢康复机器人具有三个关节自由度。根据表3-1中列出的参数确定每个关节的运动范围。双臂和前臂长度可调，肩宽可调，按以上国家标准尺寸。训练器的尺寸范围适合90%-98%的中国成年人进行港口训练。大臂中间和前臂中间有绷带。该装置可与人体配合，手掌上设有手柄。通过绷带和手柄，康复机器人可以固定在患者身上而不发生相对位移，并可以进行多种形式的康复训练，后部拉杆的设计使得高度可以根据用户的大小方便地进行调整。它方便不同身材和年龄的人。图3-1上肢康复训练器整体设计1.3人体主要尺寸的选择该项上肢康复训练器的尺寸选择需要适合我国成年人人体身高等各项尺寸，应该取到能够满足大多数使用者的范围值，同时由于上肢康复训练器涉及到人体健康和安全，应该取得百分位为5到百分位为95的尺寸范围，此时可以满足绝大多数的使用者使用，人体成年男性与女性相关数据尺寸为如表3-2，3-3所示数值。表3-2成年男性相关测量数据百分位测量项目151050909599上臂长278288290310328335349前臂长205217221241250259268坐姿肩高9109419961024107810861122站姿肩高1240128013001388142714401494手长160171176185190195202手宽72767886888991表3-3成年女性相关测量数据百分位测量项目151050909599上臂长252261267284303308319前臂长185193198213229234242坐姿肩高8368608769389849991026站姿肩高1166119512111271133313501385手长154159161171180183189手宽67707176808284根据上表3-2，3-3可以得出该上肢康复训练器的大多数使用者各项身体指标的尺寸取值上臂长为261mm～335mm，前臂长为193mm～259mm，肩高为860mm～1440mm。由此可得出表3-4上肢康复训练器的设计尺寸范围。表3-4上肢康复训练器的设计尺寸范围上臂长261mm～335mm前臂长193mm～259mm肩高（坐姿/站姿)860mm～1440mm1.4握把与绑带设计握把的设计应考虑使用者的舒适程度，方便使用者能够长时间的使用，绑带的设计应使使用者上臂能够固定在上肢康复训练机器人中，不发生相对位移。避免造成吃寸过大或者过小，不方便使用者使用，应同时因满足表3-2，3-3中最大臂围的使用者。基于表3-4得出的数据我们可以求得上臂绑带座和前臂绑带座直径，为了方便于生