四肢康复运动椅的设计与建模

    作为下肢残障者和老年人的代步工具，轮椅的种类较少、功能单一。普通轮椅只具有代步功能，使用者肢体得不到有效运动与锻炼，对肢体康复锻炼很不利。康复轮椅种类较多，但具有代步和康复两用功能的轮椅种类较少。基于人机工程学，设计了一款代步/康复两用轮椅，以满足肢体残障者和老年人使用轮椅进行康复锻炼的需要。利用S ol i dwor k s软件对康复轮椅进行三维建模和结构装配，优化了设计参数，从而有效降低产品的开发成本、缩短开发周期。

    1 整体设计分析

    四肢康复运动椅的运动必须符合人体运动学的基本规律，以保证人体四肢正确的运动轨迹。坐在四肢康复运动椅上，人的腿部动作主要是类似走路时双腿周期性的伸腿与收腿，使膝关节和两侧的肌肉得到活动和伸展，促进腿部行走功能的恢复。四肢康复运动椅通过传动系统带动升降臂运动，从而带动患者进行蹲起运动，实现人体腰部和下肢骨骼的肌肉康复锻炼。利用弹簧的伸缩设计的手指康复仪器，带动患者手指有规律性地伸-握动作，实现人体手指肌肉的康复训练。

    2 结构设计

    2.1 总体结构

    康复轮椅采用四轮结构，后轮为主动轮，前轮为从动轮。整车由驱动机构、座椅机构、防护装置、肢体运动机构和车架构成。康复轮椅各部分结构根据其功能要求和人机工程学原理进行设计，借助S o l i dwo r k s 软件建立了各部分的三维模型并进行了总体结构装配(如图1)。

    图1 整体结构图

    2.2 驱动机构

    驱动机构主要包括后轮、齿轮传动机构和链传动机构。

    2.2.1 齿轮传动机构

    为了实现人的站立和坐两种姿势的训练，利用齿轮传动的特性设计出四肢康复运动椅的升降臂结构。齿轮传动机构采用蜗轮蜗杆传动、锥齿轮与普通圆柱齿轮组合的设计方案，结构如图2所示。

    图2 升降臂机构

    蜗轮与旋转把手固联，驱动旋转把手后，由蜗轮蜗杆机构传动到两侧锥齿轮组中，锥齿轮带动绕线轴旋转，从而带动康复椅两侧升降杆上下运作，升降杆上部横杆支撑人体左、右腋部，从而协助人体完成蹲起动作。支撑杆的往复运动距离可以通过调节行程插销位置来控制从而满足不同患者的身高要求。蜗轮蜗杆传动产生噪音小，单级传动比大，因此，驱动电动扶梯、电梯、移动人行道以及近年来防止公害的机器，都使用蜗轮蜗杆减速器。蜗杆轴和蜗轮轴的布置，有时可做到既能节约原动机和从动机的安装面积又方便和合理。蜗杆导程角小于摩擦角时，还可以设计自锁的蜗杆传动装置。利用此性质可保证使用者的安全问题。