為滿足下肢殘障者和老年人的康復(fù)鍛煉需要，通過對肢體運動特性分析，采用曲柄連桿機(jī)構(gòu)，設(shè)計出既具有普通輪椅的代步功能、又能進(jìn)行肢體康復(fù)運動鍛煉的康復(fù)輪椅。采用兩套傳動機(jī)構(gòu)，分別控制人體左右肢體的運動，以滿足肢體運動的協(xié)調(diào)性。利用UG 軟件對康復(fù)輪椅進(jìn)行三維建模和運動仿真分析，進(jìn)一步對設(shè)計參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使其結(jié)構(gòu)合理、安全舒適。

　　輪椅是下肢殘障者和老年人的代步工具，種類較少、功能單一。普通輪椅只具有代步功能，使用者肢體得不到有效運動與鍛煉，對肢體康復(fù)鍛煉很不利。康復(fù)輪椅種類較多。但具有代步和康復(fù)兩用功能的輪椅種類較少�？祻�(fù)輪椅在設(shè)計和使用過程中，應(yīng)充分考慮人體生物力學(xué)特性和人機(jī)工程學(xué)問題�；�于此，在人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)中，設(shè)計了一款代步/康復(fù)兩用輪椅，以滿足肢體殘障者和老年人使用輪椅進(jìn)行康復(fù)鍛煉的需要。

　　基于UG 對康復(fù)輪椅進(jìn)行三維建模和運動分析，優(yōu)化設(shè)計參數(shù)，從而有效降低產(chǎn)品的開發(fā)成本、縮短開發(fā)周期。

1、整體設(shè)計分析

　　1.1、肢體運動特性分析

　　康復(fù)輪椅的運動必須符合人體運動學(xué)的基本規(guī)律，以保證人體四肢正確的運動軌跡。人體上肢的肱骨與撓骨、尺骨形成具有1 個自由度的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，實現(xiàn)前臂的屈伸運動;下肢的股骨與脛骨形成具有1 個自由度的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，實現(xiàn)小腿的屈伸運動。

　　坐在康復(fù)輪椅上人的腿部動作主要是雙腿周期性交替蹬腿和收腿，使膝關(guān)節(jié)和兩側(cè)的肌肉得到活動和伸展，促進(jìn)腿部行走功能的恢復(fù)�？祻�(fù)輪椅通過驅(qū)動系統(tǒng)帶動滑塊和踏板運動，從而帶動前臂和小腿的屈伸運動，實現(xiàn)人體上肢和下肢骨骼和肌肉的康復(fù)鍛煉。

　　1.2、運動原理

　　康復(fù)輪椅采用兩套肢體運動機(jī)構(gòu)，分別控制人體左側(cè)和右側(cè)肢體的運動，以保證上下肢運動的協(xié)調(diào)性。上肢運動機(jī)構(gòu)帶動扶手上的滑塊滑動或擺動，實現(xiàn)前臂的屈伸運動;下肢運動機(jī)構(gòu)帶動踏板擺動，實現(xiàn)小腿的屈伸運動;座椅升降機(jī)構(gòu)完成座椅高度調(diào)節(jié);整車靠輪的移動完成代步功能。機(jī)構(gòu)運功原理如圖1 所示。

圖1 機(jī)構(gòu)運功原理示意圖

4、結(jié)語

　　基于曲柄連桿機(jī)構(gòu)的康復(fù)輪椅設(shè)計符合人體運動學(xué)的基本規(guī)律。通過對機(jī)械系統(tǒng)運動仿真分析，機(jī)械運動符合設(shè)計要求，各零部件之間不存在干涉情況，受力、速度和加速度符合實際情況，實現(xiàn)了代步和康復(fù)鍛煉的雙重作用。