高大地，鄒任玲

上海理工大學(xué)醫(yī)療器械與食品學(xué)院，上海市200093

腦卒中是一種腦組織損傷的疾病[1-2]，流行病學(xué)調(diào)查顯示，大約30%～36%患者在患腦卒中6個(gè)月后遺留上肢功能障礙[3-4]。研究表明[5-6]，爬行是一項(xiàng)可以訓(xùn)練全身肌肉的運(yùn)動(dòng)，能夠增強(qiáng)頸部和軀干部位的穩(wěn)定性、活動(dòng)性，加快新陳代謝。爬行是直立行走的準(zhǔn)備，可以促進(jìn)感覺器官的發(fā)展，建立平衡能力、控制能力及協(xié)調(diào)能力，并且對(duì)腦干整合功能重建和大腦皮質(zhì)功能重組這兩個(gè)階段都有至關(guān)重要的作用。臨床研究表明[7-9]，爬行運(yùn)動(dòng)有助于腦卒中患者康復(fù)，利用爬行設(shè)備進(jìn)行被動(dòng)與主動(dòng)訓(xùn)練，適合腦卒中康復(fù)進(jìn)程中的各個(gè)階段。

爬行設(shè)備起步于國(guó)外。上個(gè)世紀(jì)，Tidwell等[10]發(fā)明身體協(xié)調(diào)性訓(xùn)練裝置，實(shí)現(xiàn)兒童或脊柱損傷患者肢體運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)性訓(xùn)練。Iams等[11]發(fā)明爬行運(yùn)動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)上肢的爬行模擬和下肢的爬行模擬。Canela等[12]為肌肉運(yùn)動(dòng)障礙的兒童設(shè)計(jì)了殘疾兒童運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練裝置。Liang[13]設(shè)計(jì)的爬行訓(xùn)練裝置可以輔助進(jìn)行腰腹力量訓(xùn)練。近年來，爬行設(shè)備也有新的進(jìn)展。Peralo[14]完成的多選擇性可互鎖滑動(dòng)平臺(tái)和Milo[15]設(shè)計(jì)的平行軌道裝置，通過軌道滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)上下肢爬行運(yùn)動(dòng)。Parnell[16]的上體運(yùn)動(dòng)裝置和Pearce[17]的輪式運(yùn)動(dòng)裝置可以被應(yīng)用于上肢各個(gè)肌肉組的鍛煉。Rao等[18]和Smith等[19]改進(jìn)的爬行訓(xùn)練裝置可以實(shí)現(xiàn)上下肢交替式直線負(fù)重爬行。爬行設(shè)備在國(guó)內(nèi)也有發(fā)展，馮建軍[20]在2011年設(shè)計(jì)一款攀爬爬行訓(xùn)練機(jī)模擬向上攀爬訓(xùn)練。周利莎等[21]設(shè)計(jì)的俯臥式爬行健身器以及上海理工大學(xué)設(shè)計(jì)的一款多態(tài)脊柱康復(fù)訓(xùn)練爬行訓(xùn)練儀[22]均實(shí)現(xiàn)了上下肢交替直線爬行運(yùn)動(dòng)。

上述目前研究和應(yīng)用的爬行訓(xùn)練裝置，實(shí)現(xiàn)了上肢或下肢在水平面上的直線運(yùn)動(dòng)，但與正常的爬行軌跡不相符，訓(xùn)練的程度不夠，對(duì)患者的康復(fù)作用不明顯。針對(duì)上述缺陷，本研究設(shè)計(jì)一款基于空間運(yùn)動(dòng)軌跡的腦卒中偏癱康復(fù)爬行訓(xùn)練裝置，該裝置的上肢把手和腿部支撐可以幫助患者完成正常人爬行時(shí)的空間運(yùn)動(dòng)軌跡，更有利于患者的康復(fù)訓(xùn)練。

1 裝置結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

空間運(yùn)動(dòng)軌跡爬行訓(xùn)練裝置主要分為爬行訓(xùn)練裝置主體、控制主機(jī)和控制軟件三個(gè)部分。訓(xùn)練裝置主要包括空間運(yùn)動(dòng)軌跡爬行機(jī)構(gòu)、輔助爬行運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等結(jié)構(gòu)(見圖1)。其中空間運(yùn)動(dòng)軌跡爬行機(jī)構(gòu)可以輔助使用者完成整個(gè)空間軌跡的爬行運(yùn)動(dòng)，輔助爬行運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以支撐肢體主干部分以改變四肢承受的壓力，運(yùn)動(dòng)角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可以在0°～70°范圍內(nèi)調(diào)節(jié)空間運(yùn)動(dòng)軌跡爬行機(jī)構(gòu)與水平面的角度，從而實(shí)現(xiàn)各種角度的爬行。

圖1 訓(xùn)練裝置整體結(jié)構(gòu)

1.1 空間運(yùn)動(dòng)軌跡爬行機(jī)構(gòu)

1.1.1 整體機(jī)構(gòu)

空間運(yùn)動(dòng)軌跡爬行機(jī)構(gòu)(圖2)分為上肢空間運(yùn)動(dòng)軌跡爬行裝置和下肢空間運(yùn)動(dòng)軌跡運(yùn)動(dòng)爬行裝置。

圖2 空間運(yùn)動(dòng)軌跡爬行機(jī)構(gòu)

上肢空間運(yùn)動(dòng)軌跡爬行裝置中，上肢支撐連桿中滾動(dòng)軸承可以在長(zhǎng)度320 mm的軌道中做往復(fù)的直線運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)輪盤可以繞旋轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動(dòng)。長(zhǎng)度800 mm的上肢支撐連桿兩端分別連接滾動(dòng)軸承和轉(zhuǎn)動(dòng)輪盤，上肢支撐連桿上安裝有上肢把手可以帶動(dòng)使用者手部做橢圓運(yùn)動(dòng)。

下肢空間運(yùn)動(dòng)軌跡爬行裝置中，各連桿滑塊組件中滑塊可以在直線導(dǎo)軌中做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)輪盤帶動(dòng)連桿滑塊組件1從而帶動(dòng)連桿滑塊組件2做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)連桿滑塊組件3中的滑塊沿腿部支撐中導(dǎo)軌做直線運(yùn)動(dòng)。因此，腿部支撐可在完成往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的同時(shí)完成做30°～0°之間的往復(fù)擺動(dòng)。

1.1.2 各構(gòu)件相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系

空間運(yùn)動(dòng)軌跡爬行機(jī)構(gòu)中左半邊和右半邊是一個(gè)對(duì)稱機(jī)構(gòu)，故兩側(cè)的運(yùn)動(dòng)軌跡是一樣的。圖3為空間運(yùn)動(dòng)軌跡爬行機(jī)構(gòu)右半邊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。

圖3 空間運(yùn)動(dòng)軌跡爬行機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

伺服電機(jī)帶動(dòng)主動(dòng)輪1旋轉(zhuǎn)，同步傳動(dòng)帶將其產(chǎn)生的動(dòng)力傳遞到從動(dòng)輪2上。上肢空間軌跡爬行裝置中，與從動(dòng)輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)輪盤3帶動(dòng)連桿4運(yùn)動(dòng)，故在連桿4上面的上肢把手可以沿橢圓軌跡旋轉(zhuǎn)(如圖4)。下肢空間軌跡爬行裝置中，與從動(dòng)輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)輪盤3，通過連桿6帶動(dòng)滑塊7移動(dòng)，連桿10可繞機(jī)架擺動(dòng)，滑塊7帶動(dòng)滑塊9和滑塊13移動(dòng)。在滑塊7和滑塊9的共同作用下，在連桿12上的腿部支撐可實(shí)現(xiàn)從1位置到2位置往復(fù)移動(dòng)(如圖5)。

圖4 上肢把手運(yùn)動(dòng)軌跡

圖5 腿部支撐運(yùn)動(dòng)

被動(dòng)訓(xùn)練時(shí)，電磁離合器接合，電機(jī)帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)同步傳動(dòng)帶運(yùn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)動(dòng)輪盤轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)上肢把手沿橢圓形軌跡運(yùn)動(dòng)和腿部支撐做往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)(30°～0°)和前后移動(dòng)。主動(dòng)訓(xùn)練時(shí)，電磁離合器分離，患者驅(qū)動(dòng)上肢把手沿橢圓軌跡轉(zhuǎn)動(dòng)和腿部支撐往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)和前后移動(dòng)，以帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)輪盤轉(zhuǎn)動(dòng)。補(bǔ)償訓(xùn)練時(shí)，角度傳感器可以測(cè)得轉(zhuǎn)動(dòng)輪盤的角度變化，在使用者無法完成主動(dòng)訓(xùn)練時(shí)，由角度傳感器提供的角度變化，可以通過電腦計(jì)算出電機(jī)要提供的力矩，從而帶動(dòng)使用者完成康復(fù)訓(xùn)練。為了防止上肢把手和腿部支撐左右移動(dòng)，上肢把手和腿部支撐分別卡在連桿和支撐機(jī)構(gòu)里。為了適用于不同身高的使用者，上肢把手可以調(diào)節(jié)在上肢支撐連接桿上的位置，腿部支撐可以調(diào)節(jié)與腿部支撐板的相對(duì)位置，根據(jù)文獻(xiàn)[23]，設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)適用于身高155～185 cm(上肢長(zhǎng)度450～700 mm、小腿長(zhǎng)度400～600 mm)的使用者。三種訓(xùn)練模式下，為了模仿爬行動(dòng)作，在轉(zhuǎn)動(dòng)輪盤的帶動(dòng)下，同側(cè)上下肢運(yùn)動(dòng)方向相反。

1.2 輔助爬行運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

結(jié)構(gòu)中引入了輔助爬行運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)在不同程度減重下進(jìn)行多種模式訓(xùn)練，適合腦卒中較為嚴(yán)重的患者進(jìn)行初期康復(fù)訓(xùn)練。輔助爬行運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中可以上下調(diào)節(jié)腹部托板位置，左右調(diào)節(jié)其傾斜度以適用不同患者和不同訓(xùn)練模式。輔助爬行運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由三個(gè)部分組成：高度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)(1、2)，輔助調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(3)和腹部托板(4、5、6、7)(見圖6)。輔助爬行運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由兩個(gè)直線電機(jī)調(diào)節(jié)腹部托板的高度，直線電機(jī)推桿伸出，腹部托板升高；反之，腹部托板降低。在此過程中，輔助爬行運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以輔助高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)腹部托板高度，保證腹部托板平穩(wěn)上升或者下降。在進(jìn)行單側(cè)訓(xùn)練時(shí)(向左側(cè)傾斜或向右側(cè)傾斜)，一邊的直線電機(jī)的推桿保持伸長(zhǎng)度不變，另一邊直線電機(jī)的推桿伸長(zhǎng)，推桿末端的滾輪在滾輪槽滾動(dòng)，使腹部托板傾斜，從而滿足訓(xùn)練模式的要求。腹部托板安裝在腹部托板支撐上，并且與腹部托板支撐之間裝有壓力傳感器，這樣就可以測(cè)出減重程度，目的是根據(jù)患者的病愈狀況對(duì)訓(xùn)練模式進(jìn)行合理的選擇。高度調(diào)節(jié)的范圍295～415 mm，傾斜角度調(diào)節(jié)范圍0°～20°。

圖6 輔助爬行運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

2 空間運(yùn)動(dòng)軌跡爬行裝置運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析

采用軟件對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真分析，獲得機(jī)構(gòu)的同步帶驅(qū)動(dòng)輪角速度和輸出力矩，可以反映機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性；通過計(jì)算得出電機(jī)轉(zhuǎn)速和電機(jī)扭矩，對(duì)電機(jī)進(jìn)行選型。

2.1 空間運(yùn)動(dòng)軌跡爬行機(jī)構(gòu)仿真分析

被動(dòng)爬行訓(xùn)練時(shí)，不同的運(yùn)動(dòng)角度，對(duì)于動(dòng)力的要求不一樣，我們仿真時(shí)按最高要求設(shè)定相關(guān)參數(shù)。很容易看出當(dāng)人體與水平面成20°時(shí)，動(dòng)力機(jī)構(gòu)需要輸出的力最大。根據(jù)國(guó)民體質(zhì)監(jiān)測(cè)公報(bào)以及人機(jī)工程學(xué)相關(guān)數(shù)據(jù)，我國(guó)成年男性平均體質(zhì)量為67.8 kg，成年女性平均體質(zhì)量為59.5 kg，考慮安全系數(shù)，患者體質(zhì)量取100 kg。通過SolidWorks軟件計(jì)算可知把手質(zhì)量為m1=2.5 kg，腿部支撐質(zhì)量為m2=13 kg，兩側(cè)動(dòng)力機(jī)構(gòu)需要帶動(dòng)的質(zhì)量按120 kg計(jì)算，每側(cè)各帶動(dòng)60 kg。直線導(dǎo)軌摩擦系數(shù)取f=0.05。正常人行走的速度為1 m/s，人在跪姿的時(shí)候腿長(zhǎng)相對(duì)縮短了一半，所以爬行速度取0.5 m/s；由于運(yùn)動(dòng)時(shí)左右相對(duì)運(yùn)動(dòng)，所以正常單邊速度為0.25 m/s。由于是被動(dòng)運(yùn)動(dòng)而且患者行動(dòng)能力差，所以速度不宜過快以免造成運(yùn)動(dòng)損傷，綜合考慮，最高被動(dòng)運(yùn)動(dòng)速度定為0.2 m/s。

將單側(cè)裝配好的空間運(yùn)動(dòng)軌跡爬行機(jī)構(gòu)導(dǎo)入SolidWorks Motion模塊進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，首先在整個(gè)仿真環(huán)境中加入重力，將空間運(yùn)動(dòng)軌跡爬行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)成與水平方向成20°。其次安裝一個(gè)旋轉(zhuǎn)馬達(dá)通過齒輪帶動(dòng)同步輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)上下肢爬行機(jī)構(gòu)。在上下肢機(jī)構(gòu)所有與支撐板接觸的滾動(dòng)軸承和支撐板之間添加實(shí)體接觸，摩擦系數(shù)取f=0.05，打開精確接觸。仿真結(jié)果見圖7、圖8。

圖7 驅(qū)動(dòng)齒輪仿真分析角速度

圖8 驅(qū)動(dòng)齒輪仿真分析輸出力矩

由SolidWorks Motion模塊運(yùn)動(dòng)仿真得到傳動(dòng)帶驅(qū)動(dòng)輪最大轉(zhuǎn)速為n1=528°/s，輸出力矩最大為M1=5.6 N?m。

2.2 空間運(yùn)動(dòng)軌跡爬行機(jī)構(gòu)電機(jī)的選型

相對(duì)于無刷直流電機(jī)和伺服電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)受控于脈沖電流，輸出的角位移嚴(yán)格與輸入的脈沖數(shù)量成正比，角速度嚴(yán)格與頻率成正比。為了滿足醫(yī)療器械高精度和安全性的要求，本設(shè)計(jì)選用步進(jìn)電機(jī)為整個(gè)裝置提供動(dòng)力。

步進(jìn)電機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)軸與一個(gè)分度圓直徑d1=72 mm的圓柱齒輪帶動(dòng)分度圓直徑d2=120 mm的圓柱齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，分度圓直徑120 mm的圓柱齒輪與傳動(dòng)帶小齒輪同軸。傳動(dòng)帶小齒輪最大轉(zhuǎn)速為n1=528°/s。計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速的公式如下：

同步帶小齒輪輸出力矩最大為M1=5.6 N?m。計(jì)算電機(jī)扭矩的計(jì)算公式如下：

代入數(shù)據(jù)計(jì)算得電機(jī)最大轉(zhuǎn)速為n=88 r/min，電機(jī)最大輸出扭矩為3.36 N?m?？紤]到同步帶安裝誤差，以及其他摩擦因素等，特選擇大扭矩電機(jī)，以保證爬行運(yùn)動(dòng)的流暢。因此選擇86閉環(huán)步進(jìn)伺服電機(jī)，電機(jī)型號(hào)為L(zhǎng)C86H2128，其各項(xiàng)參數(shù)為：額定輸出功率90 W，額定電壓24 V(直流電)，額定電流6 A，最大輸出轉(zhuǎn)矩10 N?m。

3 空間運(yùn)動(dòng)軌跡關(guān)鍵部件有限元分析

對(duì)空間運(yùn)動(dòng)軌跡爬行訓(xùn)練裝置系統(tǒng)的受力情況進(jìn)行分析。裝置中的關(guān)鍵受力部分為輔助爬行運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的推桿頂端和滾輪的連接軸和空間軌跡運(yùn)動(dòng)爬行機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)輪盤。輔助爬行運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的連接軸，主要承受來自運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和患者的壓力，運(yùn)動(dòng)時(shí)該部件受力較大。根據(jù)上文仿真與受力分析可知，患者最大質(zhì)量設(shè)為100 kg，患者與減重爬行機(jī)構(gòu)中的腹部托板支撐、壓力傳感器、腹部托板的總質(zhì)量合為132 kg，由此來設(shè)計(jì)仿真初始條件進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)上文計(jì)算分析可得，在四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)輪盤中，上肢空間運(yùn)動(dòng)軌跡爬行機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)動(dòng)輪盤與上肢連桿的連接處受力較大為164.5 N。將以上部件從SolidWorks導(dǎo)入ANSYS Workbench進(jìn)行應(yīng)力、變形分析，以確定其滿足強(qiáng)度要求。

3.1 輔助爬行運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中推桿和滾輪的連接軸受力分析

由于輔助爬行運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中連接滾輪和推桿的軸受力較大，對(duì)材料強(qiáng)度要求較高，所以選擇軸承鋼GCr15，其各種屬性如表1所示。將輔助爬行運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)軸零件從SolidWorks導(dǎo)入Ansys Workbench中，對(duì)軸采用六面體主導(dǎo)的網(wǎng)格劃分方式(Hex Dominant)，在外層形成六面體網(wǎng)格，而在心部填充四面體網(wǎng)格[24]。并且選擇精細(xì)的劃分單元。最終劃分得到網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)為8931，網(wǎng)格單元數(shù)為2580。在裝配體中，軸與推桿是過度配合，所以采用固定約束(cylindrical support)，限制其徑向自由度。軸兩段承受的載荷最大為330 N，為了安全起見，我們假設(shè)患者的體質(zhì)量全部作用在腹部支撐上。所以推桿所受的載荷為軸承載荷(bearing load)，大小為F=330 N，方向?yàn)檩S的徑向。本零件的分析結(jié)果選取典型的等效應(yīng)力和變形量色帶表達(dá)圖，不同顏色表示不同數(shù)值，紅色為最大數(shù)值，藍(lán)色為最小數(shù)值。軸的應(yīng)力圖如圖9所示，變形量色帶圖如圖10所示。

表1 軸承鋼GCr15的屬性

圖9 軸的應(yīng)力分析

圖10 軸的變形量分析

由圖9可知，應(yīng)力最大點(diǎn)為軸與滾輪連接處，最大應(yīng)力為57 MPa，遠(yuǎn)小于軸承鋼的許用應(yīng)力259 Mpa(屈服強(qiáng)度518 MPa，安全系數(shù)取2)，所以滿足強(qiáng)度要求。由圖10可知，軸兩段變形量最大，最大變形量?jī)H有0.0308 mm，此變形極其微小，不影響裝置的使用，完全滿足剛度要求。計(jì)算結(jié)果表明滿足使用要求。

3.2 轉(zhuǎn)動(dòng)輪盤的受力分析

上下肢爬行結(jié)構(gòu)的是機(jī)構(gòu)的主要組成部分，且上肢爬行機(jī)構(gòu)中轉(zhuǎn)動(dòng)輪盤與上肢連桿的連接處受力較大，對(duì)材料強(qiáng)度要求較高，所以選擇45#鋼，其各種屬性如表2所示。將上肢爬行機(jī)構(gòu)中轉(zhuǎn)動(dòng)輪盤零件從SolidWorks導(dǎo)入Ansys Workbench中。由于轉(zhuǎn)動(dòng)輪盤是規(guī)則的形體，所以對(duì)其采用掃描的網(wǎng)格劃分方式(sweep)，這種劃分方法簡(jiǎn)單，六面體單元規(guī)則，計(jì)算精確方便[25]。同樣選擇精細(xì)的劃分單元。最終劃分得到網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)為11140，網(wǎng)格單元數(shù)為5448。在裝配體中，轉(zhuǎn)動(dòng)輪盤可在機(jī)架上轉(zhuǎn)動(dòng)。在運(yùn)動(dòng)過程中，連接處位于最低點(diǎn)時(shí)機(jī)構(gòu)處于最危險(xiǎn)的狀態(tài)。在轉(zhuǎn)動(dòng)輪盤的中心處添加圓柱約束(cylindrical support)，在連接處添加一個(gè)徑向向外的壓力164.5 N。轉(zhuǎn)動(dòng)輪盤的分析結(jié)果選取典型的等效應(yīng)力和變形量色帶表達(dá)圖，其應(yīng)力圖如圖11所示，變形量色帶圖如圖12所示。

表2 45#鋼屬性

圖11 轉(zhuǎn)動(dòng)輪盤應(yīng)力分析

圖12 轉(zhuǎn)動(dòng)輪盤變形量分析

由圖11可知，最大應(yīng)力發(fā)生在轉(zhuǎn)動(dòng)輪盤與上肢連桿的連接處，最大應(yīng)力為0.579 MPa，小于45#鋼的許用應(yīng)力177.5 MPa(屈服強(qiáng)度335 MPa，安全系數(shù)取2)，所以滿足強(qiáng)度要求。由圖12可知，轉(zhuǎn)動(dòng)輪盤下端變形量最大，但是最大變形量也僅有0.0000157 mm，不會(huì)影響裝置正常工作，完全滿足剛度要求。計(jì)算結(jié)果表明轉(zhuǎn)動(dòng)輪盤完全滿足使用要求。但是可以在連接處進(jìn)行倒圓角處理，避免應(yīng)力集中，效果會(huì)更好。

4 結(jié)果和討論

本設(shè)計(jì)是空間運(yùn)動(dòng)軌跡爬行訓(xùn)練裝置，可以在腦卒中患者康復(fù)過程中起到輔助爬行和鍛煉的作用。本裝置具有以下特點(diǎn)：①改變爬行訓(xùn)練裝置只能在水平面上往復(fù)爬行的缺陷，實(shí)現(xiàn)了可以在豎直平面內(nèi)模擬爬行軌跡的爬行；②利用輔助爬行運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)減輕使用者四肢負(fù)荷；③通過運(yùn)動(dòng)角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)完成不同模式的爬行運(yùn)動(dòng)，增加患者參與訓(xùn)練的積極性；④該設(shè)計(jì)還有運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)反饋的功能，方便醫(yī)生進(jìn)行評(píng)估。本設(shè)計(jì)還存在裝置質(zhì)量大的缺陷，但隨著材料科學(xué)的發(fā)展，可以選擇更輕便的材料，從而減輕裝置整體的質(zhì)量。

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