摘要：由于傳統(tǒng)騎行訓(xùn)練裝置運(yùn)動軌跡極限值偏低，導(dǎo)致下肢康復(fù)訓(xùn)練效果不足，為了滿足膝關(guān)節(jié)術(shù)后患者康復(fù)訓(xùn)練需求，提出一種能實(shí)現(xiàn)類三角形運(yùn)動軌跡特點(diǎn)的可變曲柄下肢騎行訓(xùn)練裝置，滿足用戶康復(fù)訓(xùn)練需求。通過分析用戶人群特征與需求，發(fā)現(xiàn)市場缺口與不同用戶群體痛點(diǎn)，明確設(shè)計(jì)目標(biāo)，結(jié)合人體下肢生理結(jié)構(gòu)與運(yùn)動特性，在Anybody環(huán)境下模擬得到相關(guān)肌群激活程度，進(jìn)而分析不同曲柄參數(shù)條件下騎行運(yùn)動的關(guān)節(jié)角（Pos）、關(guān)節(jié)角速度（Vel）以及肌肉激活程度（Activity）變化，得出裝置騎行訓(xùn)練活動范圍等關(guān)鍵參數(shù)，依據(jù)魯棒模型完成數(shù)學(xué)模型建立與計(jì)算，為裝置設(shè)計(jì)提供理論支撐。本文所提出的能實(shí)現(xiàn)類三角形運(yùn)動軌跡的可變曲柄下肢騎行訓(xùn)練裝置，通過肌電實(shí)驗(yàn)得出其較類圓形運(yùn)動軌跡的裝置而言，能使下肢主要肌群肌肉激活程度提高。從功能與結(jié)構(gòu)入手，運(yùn)用逆動力學(xué)分析與肌電實(shí)驗(yàn)對比分析，系統(tǒng)地提出了人體康復(fù)訓(xùn)練裝置的設(shè)計(jì)思路、方法及流程，有助于完善康復(fù)訓(xùn)練裝置體系，增強(qiáng)康復(fù)訓(xùn)練效能，為同類型康復(fù)訓(xùn)練裝置的設(shè)計(jì)、仿真及性能驗(yàn)證提供參考。

關(guān)鍵詞：AnyBody；騎行訓(xùn)練裝置；可變曲柄；sEMG；輔助康復(fù)

中圖分類號：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-0069（2024）23-0075-05

引言

膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎（KOA， Knee osteoarthritis）是一種復(fù)雜的退行性關(guān)節(jié)病，會導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)周圍肌力顯著衰退、下肢協(xié)調(diào)性降低，給患者日常生活帶來了嚴(yán)重影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)我國40 歲以上人群KOA 患病率已高達(dá)21.51%[1]，KOA 病情發(fā)展具有不可逆性，晚期時需要進(jìn)行重建性治療以及開展針對性康復(fù)訓(xùn)練才能使患者下肢功能恢復(fù)[2]，當(dāng)前康復(fù)輔具可以有效替代醫(yī)師完成部分康復(fù)治療訓(xùn)練內(nèi)容，從而有效減輕醫(yī)護(hù)人員負(fù)擔(dān)，并且康復(fù)輔具擁有成本低、效果評估客觀的優(yōu)勢，在此背景下康復(fù)輔具研究發(fā)展迅速，目前已經(jīng)成為下肢康復(fù)訓(xùn)練的重要形式之一[3]。但傳統(tǒng)康復(fù)輔具種類單一、使用不便、使用成本較高[4]，大多需要患者到專業(yè)醫(yī)療中心進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，會對患者造成較大的心理與經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[5]。針對現(xiàn)有痛點(diǎn)，本文將在人體運(yùn)動生物力學(xué)研究基礎(chǔ)上，將仿真模擬與肌電實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，轉(zhuǎn)化用戶需求為設(shè)計(jì)要點(diǎn)，進(jìn)行裝置設(shè)計(jì)，并通過可行性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，完成主客觀設(shè)計(jì)評價。

一、市場調(diào)研與需求分析

（一）使用環(huán)境劃分

根據(jù)使用環(huán)境可以將康復(fù)訓(xùn)練裝置劃分為家庭康復(fù)、醫(yī)療設(shè)施康復(fù)與老年護(hù)理康復(fù)3 種類別。得益于互聯(lián)網(wǎng)+ 醫(yī)療模式的推廣，通過遠(yuǎn)程康復(fù)指導(dǎo)和在線監(jiān)測，越來越多的患者在家中也能完成康復(fù)訓(xùn)練，便攜、易操作的家庭康復(fù)訓(xùn)練裝置逐漸受到市場青睞；醫(yī)院和康復(fù)中心依然是康復(fù)訓(xùn)練裝置的主要使用場景，這些機(jī)構(gòu)對康復(fù)設(shè)備的功能性、穩(wěn)定性和效果有著更高的要求，需要更加高精尖與針對性的康復(fù)訓(xùn)練裝置；作為老年人康復(fù)的重要場所，老年護(hù)理機(jī)構(gòu)對于下肢康復(fù)訓(xùn)練裝置的需求不斷增加，許多養(yǎng)老院和護(hù)理中心正在配備專業(yè)的康復(fù)設(shè)備，以提升服務(wù)水平。老年護(hù)理機(jī)構(gòu)對于康復(fù)設(shè)備的需求特點(diǎn)是操作簡便、安全可靠、適合老年人使用。

（二）市場環(huán)境分析

國際知名品牌如強(qiáng)生、飛利浦、GE 醫(yī)療、西門子等，一直在中國市場占據(jù)著較多市場份額，這些企業(yè)憑借先進(jìn)的技術(shù)和品牌影響力，贏得了不少高端用戶的青睞。近些年，國內(nèi)市場上也涌現(xiàn)出了一批優(yōu)秀的康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備制造企業(yè)，如邁瑞醫(yī)療、魚躍醫(yī)療、新華醫(yī)療等，這些企業(yè)通過不斷的技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品優(yōu)化，逐漸提高了市場競爭力。通過市場調(diào)研，對國內(nèi)市場排名較前的醫(yī)療設(shè)備制造公司及其主要研發(fā)方向進(jìn)行整理，見表1。 可以發(fā)現(xiàn)國內(nèi)市場相關(guān)醫(yī)療產(chǎn)業(yè)發(fā)展更傾向于醫(yī)學(xué)治療及器械耗材方面，康復(fù)訓(xùn)練裝置的研發(fā)則較少被行業(yè)巨頭們所重視，側(cè)面反映了我國市場對于康復(fù)裝置需求量大，市場前景廣闊。

（三）用戶需求分析

出于使用者不同需求，可將下肢康復(fù)訓(xùn)練裝置的使用人群進(jìn)行分類，從各自角度分析其特征、需求以及對康復(fù)訓(xùn)練裝置的期望，結(jié)果如表2。通過分析發(fā)現(xiàn)患者的主要需求圍繞下肢關(guān)節(jié)活動度恢復(fù)以及肌力訓(xùn)練，需要裝置能夠快速有效地幫助其完成下肢康復(fù)訓(xùn)練內(nèi)容。醫(yī)護(hù)人員的主要需求則集中在操作便捷、評估提醒功能的添加方面，對裝置的操作邏輯、界面設(shè)計(jì)以及軟件系統(tǒng)要求較高。

通過市場調(diào)研與需求分析可以發(fā)現(xiàn)近些年來家庭康復(fù)市場發(fā)展迅速，但大型醫(yī)療器械公司相關(guān)研發(fā)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)更多針對醫(yī)院與康復(fù)中心，一定程度上忽視了家庭康復(fù)環(huán)境的使用需求，造成了市場空缺。需要設(shè)計(jì)一款針對家庭使用環(huán)境的下肢康復(fù)訓(xùn)練裝置，其需滿足患者對下肢關(guān)節(jié)活動度以及肌力恢復(fù)的需求，并且要考慮裝置的成本與便捷性，減輕使用者經(jīng)濟(jì)與心理壓力。

二、基于AnyBody的下肢生物力學(xué)仿真

康復(fù)訓(xùn)練裝置設(shè)計(jì)過程中需要不斷采集、應(yīng)用人體運(yùn)動生物力學(xué)相關(guān)參數(shù)，從而保障所設(shè)計(jì)裝置的運(yùn)行規(guī)律與尺寸參數(shù)符合人體結(jié)構(gòu)，滿足使用者對下肢關(guān)節(jié)的活動度以及肌力訓(xùn)練的需求，并且能夠避免對人體造成二次傷害的可能性?，F(xiàn)有康復(fù)訓(xùn)練裝置的開發(fā)設(shè)計(jì)流程中包含著大量的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)制作與人體生理參數(shù)采集實(shí)驗(yàn)（如肌電信號采集實(shí)驗(yàn)與動作捕捉實(shí)驗(yàn)），需要經(jīng)過不斷地優(yōu)化迭代后才能完成裝置設(shè)計(jì)，并且在該過程中無法避免的會受到被試者樣本差異的干擾，造成所采集數(shù)據(jù)的不匹配進(jìn)而影響設(shè)計(jì)參數(shù)的計(jì)算。

仿真模擬在現(xiàn)有裝置設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用廣泛，相關(guān)軟件開發(fā)、學(xué)習(xí)平臺搭建已較為完善，對于使用者要求較低，可以較為快速地學(xué)習(xí)并使用仿真模擬軟件進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)的獲取，使設(shè)計(jì)者無需全程應(yīng)用肌電或者其他設(shè)備也可以完成較為科學(xué)合理的裝置研發(fā)與設(shè)計(jì)，有效替代部分實(shí)物樣機(jī)實(shí)驗(yàn)，降低康復(fù)訓(xùn)練裝置設(shè)計(jì)的成本與門檻。人體參數(shù)采集實(shí)驗(yàn)需要肌電與動作捕捉系統(tǒng)配合，每組實(shí)驗(yàn)之間被試者狀態(tài)、參數(shù)等都會影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，使用仿真模擬手段可以有效排除人體參數(shù)采集實(shí)驗(yàn)過程中的干擾項(xiàng)，更加簡單直觀地獲得裝置參數(shù)設(shè)置與人體運(yùn)動相關(guān)規(guī)律。并且可以有效降低裝置設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)優(yōu)化階段的成本與時間，通過多次仿真模擬可以得到單一變量下的裝置運(yùn)行參數(shù)與人體反饋結(jié)果，對于裝置研發(fā)效率將具有明顯提升。

相較于傳統(tǒng)裝置設(shè)計(jì)開發(fā)流程而言，以仿真模擬為主的設(shè)計(jì)方法可以有效降低康復(fù)訓(xùn)練裝置的設(shè)計(jì)難度與成本，將其與工業(yè)設(shè)計(jì)方法有機(jī)結(jié)合起來可以獲得更加合理可靠的裝置設(shè)計(jì)方案，從而解決現(xiàn)有問題。AnyBody 仿真軟件（AnyBody v7.4，AnyBody TechnologyA/S，丹麥）能夠模擬人體運(yùn)動生物力學(xué)，提供詳細(xì)的肌骨模型參數(shù)及分析結(jié)果，為下肢康復(fù)裝置的設(shè)計(jì)提供有力支持。

（一）仿真模型建立

AnyBody 軟件提供了豐富的模型庫和驅(qū)動算法， 可以完成對人體常規(guī)運(yùn)動的仿真與分析。在建模過程中， 混合使用AnyMuscleModel 模型與Hill 模型，確保數(shù)據(jù)輸出的準(zhǔn)確性，同時縮短仿真周期。仿真參數(shù)設(shè)置如表3 所示。

在AnyBdoy 軟件環(huán)境下進(jìn)行騎行仿真實(shí)驗(yàn)，需要調(diào)整騎行姿態(tài)人體模型位置角度使得其與騎行訓(xùn)練使用條件相近，建立騎行運(yùn)動人體模型，進(jìn)行模擬仿真。

（二）騎行運(yùn)動仿真模擬

通過設(shè)置關(guān)節(jié)驅(qū)動函數(shù)，建立騎行運(yùn)動仿真模型，進(jìn)行參數(shù)化仿真試驗(yàn)，以不同曲柄長度（70mm、100mm、140mm、170mm）和曲柄轉(zhuǎn)速（25r/min）進(jìn)行仿真，導(dǎo)出膝關(guān)節(jié)角度、角速度及各肌肉激活程度數(shù)據(jù)，如圖1。

由騎行運(yùn)動仿真模擬可知：骨骼肌激活程度與膝關(guān)節(jié)角度存在強(qiáng)相關(guān)性，屈伸運(yùn)動對下肢主要肌群（如股四頭肌、腘繩?。┯酗@著刺激作用。通過將不同曲柄長度下各肌群的激活程度數(shù)據(jù)整合，得到動作時間與肌肉激活程度曲線圖，如圖2 所示。

仿真結(jié)果顯示，膝關(guān)節(jié)角度最大值出現(xiàn)在1.1s，角速度最大值與最小值分別出現(xiàn)在0.4s 與1.6s。膝關(guān)節(jié)角度最大值隨曲柄長度增加而增加，角速度變化也隨之呈現(xiàn)正相關(guān)。將肌肉激活程度數(shù)據(jù)進(jìn)行整合處理后得到激活程度與時間關(guān)系變化曲線，如圖3 所示。

不同曲柄長度下的仿真結(jié)果顯示，曲柄長度越長，肌肉激活程度越高，以股二頭肌和股內(nèi)側(cè)肌為例，激活程度在曲柄長度增加時顯著提升。

研究結(jié)果表明：騎行運(yùn)動中的膝關(guān)節(jié)屈伸運(yùn)動對肌肉激活能力強(qiáng)，通過相應(yīng)訓(xùn)練動作可以有效地激活下肢肌群；曲柄長度與股二頭肌、股四頭肌等肌群的激活程度關(guān)聯(lián)度高，曲柄長度增加顯著提高了肌肉激活程度。結(jié)合仿真模擬結(jié)果，可對最終設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行展望：開發(fā)一種曲柄長度可自主調(diào)節(jié)、單電機(jī)驅(qū)動、實(shí)現(xiàn)類三角形運(yùn)動軌跡的騎行康復(fù)訓(xùn)練裝置。裝置功能可被概括為3 點(diǎn)：（1）靈活性，能夠根據(jù)患者具體需求調(diào)節(jié)曲柄長度，優(yōu)化運(yùn)動軌跡；（2）安全性，確保裝置在使用過程中不會對患者造成新的傷害；（3）高效性，通過科學(xué)設(shè)計(jì)和優(yōu)化，使裝置能夠有效激活下肢主要肌群，提升康復(fù)訓(xùn)練效果。

三、下肢騎行訓(xùn)練裝置設(shè)計(jì)

為了更好地滿足患者和醫(yī)護(hù)人員的需求，提升康復(fù)效果，本文提出了一種基于騎行裝置的下肢康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備設(shè)計(jì)方案。選擇騎行裝置作為設(shè)計(jì)載體的理由如下：（1）結(jié)構(gòu)簡單，騎行裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)相對簡單，便于制造和維護(hù)。（2）運(yùn)行穩(wěn)定，騎行裝置在運(yùn)行過程中能夠提供平穩(wěn)的運(yùn)動軌跡，減少不必要的震動和沖擊，有助于防止二次傷害。（3）接受程度較高，騎行運(yùn)動是一種廣泛接受的鍛煉方式，患者對其有較高的接受度和依從性。（4）相關(guān)研究較多，騎行裝置的相關(guān)軟件和交互研究較為豐富，為后續(xù)的改良設(shè)計(jì)提供了充足的理論和實(shí)踐支持。

（一）裝置原理

骨骼肌力的增強(qiáng)是康復(fù)訓(xùn)練的核心目標(biāo)，因此設(shè)計(jì)需重點(diǎn)考慮如何通過運(yùn)動裝置有效激活和增強(qiáng)下肢肌力。前文提到的市場需求和用戶需求分析表明，現(xiàn)有康復(fù)輔具在靈活性和個性化方面存在不足。因此，設(shè)計(jì)一種可調(diào)節(jié)的、基于騎行運(yùn)動的康復(fù)裝置，可以有效填補(bǔ)這一空白。具體裝置設(shè)計(jì)方案為一種曲柄長度可自主調(diào)節(jié)、單電機(jī)驅(qū)動、實(shí)現(xiàn)類三角形運(yùn)動軌跡的騎行康復(fù)訓(xùn)練裝置。該裝置能夠在下肢運(yùn)動可達(dá)域極限值范圍內(nèi)，通過改變曲柄長度來實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)動軌跡?，F(xiàn)有的曲柄長度調(diào)節(jié)機(jī)制包括滑動調(diào)節(jié)、齒輪組連桿機(jī)構(gòu)、電動缸、氣缸等。經(jīng)過分析，選擇齒輪連桿機(jī)構(gòu)將曲柄長度與下肢姿態(tài)相關(guān)聯(lián)，可以有效避免體積大和復(fù)雜控制功能的問題，裝置結(jié)構(gòu)原理如圖4所示。

（二）人機(jī)尺寸

為確保裝置運(yùn)動規(guī)律符合人體下肢結(jié)構(gòu)，使用者能夠舒適有效地完成康復(fù)訓(xùn)練動作，將從功能角度出發(fā)進(jìn)行裝置參數(shù)計(jì)算，以人機(jī)工程學(xué)標(biāo)準(zhǔn)人體尺寸及運(yùn)動范圍作為基礎(chǔ)進(jìn)行尺寸參數(shù)的設(shè)計(jì)。依據(jù)魯棒模型簡化人體下肢結(jié)構(gòu)，將下肢尺寸、關(guān)節(jié)角活動度等參數(shù)代入，建立騎行運(yùn)動下肢數(shù)學(xué)模型，模擬康復(fù)訓(xùn)練動作進(jìn)行推演，得出最適宜的裝置尺寸參數(shù)，如圖5、6 所示。

將騎行康復(fù)輔具曲柄長度與角度作為輸入量，可以計(jì)算得出人體下肢各關(guān)節(jié)角度，從而確定人體下肢姿態(tài)。其中曲柄旋轉(zhuǎn)中心坐標(biāo)設(shè)為（xcr，ycr）、腳踏與人體連接位點(diǎn)坐標(biāo)為（xp，yp）。

式中：

Lt——大腿長度/mm；Ls——小腿長度/mm；Lcr——曲柄長度/mm；θ1——大腿與水平面夾角/deg；θ2——小腿與水平面夾角/deg；θ3——曲柄與水平面夾角/deg。

通過AnyBody 仿真模擬數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)分析可知，康復(fù)訓(xùn)練過程中下肢運(yùn)動范圍與肌肉激活程度正相關(guān)，結(jié)合下肢運(yùn)動數(shù)學(xué)模型合理推算，康復(fù)訓(xùn)練軌跡越接近下肢運(yùn)動軌跡極限值，則肌肉激活程度越高，膝關(guān)節(jié)角活動范圍也增大，從而滿足肌力以及膝關(guān)節(jié)角度的康復(fù)訓(xùn)練需求。

曲柄實(shí)際長度為O 點(diǎn)到C 點(diǎn)距離，則曲柄總長Lcr 與θcr 之間的函數(shù)關(guān)系為：

式中：θcr——曲柄轉(zhuǎn)動角度/deg。

（三）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

騎行訓(xùn)練裝置由驅(qū)動電機(jī)、傳動齒輪組、傳動桿、滑軌滑塊、拉簧、腳踏以及機(jī)架組成，如圖7 所示。

下肢康復(fù)訓(xùn)練裝置的設(shè)計(jì)需要滿足改善關(guān)節(jié)活動度和增強(qiáng)肌肉力量的功能，協(xié)助患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。裝置需確保不同下肢參數(shù)的患者均可安全、有效地進(jìn)行訓(xùn)練，按照功能可將裝置劃分為支撐結(jié)構(gòu)、傳動結(jié)構(gòu)、阻尼結(jié)構(gòu)和驅(qū)動結(jié)構(gòu)4 部分：支撐結(jié)構(gòu)由機(jī)架組成，提供支撐和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，確保耐用性和穩(wěn)定性，支持患者進(jìn)行騎行訓(xùn)練；裝置傳動機(jī)構(gòu)由齒輪組與連桿組成，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換并維持運(yùn)動的方向和速度，確保裝置運(yùn)行的平穩(wěn)和有效性，傳動機(jī)構(gòu)可將單電機(jī)勻速轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為類三角形運(yùn)動軌跡輸出，從而滿足下肢康復(fù)訓(xùn)練需求；在曲柄上設(shè)置拉簧作為阻尼機(jī)構(gòu)，滿足不同姿態(tài)下的阻抗訓(xùn)練需求，拉簧還能作為人體與裝置之間緩沖，降低二次傷害的可能性；采用直流電機(jī)作為驅(qū)動機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)提供動力和控制運(yùn)動，其控制簡單、響應(yīng)快，滿足使用者對于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)與精確控制的使用需求。通過各結(jié)構(gòu)協(xié)同工作，下肢康復(fù)訓(xùn)練裝置能夠?yàn)榛颊咛峁┌踩?、有效的?xùn)練環(huán)境，助力康復(fù)過程。

四、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證裝置性能，將分別進(jìn)行運(yùn)動學(xué)仿真與實(shí)物驗(yàn)證對比分析。首先在SolidWorks 中將虛擬樣機(jī)與人體簡化模型匹配，能夠得到下肢關(guān)節(jié)角度、角速度等參數(shù)，并進(jìn)行對比分析，如圖8。

將實(shí)驗(yàn)組和對照組關(guān)節(jié)角度與角速度變化數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析后可知：膝關(guān)節(jié)角度變化曲線中實(shí)驗(yàn)組角度變化范圍更廣，主要變化范圍發(fā)生在伸展運(yùn)動時，實(shí)驗(yàn)組膝關(guān)節(jié)角運(yùn)動范圍提高了8.9%。通過對應(yīng)膝關(guān)節(jié)角速度變化關(guān)系則可得知，實(shí)驗(yàn)組與對照組角速度變化曲線線形相近，幅值相仿，偏差處于合理范圍內(nèi)，證明該裝置運(yùn)行過程符合康復(fù)訓(xùn)練安全需求，不會對患者下肢造成二次傷害。

裝置性能驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)將使用對照組實(shí)驗(yàn)方式，以類三角形運(yùn)動軌跡可變曲柄下肢康復(fù)輔具作為實(shí)驗(yàn)組、曲柄長度固定類圓運(yùn)動軌跡的常規(guī)騎行康復(fù)輔具作為對照組，利用肌電系統(tǒng)分別采集兩組被試者康復(fù)訓(xùn)練過程中下肢股四頭肌、腘繩肌和腓腸肌激活程度，并進(jìn)行數(shù)據(jù)對比分析，實(shí)驗(yàn)過程如圖9、10 所示。

分析積分肌電值（IEMG）結(jié)果可知，實(shí)驗(yàn)組肌肉的IEMG 值明顯大于對照組數(shù)據(jù)，并且相關(guān)肌群的肌電信號幅值、最大值、最小值等均比對照組肌電信號有著較大提升，可以證明裝置在肌肉激活程度方面對于下肢主要肌群有著更明顯作用，并且整個實(shí)驗(yàn)過程中所采集到的肌電信號波動規(guī)律，與裝置運(yùn)行周期契合。在實(shí)驗(yàn)過程中被試者均無下肢不適，實(shí)驗(yàn)裝置的啟停、反向以及調(diào)速等功能正常實(shí)現(xiàn)，以上結(jié)論可有效證明裝置的可行性。

結(jié)論

在老齡化社會背景下，膝骨關(guān)節(jié)炎（KOA）等下肢功能障礙的患病率屢創(chuàng)新高，醫(yī)療從業(yè)人員需要應(yīng)對不斷增加的患者需求和醫(yī)療挑戰(zhàn)。如何幫助這些醫(yī)護(hù)人員減輕工作壓力，已成為設(shè)計(jì)師們需要認(rèn)真思考的問題。文章深入研究了TKA 術(shù)后患者的需求及康復(fù)裝置的研發(fā)現(xiàn)狀，提出了結(jié)合逆動力學(xué)仿真模擬的康復(fù)訓(xùn)練裝置的設(shè)計(jì)思路與方法流程。針對傳統(tǒng)康復(fù)裝置種類單一、使用成本高的問題，通過迭代優(yōu)化設(shè)計(jì)流程，設(shè)計(jì)了可變曲柄下肢騎行訓(xùn)練裝置。這種裝置不僅有助于減輕患者負(fù)擔(dān)，還能提高康復(fù)訓(xùn)練效能，在相同訓(xùn)練周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高程度下肢肌群激活，從而滿足主被動階段轉(zhuǎn)換時患者肌力康復(fù)訓(xùn)練需求。

基金項(xiàng)目：教育部青年基金（21XJC760003）、陜西省青年杰出人才支持計(jì)劃配套基金（106-451420001）、裝備預(yù)研共用技術(shù)和領(lǐng)域基金（106-418321001）

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