為滿足下肢殘障者和老年人的康復(fù)鍛煉需要，通過對(duì)肢體運(yùn)動(dòng)特性分析，采用曲柄連桿機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)出既具有普通輪椅的代步功能、又能進(jìn)行肢體康復(fù)運(yùn)動(dòng)鍛煉的康復(fù)輪椅。采用兩套傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，分別控制人體左右肢體的運(yùn)動(dòng)，以滿足肢體運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)性。利用UG 軟件對(duì)康復(fù)輪椅進(jìn)行三維建模和運(yùn)動(dòng)仿真分析，進(jìn)一步對(duì)設(shè)計(jì)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(yùn)動(dòng)與鍛煉，對(duì)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。康復(fù)輪椅在設(shè)計(jì)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。基于此，在人-機(jī)-環(huán)境系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)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(duì)康復(fù)輪椅進(jìn)行三維建模和運(yùn)動(dòng)分析，優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jì)分析

　　1.1、肢體運(yùn)動(dòng)特性分析

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

　　坐在康復(fù)輪椅上人的腿部動(dòng)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(dòng)和伸展，促進(jìn)腿部行走功能的恢復(fù)。康復(fù)輪椅通過驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)滑塊和踏板運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)前臂和小腿的屈伸運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)人體上肢和下肢骨骼和肌肉的康復(fù)鍛煉。

　　1.2、運(yùn)動(dòng)原理

　　康復(fù)輪椅采用兩套肢體運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，分別控制人體左側(cè)和右側(cè)肢體的運(yùn)動(dòng)，以保證上下肢運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)性。上肢運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)扶手上的滑塊滑動(dòng)或擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)前臂的屈伸運(yùn)動(dòng);下肢運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)踏板擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)小腿的屈伸運(yùn)動(dòng);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(dòng)完成代步功能。機(jī)構(gòu)運(yùn)功原理如圖1 所示。

圖1 機(jī)構(gòu)運(yùn)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(jì)符合人體運(yùn)動(dòng)學(xué)的基本規(guī)律。通過對(duì)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)仿真分析，機(jī)械運(yùn)動(dòng)符合設(shè)計(jì)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(shí)際情況，實(shí)現(xiàn)了代步和康復(fù)鍛煉的雙重作用。