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下肢康复外骨骼机器人

设计师姓名:伍赛

指导老师:涂细凯

联系方式:747478058@qq.com

 

— 设计阐述 —

 

中风或者意外事故的伤害,导致了很多肢体功能障碍患者,他们需要定期进行大量的康复训练以维持肢体的基本功能,而康复外骨骼机器人作为智能机器人技术与康复治疗理论相结合的产物使其拥有传统人工辅助训练方法无法比拟的治疗效果和用户体验。这种方式减轻了患者对治疗医师的依赖,它能帮助医疗师完成重复枯燥的康复训练治疗,更好的帮助患者恢复其肢体运动功能,为人类带来了巨大的方便。但是,目前国内的外骨骼产品产业化推进速度非常慢,其原因在于我国外骨骼产品尚处于样机测试阶段,还存在造型呆板、结构笨重等问题。为了解决这一短板,本设计拟结合用户的感性需求以及产品的功能需求,将工业设计与机械设计相融合,旨在设计一款造型美观且结构合理的轻型下肢康复外骨骼机器人。

 

— 产品展示图 —

 

— 思维导图 —

下肢康复外骨骼系统的思维导图主要从七个方面进行了分析:分别是背景分析、用户分析、现有治疗方式分析、下肢康复外骨骼产品现状分析、下肢康复外骨骼基本结构构成分析、设计目标分析以及设计实践分析。

 

— 设计调研 —

市场:肢体功能障碍者数量庞大,需要定期进行康复训练,康复外骨骼机器人市场广阔。

 

患者:传统康复训练方法使患者容易感到疲劳,需要支撑和省力机构;患者自身有愧疚感,不想麻烦他人,想自己进行单独训练。
护工:重复动作,过程枯燥无味,消磨耐心,想要解放;长时间工作容易疲劳;无法保证每次动作都很规范,训练效果不佳。
训练方法:机器人辅助训练与传统人工辅助训练相比较,效果更好,成本减半,还能减少医护人员的数量。机器人在不久的将来一定会成为残障者行动辅助和康复训练的标准装备。

 

产品:国外外骨骼产品技术成熟但是价格昂贵。国内外骨骼产品处于样机测试阶段,造型呆板、结构笨重,对于外观和轻量化方面研究较少。

 

— 产品爆炸图及细节图 —



 

下肢康复外骨骼根据功能目标其结构形态采用拟人化机构设计,其髋关节和膝关节具有似于人体下肢各关节的功能。下肢康复外骨骼单侧设置有五个自由度,其中髋关节、膝关节的屈/伸是主动自由度,同时为了穿戴的舒适,保留了髋关节内收/外展和踝关节的背屈/跖屈、内旋/外旋被动自由度。下肢康复外骨骼整体轮廓线条流畅,大小腿骨架采用镂空设计,赋有呼吸感和科技感,极大的提升了外骨骼产品的安全性、美观性以及舒适性。外骨骼主体零部件采用高强度的铝合金材料,其包含独立控制的髋关节和膝关节电机、充电电池以及控制箱中的计算机控制系统。大小腿、脚掌以及腰间的柔性绑带将使用者的身体与外骨骼固定在一起。外骨骼使用者可以通过躯干和重心的变化来控制外骨骼的行走,它能为肢体功能障碍者提供物理治疗方式并支持其独立行走。

 

— 使用场景 —

对于资金充裕的用户,可以自行购买外骨骼在家使用,从而省去了去医院进行康复训练的麻烦,同时穿上外骨骼能够辅助用户完成一些生活自理的动作,不仅提高了生活体验同时也减轻了家人的负担。而像是在老年群体和肢体功能障碍患者较多的医院或养老院,可以由机构统一购买外骨骼,免费或有偿租赁给需求者使用,这样可以降低机构的成本、减轻用户的负担,达到资源的最大利用,是最常用到的场景之一。

患者不能长期呆在室内,还需要经常去室外透透气,散散心。但是室外地形复杂,普通的轮椅通过性较弱,而穿戴式外骨骼则可以很好的解决这个问题,让穿戴者可以去更多的地方,极大的提高了残疾人和老年人的生活品质。

 

— 产品使用流程 —

 

借助互联网技术,将互联网与医疗结合起来,形成智慧医疗。医生可以对用户的健康和训练状况进行实时的监测,并根据最新的患者数据制定最合适的治疗方案反馈给用户,提高了用户体验与治疗效果。


本文为湖北工业大学工业设计学院 2020 线上毕业展系列专题报道之一,

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