医用多位姿辅助支撑外骨骼机构设计与支撑性能评估

针对外科医生长时间保持手术姿态而造成的肌肉和关节损伤的现状,本文通过分析手术姿态,分别对不同关节进行构型研究,设计了一种具有多关节机构的医用多位姿辅助支撑外骨骼。然后通过建立人机静力学模型,本研究得到人体穿戴外骨骼前后的关节扭矩、关节力,并用有限元分析软件对外骨骼强度校核。结果表明,外骨骼最大应力小于材料强度要求,整体形变小,外骨骼结构强度满足使用需求。最后,本研究选取受试者参与足底压力试验,并结合人机静力学模型进行生物力学仿真,从足底压力、关节扭矩和关节力、肌肉力和肌肉总体代谢三个方面进行结果分析,以评估外骨骼支撑性能。结果表明,外骨骼对全身有较好的支撑性,能够减轻肌肉骨骼负担。本研究的外骨骼机构更匹配外科医生的实际工作需求,为医用支撑外骨骼机构设计提供了一种新的范例。