生物融合式腰椎牵引外骨骼机构的设计与仿真

本研究设计了一种用于治疗脊柱退行性疾病的生物融合式腰椎牵引外骨骼。基于对腰椎尺寸以及运动范围的确定,应用生物融合式机构设计理念得到人机闭环机构。通过设计一种机逆人正的运动学数学模型,获得在人体腰部运动安全范围内的腰椎牵引外骨骼的驱动器长度和姿态工作空间,以验证设计的合理性,确保穿戴的安全性。最后,通过角度传感器采集受试者在穿戴外骨骼不牵引(WN-T)和穿戴且牵引(WT)两种情况下的前屈后伸和左右侧屈的运动角度。结果显示,本研究的生物融合式腰椎牵引外骨骼在WT情况下前屈、后伸和侧屈的最大角度分别为47.6°、11.2°和25.7°。结果验证了牵引角度均满足设定的安全范围,生物融合式腰椎牵引外骨骼具有良好的牵引效果。