坐姿可调节轮椅结构设计与分析

轮椅是瘫痪患者和失能老人首要的辅助性工具,可提供代步功能,但普通轮椅无法主动调节瘫痪患者和失能老人的坐姿,长时间保持同一坐姿会使人体肌肉产生紧张和疲劳感,不利于血液流通和代谢,甚至出现肌肉疼痛和慢性劳损。针对该问题,在普通轮椅的结构基础上进行改进,以双作用液压缸和步进电机作为动力源,设计了一款可调节瘫痪患者和失能老人坐姿的轮椅,轮椅折叠机构用于调节靠腿与坐垫、靠背与坐垫间的角度;俯仰调节机构用于调节坐垫与水平面的角度;坐垫调节机构和靠背调节机构用于调节人体在轮椅上的坐姿。轮椅运行分为手动和自动两种模式,手动模式可单独控制某个机构运行,用户可自行调节坐姿,自动模式轮椅按照设定程序运行,可及时调节瘫痪患者或失能老人的坐姿。使用SolidWorks构建坐姿可调节轮椅的三维模型,使用Ansys Workbench对轮椅主要承力部分进行有限元分析。结果表明,轮椅主要承力部位所受最大应力为81.4 MPa,最大应变为0.0012 mm,小于7050-T7451铝合金的许用应力。使用Adams对轮椅进行运动学仿真,得到人体模拟Marker点的位移图和速度图。结果表明,轮椅运行平稳,无明显冲击。

坐姿与体型对功能沙发坐感的影响

目的探究使用功能沙发时,不同坐姿与座面及靠背体压特征量的关系,以及体型差异是否会在沙发使用时对坐感产生的影响。方法采用选取标准、偏瘦与偏重各6名被试,体压分布测量法及主观评价法。结果靠背角度与座面、靠背平均压力呈线性关系,舒适角度范围在120°至140°之间;腿板角度与座面平均压力呈二次函数关系,舒适角度范围在45°至75°之间;头枕角度与靠背平均压力呈线性关系,舒适角度范围为大于0°小于30°内。在相同舒适坐姿下,不同体型被试之间各压力指标无显著性差异。结论本项研究结果可应用于未来沙发坐姿自动调控设计,通过压力传感器与PLC编程控制系统实现各部位角度的调控。利用角度与平均压力之间的变化关系,及各部位舒适角度范围,为沙发坐姿调节功能优化设计提供数据依据。

如厕智能轮椅并联调节机构的设计与分析

针对下肢运动功能障碍患者行动受限和无法独立如厕的难题,开发出一款同时解决代步和如厕功能的智能轮椅。在分析如厕过程中起坐规律的基础上,提出一种含耦合支链的平面两自由度并联机构,实现乘坐高度和坐-站姿态调节,并通过考虑椅面高度和倾角范围的可量化评价函数确定机构关键连杆尺寸。为进一步认识此并联机构特性,进行运动学、静力学分析并完成零部件选型和整体设计工作。针对动平台末端理想轨迹需要两个驱动增加结构复杂性和占用便器空间的问题,提出利用加权平均函数寻找水平动滑块最优固定点的方法,实现单独驱动方式即可使末端实际轨迹贴近理想轨迹。试验结果表明该方案高度调节范围为290~550 mm能适应不同规格便器,并能在不同高度下完成如厕过程中坐-站姿态变换,满足了患者自主如厕和代步需求。