基于生物力学的老年人坐立辅助座椅设计与研究

由于下肢肌肉力量衰退导致坐立转换不便影响老年人日常生活的现象,已成为人口老龄化的突出问题,有效地辅助老年人坐立转换显得尤为重要。文中通过分析座椅辅助坐立姿势转换过程,建立了椅面辅助坐立转换的人体生物力学模型,获得了椅面倾角、椅面支持力、人体重力和单侧下肢肌肉群合力之间的关系,从生物力学的角度证明了椅面支持力可有效辅助老年人进行坐立转换;基于辅助坐立转换生物力学模型和老年人坐立转换规律设计了最优化椅面连杆机构;通过椅面受力分析得到了3种坐立辅助座椅优选设计方案,采用F1/T关系评价获得了最优化辅助坐立转换座椅设计方案,可有效减小老年人坐立转换过程中下肢肌肉群合力的13%~42%,对助老机械的设计开发具有一定的参考价值。

一种如厕坐立辅助装置的设计

本文通过Delmia软件根据追踪如厕过程中的人体髋关节运动轨迹,通过Matlab软件对所得轨迹进行曲线拟合,应用解析法进行连杆机构设计,实现与人体髋关节在如厕过程中相同的运动轨迹,并使用Solidworks软件设计如厕坐立辅助装置的机械结构,并进行了强度和刚度的校核计算,验证了结构设计的合理性。

辅助坐立手杖研究与设计

针对传统手杖应用的局限性,设计了一款辅助坐立手杖,通过机构重构实现手杖与座椅状态的切换,辅助用户行走与就坐。首先,基于人体自然坐立模型进行了立姿与坐姿尺寸特性测量实验。然后,提出了一种辅助坐立手杖机构,并将尺寸特性测量结果作为该机构尺寸设计的输入参数,完成了该机构功能尺寸设计。最后,运用ADAMS软件进行了运动特性仿真实验。实验结果表明:在手杖状态与座椅状态时,主杆高度、座面与地面的高度差分别为788mm和405mm,符合人体立姿侧向手握距离与坐姿小腿加足高要求。该辅助坐立手杖的设计符合人机工程学,可以在医疗辅助领域推广使用。