一种前臂内外旋震颤抑制装置结构设计

针对外骨骼机器人在仿生性、便携性及人机交互性上的问题,在分析人体前臂进行内外旋过程中尺-桡骨运动机理的基础上,提出了一种利用形状记忆合金(SMA)弹簧驱动的人体前臂可穿戴的柔性外骨骼装置。首先,根据人体在发生静止性震颤时前臂肌肉中旋前圆肌、旋前方肌、旋后肌的运动机理,利用软件SolidWorks设计出了一种符合人体生物力学的外骨骼装置;然后,根据SMA弹簧收缩力与轴向拉伸长度的关系,对SMA弹簧进行了通电加热,弹簧产生的收缩力带动外骨骼装置完成对静止性震颤的被动抑制;最后,通过电机带动木质假手震动来模拟患者的发病状态,并借助Vicon动态捕捉系统记录前臂表面所贴附荧光球的运动数据。研究结果表明:前臂内外旋的角度有明显的下降,当分别将SMA弹簧拉伸至100 mm和120 mm时,其内外旋角度绝对平均值分别平均下降了45.07%和61.39%,该外骨骼装置可有效控制患者在震颤过程中的病症。该外骨骼的仿生性和柔顺性符合人体前臂的运动特性,其轻质、便携性可提高日常生活活动中的辅助效果,为上肢康复医疗领域提供新的视角和方法。