上肢康复辅助外骨骼机械臂结构设计

这款穿戴式上肢外骨骼结构，核心面向卒中后上肢运动功能障碍患者的院内康复训练、居家日常动作辅助场景，同时可适配轻负重作业场景下的上肢肌力助力需求，解决传统康复训练依赖治疗师一对一徒手操作、训练强度与动作一致性难以稳定控制的痛点。从结构布局来看，整体采用人机工程学贴合设计，穿戴端分为躯干固定模块、大臂支撑模块、小臂承托模块与末端手部固定模块四个部分，躯干固定模块采用宽幅绑带与硬质支撑骨架结合的结构，支撑骨架贴合人体腰背部与侧胸轮廓，绑带采用可调节长度的魔术贴结构，可适配不同胸围、肩宽的穿戴者，安装边界上躯干支撑部分的横向调节范围覆盖32cm至48cm的胸廓宽度，纵向支撑条长度可在25cm至38cm区间调整，避免对穿戴者的胸腹部活动造成压迫。大臂支撑模块设置了弧形贴合托板，托板内侧预留了柔性衬垫安装槽，托板与躯干骨架之间通过多自由度铰接盘连接，铰接盘集成了肩屈、肩伸、肩外展三个方向的转动副，转动副处设置了阻尼调节结构，可根据训练阶段调整关节活动阻力，既可以在被动训练阶段锁定关节角度维持肢体良肢位摆放，也可以在主动训练阶段提供恒定阻力实现肌力强化训练，大臂托板的周向调节范围适配22cm至36cm的大臂围度，长度方向覆盖18cm至28cm的大臂长度区间，避免对腋窝处的血管神经造成压迫。小臂承托模块与大臂模块之间通过肘关节铰接结构连接，铰接轴的转动中心与人体肘关节的生理转动中心完全重合，避免穿戴过程中出现关节对位偏差造成的二次损伤，小臂承托段同样设置了可调节绑带，适配18cm至30cm的小臂围度，承托长度可在15cm至25cm区间调整，满足不同身高使用者的小臂长度适配需求。末端手部固定模块采用分指固定结构，每根手指对应独立的铰接连杆，可跟随手指的屈曲、伸展动作同步运动，手部固定座的掌宽调节范围覆盖7cm至12cm，可适配不同手型的使用者，手指连杆处预留了驱动绳安装孔位，后续可拓展绳索驱动或微型电机驱动结构，实现手指精细动作的辅助训练。整体结构的连杆部分采用镂空轻量化设计，在保证结构刚度的前提下降低整体自重，减少穿戴者的额外负重，各转动副处均设置了机械限位结构，关节活动范围严格匹配人体上肢的生理活动角度，其中肩关节前屈最大活动角度限制在180度、后伸限制在60度、外展限制在180度，肘关节屈曲最大角度限制在150度、伸直限制在0度，避免关节过伸造成的运动损伤。在实际使用场景中，该结构既可以搭配无动力阻尼模块实现低成本的居家康复训练辅助，帮助患者完成抬臂、屈肘、取物等日常生活动作的训练，也可以加装动力驱动模块与肌电信号采集模块，实现康复科内的智能化主动康复训练，实时采集患者的肌电信号与关节活动角度，动态调整辅助力大小，匹配患者不同恢复阶段的训练需求。结构设计过程中充分考虑了穿戴的便捷性，所有绑带均设置在肢体外侧，使用者可单手完成穿戴与松紧调节，各模块之间采用快拆销钉连接，可根据患者的肢体损伤情况快速拆装对应模块，比如针对单纯肘关节损伤的患者，可快速拆除手部固定模块与肩关节多余自由度结构，仅保留肘关节训练部分，提升设备的场景适配性。安装边界上，整体结构在人体穿戴状态下的外侧突出量不超过12cm，避免在日常活动中剐蹭周边物体，各铰接处的转动间隙控制在0.2mm以内，保证关节活动的顺畅性，不会出现卡顿或旷量过大导致的动作偏差，支撑骨架的边缘均做了圆角倒钝处理，避免尖锐棱角划伤使用者或勾挂衣物。