9、手腕防护与下肢外骨骼髋关节弹性单元设计研究

手腕防护与下肢外骨骼髋关节弹性单元设计研究

一、手腕防护紧度的影响

手腕防护的紧度对于手腕的良好防护效果至关重要。佩戴具有一定紧度的手腕防护装备，能够在确保手腕冠状面屈伸运动的同时，尽量减少围绕水平面、矢状轴和垂直轴的屈伸以及旋前活动。随着压力的增加，手腕的屈伸角度、内收外展角度和旋转角度会相应减小，这进一步说明压力对手腕关节的运动角度有一定的限制作用。

当手腕关节受到的紧压力在584.3 - 600.6 mN时，能够有效固定和保护手腕关节。结合手腕关节的舒适度，确定在打乒乓球时佩戴手腕防护装备的最佳压力范围为584.3 - 600 mN，以满足在打球时既能保护手腕又能让人体感觉舒适的需求。

二、下肢外骨骼髋关节弹性单元设计

2.1 研究背景

由于中风和脊髓损伤导致的偏瘫和截瘫患者逐年增加，这些患者长期卧床或依靠轮椅活动，给家庭和社会带来巨大负担。因此，国内外研发了许多下肢外骨骼机器人来辅助患者进行日常行走和康复训练。

串联弹性驱动器（SEA）具有低阻抗、输出力稳定、减震缓冲和高功率密度等优点，其应用于下肢外骨骼机器人能满足柔性关节驱动需求，提高对外部环境的适应性。由于人体关节旋转的运动特点，扭转串联弹性驱动器目前广泛应用于下肢外骨骼机器人。然而，现有的弹性体结构普遍存在传动扭矩小的问题，需要通过传动机构增加扭矩来驱动负载，这增加了下肢外骨骼机器人的重量，不利于患者佩戴。

2.2 髋关节弹性体技术指标分析

设计目标是为髋关节设计一种紧凑轻便的旋转弹性体，尽可能减少质量和空间，直接加载电机和人体髋关节，承载扭矩负载而无需传动机构放大。考虑到可行性和个体差异，将弹性体的最大