智能腰椎外骨骼的设计与探究

作者:汪志航; 喻洪流; 石萍
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目的针对腰椎外骨骼功能单一、多为串联机构的特点,设计一种智能腰椎外骨骼,不能满足腰椎单关节多关节的需要。方法根据腰椎运动的耦合特性,将该设备的主要机械结构设计为4-eiffel塔,包括绷带和带有子母扣的线性驱动器。控制系统采用模块化设计,主控制器电源模块、驱动模块、执行器和人机交互模块的软硬件设计。在外骨骼性能测试中,测试了旋转时的屈曲、伸展、侧屈和角度,以及动力辅助牵引时的下拉力。最后,对10名受试者进行了动力辅助牵引试验,并测量了腰椎区域,以验证外骨骼的有效性。结果不同模式下的外骨骼角度与设定角度误差均小于1,满足设定要求。动力辅助牵引下的拉力为0~400N,系统运行安全稳定,保证了人身安全。在辅助牵引过程中,竖脊肌(LES)、均方根值(RMS)的腰椎肌电信号显著下降(P<0.05),肌电信号和RMS(胸椎竖脊肌(TES)的肌电信号也呈下降趋势。结论作者设计的智能腰椎外骨骼具有多种康复训练模式,可以大大减少辅助牵引过程中腰部肌肉的活动和疲劳。这是降低腰痛发生几率的有效方法。