摘要
随着交通和工作环境中出现的安全事故逐年累加，肢体残疾患者总数也在逐年增加。肢体残疾患者想要回归社会，完成运动功能代偿，最常见的方式即是佩戴假肢。作为假肢与残肢之间的界面，接受腔的设计直接影响到假肢功能的实现以及患者是否持续使用的选择。然而现有的接受腔的设计虽已注意到人体生理学和解剖学的问题，但只停留在概念性的设计上，并未针对人体前臂软组织生物特性做出具体性的设计，因此开发一款具有生物力学相容性的假肢接受腔具有重要的意义。 作为国家重点研发计划项目“具有双向神经通路的智能上肢假肢”（项目编号为2018YFB1307200）的组成部分，本文具体开展了以下工作： 本文对现有接受腔的技术和优缺点进行分析和归纳，结合假肢接受腔的使用需求，明确接受腔需要实现的“刚”“柔”切换功能，选择模块化单元作为接受腔的构成形式，通过设计模块化变刚度单元和适应多种情况的单元组合方案来实现接受腔的生物力学相容性。 首先设计模块化变刚度单元。通过机构设计和构型选择，选择弹簧组合形式实现模块化结构的变刚度，根据单元的设计指标及应用环境，选择直线有刷电机进行驱动，并采用线绳进行传动，设计变刚度单元结构并在单元中配置电位计，使接受腔具有位置感知功能。 然后结合人体前臂解剖学特性和生理学特性，对人体前臂进行生物力学实验，测量前臂的压入痛阈（施加压力和压入深度）及刚度变化曲线。对实验数据进行相关性分析，确定性别、左右臂及前臂形态学尺寸等因素和前臂痛阈的相关性；根据痛阈数据整理，选择接受腔内变刚度单元在前臂上作用的区域并确定不同作用区域变刚度单元的刚度变化范围；根据前臂软组织的刚度曲线，确定变刚度单元输出刚度的变化范围。 之后是对变刚度单元组合方案的设计。首先结合人体前臂解剖学特征对不同数量变刚度单元组合的受力进行分析，根据力平衡和状态切换原则选择接受腔内变刚度单元的数量。然后根据患者的残肢情况，分别设计适用于短残肢和长残肢的接受腔框架和单元组合方案；结合前臂生物力学实验得到的力学指标，根据输出刚度对变刚度单元的状态进行定义，并设计适用于不同情况下的单元组合方案。 最后进行实验测试验证。首先搭建测试平台，对变刚度单元的输出刚度特性进行测量和验证，之后进行硬件和软件搭建对接受腔整体进行测试，测试接受腔在不同状态间切换所需时间及不同状态下的接受腔对假肢力与运动传递精度的影响，通过数据分析对接受腔整体效果进行评价。
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