《表1 轮椅姿态变换各部位参数》

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《基于轮椅的多姿态下肢康复训练系统的设计与仿真模拟分析》

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为了验证多功能轮椅的姿态变换的功能，本文基于多功能轮椅的三维模型，利用SolidWorks运动仿真模块对轮椅的姿态变换过程进行了运动学仿真[16]。在轮椅的姿态变换中，坐姿是作为站立和平躺之间的中间状态。依据人因工程学设计要求，轮椅的座椅平面一般采用后倾，座平面与水平面之间的夹角以3°—6°为宜，坐具的靠背适当后倾，与垂直面夹角以5°—15°为宜[17]。参考正常人体坐姿舒适角度，因此，本文确定了轮椅在坐立卧状态下髋关节和膝关节的各角度值如下表1所示。由坐姿到站立的变化过程，人体髋关节和膝关节旋转角度约为65°—80°。基于多功能轮椅的设计参数，利用与Solid Works无缝集成的COSMOS Motion三维动力学仿真软件，对从由坐姿到站姿，再到平躺姿势过程中的进行运动仿真分析[18]。添加轮椅的推杆电机的运动和连接铰链的角度约束，并在轮椅的上方添加100kg重力条件模拟人体使用环境，此外，还设置了机械限位的碰撞约束。轮椅姿态变换中的运动和动力仿真模拟的解算动画过程见图5。