一種支持體重輔助上樓梯的行走輔助器機構概念設計

Conceptual Mechanism Design of a Walk-Assist Device for Weight-Support and Climbing Stairs

林壯岳(Chuang-Yueh Lin)

指導教授 ： 陳正光 ； 陳雙源

國立臺北科技大學/機電學院/機電整合研究所/碩士(2013年)

https://doi.org/10.6841/NTUT.2013.00642

摘要

本文提出一種可以支持體重輔助上樓梯的行走輔助器機構設計，它是以先前一種可以支持體重輔助行走之輔助器的基本架構為基礎而進行設計，以提供使用者在上樓梯與一般行走中提供適當的輔助力，分擔部分人體的重量，減少腿部肌肉與關節的負載。此輔具適用於仍擁有行走能力的使用者，受惠的對象不僅為殘障人士、關節退化的人、較年長的長者甚至一般人也可以使用。
本研究依據實際上樓梯與一般行走的膝關節和踝關節的運動軌跡，選取十一個精準位置，利用SolidWorks軟體所提供的限制條件功能，進行所需之連桿機構的尺寸合成，再利用SolidWorks軟體進行運動模擬，結果證實與實際運動軌跡非常近似，所以使用者於行走時，機構會隨著腿部移動而不會與人體腿部干涉，也不會妨礙腿部移動之範圍。此行走輔具的機構是由七連桿八接頭所構成，為兩個自由度的機構，其中一個自由度是由感測器來控制機構內的馬達，並根據大腿與小腿之間的角度來調整輔助作用力；另一個自由度則由使用者控制，達到能夠自然的行走、上樓梯或蹲下。使用者體重直接作用在機構內的坐墊上，透過機構的作用承受部份人體重量負載。此新型行走輔助器的設計已透過SolidWorks軟體進行干涉檢驗、動態模擬與分析，初步確認其可行性。

關鍵字

行走 ； 輔具 ； 體重 ； 關節 ； 機構

並列摘要

This thesis presents a mechanism design of walk-assist device for weight-support and climbing stairs. This novel design is based on the mechanism structure of the prior design of a weight-support and walk-assist device. It is suitable for the users capable of walking; therefore, it can benefit not only the handicapped, osteoarthritis patients, the elders, but also the ordinary persons.
The design applies 11 precision points taken from each trajectory of ankle and knee joints in climbing stairs and walking to synthesize the required mechanism via SolidWorks software. The obtained 7-link 8-joint mechanism has been checked and simulated in SolidWorks to verify the desired trajectories of ankle and knee joints. The designed mechanism is 2-DOF, therefore, one input is from the motor actuated by the sensors on the device, and the other input is from the user’s own walk. The user’s weight, applied at the seat cushion, can be fully or partially supported by the device itself. The preliminary feasibility of this novel design has been confirmed via the interference check, dynamic simulation and analysis in SolidWorks software.

並列關鍵字

Walk ； Assist Device ； Weight ； Joint ； Mechanism

參考文獻

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