换一批柔性气动康复手套结构仿生设计及优化仿真
Structural bionic design and optimization simulation of flexible pneumatic rehabilitation gloves
摘要目的 气动康复手套在手功能康复中的应用发展迅速,其具有重量轻、穿戴方便、安全性高等优点,但因人体手部尺寸具有个体化差异,气动康复手套普遍存在与手指关节尺寸匹配度不高和运动控制不精准等问题.为进一步提升康复训练过程中的人机相融性和驱动柔顺性,本文设计了一种基于结构仿生的柔性气动康复手套.方法 基于结构仿生设计方法,进行柔性气动康复手套结构设计,其主要包括手套本体、软体驱动器、固定件以及可调节组件等;针对3种不同底部设计结构的软体驱动器,进行了驱动器结构优化仿真;针对软体驱动器运动性能优化,开展了驱动器在0～60 kPa气压下的气固耦合模拟,对比其结构参数(t:气囊壁厚;u:气囊间连接层厚度)在不同数值下的弯曲性能、输出力以及所受的应力值;最后,制作了气动康复手套样机,并通过初步临床试用验证其实用性.结果 当气压载荷为60 kPa时,驱动器B和C的弯曲能力优于驱动器A,且驱动器C的应力小于驱动器B的应力,故选择驱动器C为最优驱动器设计结构.气囊间连接层厚度u相比于不同气囊壁厚t对驱动管弯曲性能影响更大,随着t的增大,驱动器的弯曲角度逐渐减小,但其输出力却相应增大;同样,当u增加时,驱动器的弯曲角度也会减小,同时输出力也随之增加,当t=2 mm、u=2 mm时,驱动器指尖输出力最大、弯曲运动应力最小,可提高手套的使用寿命.结论 本文基于结构仿生设计的柔性气动康复手套,可有效解决康复手套与人手指关节的匹配度问题,穿戴舒适、运动柔顺性较好,有助于提升手部运动康复训练效果.
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关键词
手功能康复康复手套软体驱动器结构设计仿真分析hand function rehabilitationrehabilitation glovesoftware driverstructure designsimulation analysis
分类号
R318（医用一般科学）
栏目名称
DOI
10.3969/j.issn.1002-3208.2025.06.001
发布时间
2025-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）
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