辅助人体站立系统的研究与设计

苏明亮，王新安，覃元元，何 想

(北京大学深圳研究生院，广东 深圳 518055)

0 引 言

随着全球人口老龄化趋势的加剧，老年人的市场需求越来越受到关注。由于生理机能逐年下降，下肢力量愈发不足，不少老年人存在站立困难的问题[1]。另外，脊髓损伤患者、膝关节乏力病人、下肢残疾人等，也面临同样困境。为了解决老年人和患者站立困难的问题，国内外众多专家学者进行了大量研究，提供了一些性能可靠的辅助站立方案，帮助老年人和患者自行站立，同时锻炼和调节他们的下肢肌肉，改善他们的生活自理能力。

随着计算机科技和嵌入式技术的高速发展，辅助站立系统也逐渐向高科技化、高性能化、高可靠性发展。美国公司Endorphin推出的一款辅助站立座椅[2]，通过使用闭环式调节系统，协助使用者进行站立训练，能够锻炼他们的下肢力量，改善心肺适应性。意大利一家公司设计了一款名为StruzzoPlus[2]的站立装置，既可调节座椅的高度，又可通过两侧扶手和腿部靠垫提供支撑力，帮助使用者完成站立动作。相比国外，国内的站立研究仍处于实验探索阶段；哈尔滨工业大学提出的起立康复机器人[3]和平面连杆辅助起立系统[4]，采用两种不同的装置结构进行实现，帮助使用者完成康复训练，具有较高的研究价值和医学价值。但由于高昂的研究成本和用于康复治疗的目的，辅助站立设备在国内普通家庭难以得到大规模的推广与应用。

文中通过建立人体数学模型模拟正常站立动作，进行运动学研究和分析；……