设计阐述

中风或其他意外伤害导致许多肢体功能障碍患者需要定期进行大量的康复训练，以维持基本的身体功能。康复外骨骼机器人作为智能机器人技术和康复医学理论结合的产物，提供了传统人工辅助训练方法无法比拟的治疗效果和用户体验。这种方式不仅减少了患者对治疗医师的依赖，还可以帮助医务人员高效地进行重复性康复训练，更好地促进患者的肢体运动功能恢复，极大地提高了人们的生活便利性。然而，目前我国的外骨骼产品产业化进程较为缓慢，主要因为这些产品仍处于样机测试阶段，存在外形呆板、结构笨重等问题。为此，本设计计划结合用户的需求和产品功能需求，融合工业设计与机械设计，旨在开发一款外观优美且结构合理的轻型下肢康复外骨骼机器人。

产品展示图

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思想导图

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下肢康复外骨骼系统的思想导图主要从七个方面进行了分析：背景分析、用户分析、现有治疗方式分析、下肢康复外骨骼产品现状分析、下肢康复外骨骼基本结构分析、设计目标分析以及设计理论分析。

设计调研

市场

肢体功能障碍患者数量众多，需要定期进行康复训练，因此康复外骨骼机器人的市场需求巨大。

患者

传统的康复训练方法容易让患者感到疲劳，需要支撑和省力装置。患者希望独立进行训练，不愿麻烦他人。

护工

护工在重复劳动过程中会感到枯燥乏味，容易疲劳，难以保证每次动作都规范，影响训练效果。相比之下，机器人辅助训练可以显著提升效率，减轻护工的工作负担。

训练方法

相比传统的人工辅助训练，机器人辅助训练效果更佳，成本更低，还能减少医护人员数量。未来，机器人将成为残疾人士行动辅助和康复训练的重要工具。

产品

国外的外骨骼产品技术相对成熟但价格昂贵，国内的产品则处于样机测试阶段，外观设计和轻量化研究不足。

产品爆炸图及细节图

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下肢康复外骨骼根据功能需求，采用了拟人化的机构设计，髋关节和膝关节具有类似于人体下肢各关节的功能。单侧设置了五个自由度，包括髋关节和膝关节的屈伸，以及为了穿戴舒适而保留的髋关节内收/外展和踝关节的背屈/跖屈、内旋/外旋被动自由度。整体轮廓流畅，大小腿骨架采用镂空设计，增加了呼吸感和科技感，显著提升了外骨骼产品的安全性、美观性和舒适性。主体零部件采用高强度铝合金材料，包括独立控制的髋关节和膝关节电机、充电电池和计算机控制系统。大小腿、脚掌以及腰部的柔性绑带将使用者与外骨骼固定在一起，使用者可以通过身体重心的变化来控制外骨骼的行走，为肢体功能障碍者提供物理治疗方式，并支持其独立行走。

使用场景

医院或养老院

在老年群体和肢体功能障碍患者较多的医院或养老院，机构统一购买外骨骼，免费或有偿租赁给需要者使用，可以有效降低成本、减轻用户负担，实现资源最大化利用，这是最常见的使用场景之一。

家庭

对于经济条件较好的用户，可以在家中自行购买外骨骼，避免频繁去医院进行康复训练的不便，同时外骨骼也可以帮助用户完成一些生活自理动作，提高生活质量，减轻家人负担。

室外活动

人们不仅需要在室内活动，还需要到户外散步、放松心情。然而，户外地形复杂，普通轮椅通过性较差，而穿戴式外骨骼可以很好地解决这个问题，让使用者能够自由前往任何地方，显著提高残疾人士和老年人的生活质量。

产品使用流程

借助互联网技术，将互联网与医疗相结合，形成智慧医疗。医生可以实时监测患者的健康和训练情况，并根据最新数据制定最佳治疗方案反馈给患者，从而提升用户体验和治疗效果。

本文为湖北工业大学工业设计学院2020年线上毕业展系列专题报道之一，更多优秀作品请参见以下专题图片：

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