買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 I 摘要 機(jī)電一體化技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的新應(yīng)用。下肢膝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)是其中的一種，它可以模擬正常人的膝關(guān)節(jié)屈伸姿態(tài)，對(duì)下肢有運(yùn)動(dòng)障礙的病人進(jìn)行有效的下肢康復(fù)訓(xùn)練。本課題的主要研究?jī)?nèi)容是設(shè)計(jì)一種能滿足康復(fù)用的 本課題的主要研究?jī)?nèi)容是設(shè)計(jì)一種具有虛擬髖關(guān)節(jié)軸特征的 本文介紹了康復(fù)下肢膝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用情況，并對(duì)下肢膝關(guān)節(jié)康復(fù)器 設(shè)計(jì)出的雙平行四邊形結(jié)構(gòu)，滿足了設(shè)計(jì)要求 . 本文還簡(jiǎn)要介紹了膝關(guān)節(jié)康復(fù)器的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。在此基礎(chǔ)上，對(duì)下肢膝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)的屈伸機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行了動(dòng)畫(huà)仿真，為最優(yōu)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。 關(guān)鍵詞 ： 膝關(guān)節(jié)， 雙平行四邊形， 康復(fù) 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 is a in in is of of s to of is a of is a a at of In of On of s is of 文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 錄 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù) 摘要 第一章 緒論 1 究背景及意義 1 內(nèi)外在膝關(guān)節(jié)康復(fù)器械方面的研究現(xiàn)狀 2 式 2 式下肢輔助康復(fù)機(jī)構(gòu) 5 文的主要研究工作 8 第二章 9 器 9 用機(jī)制 9 點(diǎn) 9 床應(yīng)用范圍 9 第三章 膝關(guān)節(jié)康復(fù)器的總體方案研究 11 關(guān)節(jié)康復(fù)器的基本功能要求 11 體結(jié)構(gòu)方案 11 案分析與設(shè)計(jì) 13 第四章 16 體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求 16 個(gè)主要部件的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 與校核 16 體參數(shù)分析 16 小腿托架受力分析 19 動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 20 種螺旋傳動(dòng)特點(diǎn)及應(yīng)用 20 動(dòng)螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì) 21 杠的校核 25 復(fù)器 的驅(qū)動(dòng)方式 選擇 26 個(gè)底座的設(shè)計(jì) 29 小腿托架桿的設(shè)計(jì) 31 度調(diào)節(jié)板的設(shè)計(jì) 32 動(dòng)軸承的選擇 34 承的選用原則 34 軸承的選擇 36 第五章 結(jié)論 37 謝辭 38 參考文獻(xiàn) 39 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 1 第一章 緒論 膝關(guān)節(jié)是人體最復(fù)雜的關(guān)節(jié) ,在臨床和體育運(yùn)動(dòng)中經(jīng)常發(fā)生各種損傷。對(duì)膝關(guān)節(jié)及其周圍骨或軟組織的治療和手術(shù) ,常可導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)內(nèi)、外粘連和僵直 ,影響膝關(guān)節(jié)功能恢復(fù) ,上述問(wèn)題也是在膝關(guān)節(jié)康復(fù)治療 時(shí)候面對(duì)的主要的棘手問(wèn)題。 20世紀(jì) 70年代加拿大骨科專家 1。它是利用專門器械使關(guān)節(jié)進(jìn)行持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間的緩慢的被動(dòng)運(yùn)動(dòng) ,使治療和康復(fù)相結(jié)合 ,可以有效防止關(guān)節(jié)粘連 ,對(duì)關(guān)節(jié)內(nèi)軟骨的再生與修復(fù)有促進(jìn)作用 ,有利于肢體功能的恢復(fù)。自從 1978年臨床應(yīng)用后 ,經(jīng)過(guò) 20年的發(fā)展 ,該技術(shù)現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、體育等領(lǐng)域 ,引起了越來(lái)越多的關(guān)注。膝關(guān)節(jié) 在傳統(tǒng)關(guān)節(jié)治療的過(guò)程中，通常病人長(zhǎng)時(shí)間不運(yùn)動(dòng)，把關(guān)節(jié)固定在一個(gè)位置，這有肯能造成關(guān)節(jié)或 組織的粘連和攣縮，導(dǎo)致關(guān)節(jié)僵化、畸形等，影響關(guān)節(jié)的正常功能，留下后遺癥，給患者的工作和生活帶來(lái)不便。隨著科技的進(jìn)步，越來(lái)越多的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的專家認(rèn)為，術(shù)后進(jìn)行早期鍛煉、及時(shí)進(jìn)行系統(tǒng)的康復(fù)治療則可以減少胡杜絕這些后遺癥，所以康復(fù)一起越來(lái)越多應(yīng)用于醫(yī)學(xué)康復(fù)領(lǐng)域。 使用肢體功能康復(fù)器來(lái)代替護(hù)理員對(duì)患者實(shí)施被動(dòng)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練，對(duì)減輕人工勞動(dòng)強(qiáng)度、即及時(shí)使患者的的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)幅度和能力得到保持和恢復(fù)具有重要意義。雖然器械不可能像護(hù)理人員那樣讓患者的肢體做各種各樣復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，但只要能做到幾種主要的運(yùn)動(dòng)，就能保持和恢復(fù)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng) 的幅度，有利于恢復(fù)患者肢體的主要運(yùn)動(dòng)功能。 持續(xù)被動(dòng)運(yùn)動(dòng)（ 稱 目前關(guān)節(jié)損傷患者術(shù)后康復(fù)訓(xùn)練的重要方法。它是在 20 世紀(jì) 70 年代初的時(shí)候由 人提出并且發(fā)明的，在 80 年代初期專門用在膝關(guān)節(jié)人工關(guān)節(jié)置換術(shù)后來(lái)練習(xí)關(guān)節(jié)活動(dòng)度，后來(lái)被更多的人認(rèn)識(shí)到它的重要性，更廣泛地應(yīng)用在各種膝關(guān)節(jié)手術(shù)之后。 使用 目前的 電機(jī)式的，以這種方式來(lái)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)，位置精度可以達(dá)到很 高，但為患者提供的多是剛性、被動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和鍛煉， 并且在運(yùn)動(dòng)中由于人體大腿和支撐大腿的支架相互摩擦增加了訓(xùn)練過(guò)程中患者的痛苦，實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)的安全 運(yùn)動(dòng)較困難。 但現(xiàn)有的大多數(shù)下肢關(guān)節(jié)康復(fù)器都存在著大腿托架回轉(zhuǎn)中心與人體髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)不重合的問(wèn)題，致使運(yùn)動(dòng)過(guò)程中病員下肢關(guān)節(jié)壓力增大，以及皮膚在康復(fù)器上滑移、擦動(dòng)，給病員帶來(lái)額外傷痛。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題的改進(jìn)方案往往是將康復(fù)器設(shè)計(jì)成具有單側(cè)大腿支架的結(jié)構(gòu)，這是由于病員下身會(huì)陰部位的干涉而無(wú)法在該部位設(shè)置鉸接點(diǎn)；這種類型的康復(fù)器使用時(shí)要經(jīng)常在左、右兩邊調(diào)整變換，給使用帶來(lái)不便；且由于 采用不對(duì)稱的單邊支撐結(jié)構(gòu)，易造成器械變形。出了應(yīng)用雙平行四邊形機(jī)構(gòu)和諧波傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的改進(jìn)方法，使病員髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)與雙平行四邊形的虛鉸接點(diǎn)重合，以避免機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)人體的干涉和皮膚損傷。該技術(shù)從原理上有了顯著進(jìn)步，但并沒(méi)有徹底解決上述問(wèn)題，因?yàn)閷?duì)于不同的病員，由于身買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 2 體特征的差異，其髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)位置是不同的，康復(fù)訓(xùn)練器設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮如何適應(yīng)這種差別；另外，由于雙平行四邊形的虛鉸接點(diǎn)是看不到的，如何確定人與訓(xùn)練器的相互位置尚缺乏有效的手段。 本課題旨在研究開(kāi)發(fā)一種具有 髖關(guān)節(jié)軸特征 的膝關(guān) 節(jié)康復(fù)訓(xùn)練器，課題的研究將具有良好的學(xué)術(shù)意義和實(shí)際應(yīng)用前景。 內(nèi)外在膝關(guān)節(jié)康復(fù)器械方面的研究現(xiàn)狀 隨著科技進(jìn)步和人民生活水平的提高，人類平均壽命逐漸延長(zhǎng)，老齡入口逐漸增多，隨著年紀(jì)的增長(zhǎng)，人的骨骼、關(guān)節(jié)往往會(huì)因?yàn)橥嘶蜷L(zhǎng)期使用導(dǎo)致磨損，而骨骼的退化和磨損會(huì)導(dǎo)致他們行動(dòng)不便，或者由于腦血管疾病會(huì)導(dǎo)致一定程度的偏癱癥狀；交通工具的增多，由交通事故造成的肢體損傷的人數(shù)也在逐漸增加。醫(yī)學(xué)理論和臨床醫(yī)學(xué)證明，這類患者除了早期的手術(shù)治療和藥物治療外，正確科學(xué)的康復(fù)訓(xùn)練對(duì)于肢體運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)和提高起到非常重 要的作用，所以康復(fù)機(jī)構(gòu)逐漸成了研究熱點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外對(duì)于肢體康復(fù)器特別是下肢康復(fù)器的研究開(kāi)發(fā)做了大量工作，并且取得了較大進(jìn)展，部分分機(jī)構(gòu)也得到了廣泛應(yīng)用。下肢康復(fù)機(jī)構(gòu)按患者的康復(fù)訓(xùn)練姿勢(shì)分類，可以分為兩大類：臥式 和立式下肢輔助康復(fù)器。 式 目前使用最多的下肢康復(fù)裝置多是臥式 下肢的貼合方式采用搭放式，患者術(shù)后可以采用臥姿，將下肢放在 0 世紀(jì) 70年代由加拿大骨科專家 過(guò)大量實(shí)驗(yàn)提出。它是利用專門器械（由機(jī)構(gòu)或電子裝置帶動(dòng)或 維持部分肢體的運(yùn)動(dòng)）使關(guān)節(jié)進(jìn)行持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間的緩慢的被動(dòng)運(yùn)動(dòng)，使治療和康復(fù)相結(jié)合，可緩解疼痛，改善關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍，防止關(guān)節(jié)攣縮和粘連。對(duì)關(guān)節(jié)內(nèi)軟骨的再生與修復(fù)有促進(jìn)作用，有利于肢體功能的恢復(fù)。對(duì)于術(shù)后肢體持續(xù)運(yùn)動(dòng)的訓(xùn)練方式， 發(fā)展經(jīng)過(guò)了三次歷史性階段， 1975 年 過(guò)試驗(yàn)和臨床研究后首次提出概念。 1982 年 將 置應(yīng)用在人體康復(fù)訓(xùn)練上。 1992 年， 開(kāi)始了前瞻性的研究，探討 前， 已被骨科康復(fù)街普遍接受，適用范圍也越來(lái)越廣。 圖 使用過(guò)程中，患者下肢搭放在機(jī)構(gòu)上面，通過(guò)軟性捆綁帶將患者下肢與機(jī)構(gòu)相貼合，使得下肢能夠在機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下完成相應(yīng)的彎曲和伸展訓(xùn)練動(dòng)作。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 3 圖 關(guān)節(jié) 目前市場(chǎng)上大部分的下肢康復(fù)器均采用此種結(jié)構(gòu)方式，由于其采用 練方式，所以稱之為 一般的 工作原理為：機(jī)構(gòu)采用電機(jī)做為驅(qū)動(dòng)器，通過(guò)絲杠傳動(dòng)，改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)為螺母的直線運(yùn)動(dòng)，由于螺母 與連桿 3固連，所以連桿 3做平動(dòng)，連桿 3作為連桿機(jī)構(gòu)的主動(dòng)桿，通過(guò)連桿 1帶動(dòng)連桿 2做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以連桿 3做平動(dòng)，連桿 3作為連桿機(jī)構(gòu)的主動(dòng)桿，通過(guò)連桿 1帶動(dòng)連桿 2做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這樣連桿 1與連桿 2就會(huì)產(chǎn)生相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)患者把下肢放在機(jī)構(gòu)上就可以帶動(dòng)膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)。 圖 患者需要康復(fù)訓(xùn)練的時(shí)候，躺在床上將病退放在機(jī)構(gòu)上，小腿放在連桿 1的位置，大腿放在連桿 2的位置，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)絲杠上的螺母移動(dòng)，連桿 3在螺母的作用下做平移運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)連桿 1和 2運(yùn)動(dòng)從而使膝關(guān)節(jié)彎曲和 伸展。 這種機(jī)構(gòu)多以臥式為主，患者躺在病床上就可以進(jìn)行訓(xùn)練，非常方便，只需將推放在機(jī)構(gòu)上，在機(jī)構(gòu)帶動(dòng)下便可完成相應(yīng)動(dòng)作，所以在康復(fù)領(lǐng)域應(yīng)用較為普遍，較多應(yīng)用于膝關(guān)節(jié)手術(shù)后的康復(fù)訓(xùn)練。電機(jī)的無(wú)級(jí)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向功能，使得機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)較大范圍的形成，而且定位精度較高。 對(duì)臥式 外的研究比較成熟和深入。圖 的工作原理是以健康腿的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)患腿進(jìn)行屈伸運(yùn)動(dòng)，從而幫助患腿的被動(dòng)買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 4 訓(xùn)練，能夠有效地幫助患者恢復(fù)其肢體感覺(jué)，因此患者的協(xié)調(diào)功能也能得到更早的恢復(fù)。其特 點(diǎn)是運(yùn)用新型材料重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于攜帶與放置，已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化。 圖 動(dòng)活動(dòng)器 研制的小型 備“ 它由小型電馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，并可收納至旅行包中，整機(jī)重量只有 常方便實(shí)用。此裝置與其他 本較低廉，能夠滿足大多數(shù)患者的康復(fù)需求。 圖 型 我國(guó)，康復(fù)醫(yī)學(xué)工程雖然得到了普遍的重視，但康復(fù)機(jī)器研究仍處于起步階段，近幾年我 國(guó)康復(fù)工程在這方面取得的一些進(jìn)展，特別是技術(shù)含量不太高的產(chǎn)品（如康復(fù)器械），填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)下肢康復(fù)器的 研究的 空白，但還是以簡(jiǎn)易型康復(fù)訓(xùn)練器械的產(chǎn)品較多。圖 寶華 達(dá) 系列下肢康復(fù)器。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 5 圖 江金華下肢康復(fù)器 圖 華達(dá)系列下肢康復(fù)器 醫(yī)學(xué)專家姬永琴、李曉玲、陳晚英等進(jìn)行了下肢 據(jù)患肢大腿及小腿的長(zhǎng)度，調(diào)節(jié) 桿的長(zhǎng)度，使患肢腳到膝關(guān)節(jié)距離與腳套到機(jī)架夾角的距離相等。王廣欣等提出了含有變剛度結(jié)構(gòu)的 下肢掛接康復(fù)訓(xùn)練器，通過(guò)機(jī)械方式實(shí)現(xiàn)剛度變化。其變剛度設(shè)計(jì)局限 于機(jī)械方式，沒(méi)有克服機(jī)械 上所有這些探索僅局限與局部結(jié)構(gòu)調(diào)整和設(shè)計(jì)的優(yōu)化上，不能克服傳統(tǒng) 式下肢輔助康復(fù)機(jī)構(gòu) 立式下肢輔助康復(fù)機(jī)構(gòu)多采用穿戴方式，此裝置可以穿在患者下肢上，能夠與腿部緊密貼合。機(jī)構(gòu)中與下肢貼合的部分一般采用材質(zhì)較輕、軟性的材料，與腿部結(jié)合緊密，所以能夠?qū)崿F(xiàn)較精確的角度控制。其穿戴式的結(jié)構(gòu)使得訓(xùn)練靈活，在站立、坐著、躺著的姿勢(shì)下都可以進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。此類研究中驅(qū)動(dòng)器較多選擇 氣動(dòng)人工肌肉和氣缸，能夠提供一定的柔順性，安全性相對(duì)高一點(diǎn)。但由于氣動(dòng)人工肌肉和氣缸行程較短的原因，使得此類康復(fù)機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)的康復(fù)角度相對(duì)較小，不能滿足大角度的康復(fù)要求，所以多用在步態(tài)訓(xùn)練和助殘應(yīng)用中。此類裝置穿戴比較復(fù)雜麻煩，不太方便實(shí)用。 由于氣動(dòng)肌肉的特殊結(jié)構(gòu)，其非線性和氣體的可壓縮性使得對(duì)氣動(dòng)人工肌肉的研究比較困難復(fù)雜，鑒于實(shí)驗(yàn)室的研究條件，對(duì)氣動(dòng)人工肌肉的研究還是國(guó)外較深入，所以對(duì)此類穿戴式康復(fù)機(jī)構(gòu)的研究也多見(jiàn)于國(guó)外學(xué)者成果之中。如圖 它是模仿人類下肢的肌肉工作方式開(kāi)發(fā)的機(jī)構(gòu)。此結(jié) 構(gòu)中使用了四根氣動(dòng)人工肌肉模仿促使膝關(guān)節(jié)的彎曲和伸展的生物肌肉，在試驗(yàn)中通過(guò)采集生物肌肉的肌電流來(lái)控制氣動(dòng)人工肌肉，它是結(jié)合了人類自身的生物控制功能和人工的機(jī)械控制技術(shù)，主要對(duì)膝關(guān)節(jié)的彎曲伸展動(dòng)作和下肢的站立、坐著等各種姿態(tài)進(jìn)行控制。此技術(shù)非常先進(jìn)和復(fù)雜，但對(duì)生物肌電的研究還處在發(fā)展階段，所以此發(fā)明還處在實(shí)驗(yàn)室研究階段，沒(méi)有被廣泛推廣。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 6 圖 如圖 以氣缸作為驅(qū)動(dòng)器。傳感器采集生物肌肉的肌電流，通過(guò)一定規(guī) 則的計(jì)算，預(yù)測(cè)膝關(guān)節(jié)將來(lái)的動(dòng)作所需要的轉(zhuǎn)矩，用此轉(zhuǎn)矩作為參考來(lái)可能告知?dú)飧椎妮敵隽?，從而輔助膝關(guān)節(jié)將來(lái)的各種動(dòng)作。此結(jié)構(gòu)與人腿貼合密切，控制精度高，但穿戴較麻煩，而且分左右腿，不適合術(shù)后的康復(fù)需求，只能用來(lái)輔助患者膝關(guān)節(jié)的動(dòng)作。 圖 于生物肌電技術(shù)的下肢輔助器 如圖 全以氣動(dòng)人工肌肉作為驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的彎曲和伸展動(dòng)作。在工作的時(shí)候，分主 康的下肢穿戴主機(jī)構(gòu)，患病的下肢穿戴輔助機(jī)構(gòu)，主機(jī)構(gòu)先動(dòng)作，通過(guò)測(cè)量膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)這 一旋轉(zhuǎn)過(guò)程的力矩，來(lái)控制輔助機(jī)構(gòu)中的氣動(dòng)人工肌肉，使之產(chǎn)生相同的力矩，從而達(dá)到和健康下肢相同的彎曲角度。此控制方法非常巧妙，而且使用氣動(dòng)人工肌肉，對(duì)于康復(fù)訓(xùn)練來(lái)講非常安全。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 7 a）膝關(guān)節(jié)彎曲 b）膝關(guān)節(jié)伸展 圖 戴式主輔結(jié)構(gòu)下肢訓(xùn)練裝置 圖 關(guān)節(jié) 腳部矯正裝置用來(lái)恢復(fù)下肢的步態(tài)訓(xùn)練。矯正器的驅(qū)動(dòng)器基于生物機(jī)械原理，能夠以機(jī)械方式模仿正常下肢步態(tài)運(yùn)動(dòng)中個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。通過(guò)預(yù)先確定各關(guān)節(jié)的目標(biāo)步態(tài)訓(xùn)練參數(shù)， 通過(guò)各關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)下肢按正常步態(tài)腳部訓(xùn)練。 圖 態(tài)矯正器 立式下肢輔助康復(fù)機(jī)構(gòu)由于多采用穿戴式，和人體的貼合較緊密，機(jī)構(gòu)的彎曲角度 等同于人體關(guān)節(jié)的彎曲角度，能夠?qū)崿F(xiàn)精確的控制，而且多采用氣動(dòng)人工肌肉或氣缸作為驅(qū)動(dòng)器，柔順性較好，能夠滿足和人接觸時(shí)的安全性。由于康復(fù)姿勢(shì)的限制，立式的下肢輔助康復(fù)機(jī)構(gòu)并不能用于術(shù)后的康復(fù)，而且能夠達(dá)到的康復(fù)角度很小，所以多用于輔助康復(fù)訓(xùn)練。但穿戴式機(jī)構(gòu)一般較復(fù)雜，而且要區(qū)分左右腿，穿戴麻煩，不太實(shí)用。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 8 本課題是針對(duì) 市場(chǎng)上現(xiàn)有 膝關(guān)節(jié) 在的 實(shí)際問(wèn)題， 設(shè)計(jì)出一 種具有 虛擬 髖 關(guān)節(jié)軸特征的新型膝關(guān)節(jié)康復(fù)器。其需要解決的問(wèn)題為： 設(shè)計(jì)出下肢關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練器，其特征在于能適應(yīng)不同病員身體特征，實(shí)現(xiàn)病員髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)與訓(xùn)練器大腿托架轉(zhuǎn)動(dòng)中心準(zhǔn)確重合，并且調(diào)節(jié)直觀、簡(jiǎn)便。 并對(duì)整機(jī)的尺寸樣式等的設(shè)計(jì)符合人機(jī)工程學(xué)要求，最大可能地提高康復(fù)訓(xùn)練效果和人體舒適度。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 9 第二章 述 促進(jìn)關(guān)節(jié)軟骨、韌帶和肌腱的修復(fù) ,改善局部血液淋巴循環(huán) ,促進(jìn)腫脹、 疼痛等癥狀的消除 ,最終目的是配合康復(fù)治療 ,促進(jìn)肢體功能的恢復(fù)。 目前已有多種類型的 如下肢 肢 2。這些 部分構(gòu)成 :肢體托架、電機(jī)及傳動(dòng)部分和控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)可調(diào)控關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍的大小 ,關(guān)節(jié)正常運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)弧的位置和關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的頻率。大多數(shù)病人對(duì) 順應(yīng)性好 ,病人感到舒適。 用機(jī)制 a)刺激具有雙重分化能力的細(xì)胞向關(guān)節(jié)軟骨轉(zhuǎn)化 骨膜和軟骨膜源于中胚層組織 ,其未分化的骨原細(xì)胞具有成骨和成軟骨的雙重分化能力 , b)緩解滑膜關(guān)節(jié)損傷后的自身免疫性損害 關(guān)節(jié)軟骨損傷后 ,軟骨這一封閉的抗原外露 ,與關(guān)節(jié)液反應(yīng)產(chǎn)生抗體 ,形成抗原抗體復(fù)合物 ,進(jìn)一步損傷關(guān)節(jié)軟骨。 起持續(xù)的關(guān)節(jié)活動(dòng) ,增加關(guān)節(jié)液代謝 ,有利于清除抗原抗體復(fù)合物 ,緩解這種物質(zhì)引起的損傷。 c)緩解關(guān)節(jié)損傷或手術(shù)后的疼痛 起關(guān)節(jié)不斷的平穩(wěn)的運(yùn)動(dòng) ,刺激了周圍神經(jīng)中的粗纖維 ,通過(guò)閘門控制機(jī)制產(chǎn)生鎮(zhèn)痛作用。 d)促進(jìn)局部血液循環(huán) ,改善關(guān)節(jié)軟骨的營(yíng)養(yǎng)和代謝 成人軟骨的營(yíng)養(yǎng)來(lái)自滑液 ,因此正常的滑膜和經(jīng)關(guān)節(jié)的血液循環(huán)對(duì)軟骨的生 存至關(guān)重要。 促進(jìn)局部血液循環(huán) ,改善局部營(yíng)養(yǎng)代謝 ,有利于軟骨的修復(fù)和愈合。 點(diǎn) 由于 鎮(zhèn)痛、改善局部血液循環(huán)和促進(jìn)多能中胚細(xì)胞分化的作用 ,使它具有無(wú)痛苦、迅速消腫、損傷迅速愈合、促進(jìn)關(guān)節(jié)軟骨修復(fù)和避免關(guān)節(jié)粘連、關(guān)節(jié)僵硬和退行性創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎等優(yōu)點(diǎn)。 床適應(yīng)范圍 對(duì)于大多數(shù)關(guān)節(jié)及鄰近組織的病損 ,在固定較為可靠的情況下均可應(yīng)用 ,最主要的是術(shù)后早期應(yīng)用。 促進(jìn)關(guān)節(jié)周圍肌腱韌帶的修復(fù) ,減少關(guān)節(jié)粘連、僵硬的發(fā)生 ,恢復(fù)關(guān)節(jié)屈伸功能。具 體的應(yīng)用范圍有 : 骨關(guān)節(jié)骨折內(nèi)固定術(shù)后 ； 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 10 各種原因致關(guān)節(jié)粘連攣縮松解術(shù)后 ； 肢 (指 )體的關(guān)節(jié)囊切除 ,關(guān)節(jié)肌腱、韌帶重建或修補(bǔ)術(shù)后 ； 各種原因所致的關(guān)節(jié)變形矯形術(shù)后 ,滑膜病變、贅生物切除術(shù)后 ； 關(guān)節(jié)成形術(shù)后 ,各種異體人工假體置換術(shù)后。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 11 第三章 膝關(guān)節(jié)康復(fù)器的總體 方案 研究 康復(fù)訓(xùn)練按肌肉用力方式分為被動(dòng)運(yùn)動(dòng)、半主動(dòng)運(yùn)動(dòng)和主動(dòng)運(yùn)動(dòng)。 被動(dòng)運(yùn)動(dòng)：患者完全不用力，肌肉不收縮，肢體處于放松狀態(tài)，完全靠外 力的幫助來(lái)完成的運(yùn)動(dòng)。 半主動(dòng)運(yùn)動(dòng)：在外力的輔助下，通過(guò)患者主動(dòng)收縮肌肉來(lái)完成的運(yùn)動(dòng)。也可以在運(yùn)動(dòng)的整個(gè)過(guò)程中，主動(dòng)和被動(dòng)方式相互交替使用，例如一般過(guò)程采用主動(dòng)運(yùn)動(dòng)，另一半過(guò)程采用被動(dòng)運(yùn)動(dòng)。 主動(dòng)運(yùn)動(dòng)：不需要輔助力，完全由患者主動(dòng)用力收縮肌肉，克服外部阻力來(lái)完成的運(yùn)動(dòng)。 然而，經(jīng)過(guò)對(duì)市場(chǎng)及醫(yī)院使用的膝關(guān)節(jié) 合醫(yī)護(hù)工作者對(duì)關(guān)節(jié)康復(fù)手段和療效的長(zhǎng)期研究，總結(jié)現(xiàn)有 肢關(guān)節(jié)康復(fù)器都存在著大腿托架回轉(zhuǎn)中心與人體髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)不重合的問(wèn)題，致使運(yùn)動(dòng)過(guò)程中病員下肢關(guān)節(jié)壓力增大， 以及皮膚在康復(fù)器上滑移、擦動(dòng)，給病員帶來(lái)額外傷痛。 針對(duì) 題提出了新型 么就需要克服現(xiàn)有 新型膝關(guān)節(jié)康復(fù)器的功能要求 為 ：設(shè)計(jì)的 心要與人體髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)重合，避免患者大腿在康復(fù)器上滑移擦動(dòng)。 使患者腿部運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。 在康復(fù)器應(yīng)用的過(guò)程中，對(duì)其也有具體的運(yùn)動(dòng)參數(shù)要求。參考骨科專家的意見(jiàn)，膝關(guān)節(jié)在康復(fù)的過(guò)程中，其彎曲角度在被動(dòng)的情況下需要達(dá)到 100 的訓(xùn)練要求，并且要求在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中角速度不能太大。 康復(fù)器往復(fù)一次用時(shí)限制在 2以要針對(duì)以上參數(shù)要求對(duì)康復(fù)器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。 體結(jié)構(gòu)方案 膝關(guān)節(jié)康復(fù)器主要負(fù)責(zé)膝關(guān)節(jié)的彎曲和伸展動(dòng)作，通過(guò)控制器的輸入?yún)?shù)來(lái)控制膝關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)角大小和轉(zhuǎn)動(dòng)速度。實(shí)現(xiàn)對(duì)膝關(guān)節(jié)角度的控制，首先要確定對(duì)膝關(guān)節(jié)角度的定義。本設(shè)計(jì)中對(duì)膝關(guān)節(jié)彎曲角度定義如下：當(dāng)下肢處于伸直狀態(tài)，大腿，小腿、膝關(guān)節(jié)在一條直線上的位置定義為 0 ，小腿距離其零度位置的角度 為膝關(guān)節(jié)的彎曲角度，也 是膝關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。示意圖如圖 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 12 圖 關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)主要是由股骨、脛骨、半月板及髕骨組成，外部被肌肉、韌帶所包覆、固定。膝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)相當(dāng)復(fù)雜，不僅必須承擔(dān)人體大部分重量和吸收人體運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的沖擊負(fù)荷，還必須與骨骼、肌肉、韌帶互動(dòng)，以產(chǎn)生復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)來(lái)保持膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。所以膝關(guān)節(jié)是人體非常重要的關(guān)節(jié)，也是康復(fù)訓(xùn)練的主要研究對(duì)象。膝關(guān)節(jié)手術(shù)后，如患膝不能及時(shí)活動(dòng)與得到 鍛煉，大量新生膠原組織會(huì)迅速沉積在關(guān)節(jié)周圍，這種沉積的膠原纖維將造成膝 關(guān)節(jié)粘連，限制膝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，使膝關(guān)節(jié)達(dá)不到日常生活所需要的活動(dòng)度，成為膝關(guān)節(jié)康復(fù)治療面臨的主要棘手問(wèn)題。 針對(duì)新的康復(fù)器的功能要求，對(duì)膝關(guān)節(jié)康復(fù)器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)。膝關(guān)節(jié)康復(fù)器是模仿人的膝關(guān)節(jié)的彎曲伸展動(dòng)作，帶動(dòng)患者膝關(guān)節(jié)做相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)術(shù)后膝關(guān)節(jié)的功能康復(fù)訓(xùn)練。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前，首先要確定機(jī)構(gòu)的自由度。 膝關(guān)節(jié)并不屬于標(biāo)準(zhǔn)意義上的單純的屈曲和滑動(dòng)關(guān)節(jié)，它兼有上述兩種關(guān)節(jié)的特性，因此，膝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)時(shí)想安慰空間的運(yùn)動(dòng)。它既有鉸鏈的滾動(dòng)和滑動(dòng)，又有旋轉(zhuǎn)。脛骨與股骨構(gòu)成了三維空間的兩個(gè)運(yùn)動(dòng)著的物體，其相 對(duì)的運(yùn)動(dòng)具有 6個(gè)參數(shù)或六個(gè)自由度，即三個(gè)平移自由度和三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。如圖 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 13 圖 膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng) 三個(gè)平移自由度對(duì)應(yīng)于： a 前后抽屜運(yùn)動(dòng)（ ）； ）； ） 三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度對(duì)應(yīng)于： a 膝關(guān)節(jié)的伸屈； b 內(nèi)外旋轉(zhuǎn)；c 內(nèi)外翻旋轉(zhuǎn)。正常伸屈范圍個(gè) 體差異較大，從 150 伸至屈曲 150130 不等，而內(nèi)外旋轉(zhuǎn)從完全伸膝時(shí)近乎等于零至屈膝的內(nèi)旋 3020 。膝關(guān)節(jié)的伸屈運(yùn)動(dòng)范圍最大，也是膝關(guān)節(jié)最基本的功能，在膝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)中起主要作用，其他的運(yùn)動(dòng)時(shí)伴隨著膝關(guān)節(jié)的伸屈而動(dòng)作的。所以為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，本設(shè)計(jì)以膝關(guān)節(jié)的伸屈運(yùn)動(dòng)為主，確定康復(fù)機(jī)構(gòu)具有一個(gè)自由度，模仿膝關(guān)節(jié)的伸屈運(yùn)動(dòng)。 另外，髖關(guān)節(jié) 的運(yùn)動(dòng)在原理上看類似球鉸支，實(shí)際上，病人進(jìn)行膝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練時(shí)，大腿只 繞髖關(guān)節(jié)做平面轉(zhuǎn)動(dòng)。要滿足具有虛擬髖關(guān)節(jié)軸特征的 需保證患者大腿在運(yùn)動(dòng)時(shí)，髖關(guān)節(jié)空間位置不變即可。 通過(guò)查閱相關(guān)資料專 利 出了應(yīng)用雙平行四邊形機(jī)構(gòu)和諧波傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的改進(jìn)方法，使病員髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)與雙平行四邊形的虛鉸接點(diǎn)重合，以避免機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)人體的干涉和皮膚損傷。該技術(shù)從原理上有了顯著進(jìn)步，但并沒(méi)有徹底解決上述問(wèn)題，因?yàn)閷?duì)于不同的病員，由于身體特征的差異，其髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)位置是不同的，康復(fù)訓(xùn)練器設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮如何適應(yīng)這種差別 。 案分析與設(shè)計(jì) 正如前面所提到的雙平行 四邊形結(jié)構(gòu)，在原理上它可以滿足病人大腿繞在空間上位置不變的髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)。工作時(shí)，雙平行四邊形虛交點(diǎn)與病人髖關(guān)節(jié)相重合，避免其真實(shí)的交點(diǎn)與人體干涉。 該結(jié)構(gòu)既能滿足運(yùn)動(dòng)要求又能不與人體干涉，確實(shí)是一個(gè)很好的結(jié)構(gòu)。但由于雙平行四邊形的虛鉸接點(diǎn)是看不到的，如何確定人與訓(xùn)練器的相互位置尚缺乏有效的手段。其在適應(yīng)不同病人的時(shí)候如何調(diào)節(jié)也缺乏有效手段 ，因此有必要進(jìn)行改進(jìn)。 下圖 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 14 圖 平行四邊形結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單三維模擬圖 圖中搖桿 1、搖桿 2、連桿 3、連桿 4、大腿托架構(gòu)成兩個(gè)平行四 邊形，其虛交點(diǎn)如圖所示，在 對(duì)于不同的病員，由于身體特征的差異，其髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)位置是不同的，康復(fù)訓(xùn)練器設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮如何適應(yīng)這種差別 員下身會(huì)陰部位的干涉而無(wú)法在該部位設(shè)置鉸接點(diǎn) 的問(wèn)題。但對(duì)于不同的病員，由于身體特征的差異，其髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)位置是不同的，康復(fù)訓(xùn)練器設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮如何適應(yīng)這種差別，因此有必要對(duì)其調(diào)節(jié)功能進(jìn)行設(shè)計(jì)。 有的調(diào)節(jié)設(shè)計(jì) 原有的下肢關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練器的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)如圖 中機(jī)架 4與調(diào)節(jié)板 6、搖桿3組成復(fù)合鉸鏈，推桿 14 一端與小腿托架 13固結(jié)在一起，另一端與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的螺母（ 圖中未畫(huà)出）鉸接。病員使用康復(fù)訓(xùn)練器時(shí)，將一側(cè)下肢放在訓(xùn)練器上，先進(jìn)行人體與機(jī)器相對(duì)位置的調(diào)整，將位于大腿外側(cè)的伸縮標(biāo)尺 7完全拉出，旋松兩側(cè)的壓板螺釘 5，通過(guò)拉動(dòng)調(diào)節(jié)板拉桿 17，使得伸縮標(biāo)尺 7的頂端與人體髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)在垂直面內(nèi)完全重合后，擰緊壓板螺釘 5。然后再通過(guò)調(diào)節(jié)大腿調(diào)節(jié)桿 10、小腿調(diào)節(jié)桿 15的伸出長(zhǎng)度使得接頭 12的轉(zhuǎn)動(dòng)中心與膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)重合，即可進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。機(jī)器工作時(shí)由電機(jī)帶動(dòng)螺桿、螺母，并將力傳給推桿 14，推桿 14通過(guò)小腿托架 13、接頭 12、大腿調(diào)節(jié)桿 10帶動(dòng)雙平行四邊形機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了大腿托 架回轉(zhuǎn)中心與人體髖關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)準(zhǔn)確重合的康復(fù)運(yùn)動(dòng)。 但是，該結(jié)構(gòu)有個(gè)不足之處：病人的大腿長(zhǎng)時(shí)間壓在大腿托架上做往復(fù)屈伸運(yùn)動(dòng)，桿件 2和 3因受力比較大且左旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，易導(dǎo)致壓板螺釘松動(dòng)，調(diào)節(jié)板會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使患者的髖關(guān)節(jié)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不知不覺(jué)地與平行四邊形虛交點(diǎn)分離，無(wú)法滿足運(yùn)動(dòng)要求；并且 在壓板螺釘 5松開(kāi)，調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)板時(shí)，易造成左右側(cè)旋轉(zhuǎn)幅度不等，是機(jī)架產(chǎn)生扭曲，從而使絲杠受到的摩擦力變大，甚至造成卡死，損壞機(jī)器，嚴(yán)重者可能導(dǎo)致病人再度受傷。 為此，有必要對(duì)其調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 15 圖 雙平行四邊形機(jī)構(gòu) 本章小結(jié)：分析過(guò)原有資料內(nèi)雙平行四邊形機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的不足，下面針對(duì)其不足，設(shè)計(jì)者主要對(duì)原有方案的設(shè)計(jì)加以改進(jìn)，并對(duì)其調(diào)整結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，使調(diào)節(jié)更加方便。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 16 第四章 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求 膝關(guān)節(jié)康復(fù)器有許多部件組成，他們是靠鉸接鏈連接起來(lái)的。在工作過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，工作時(shí)還存在著先后的運(yùn)動(dòng)順序，所以在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下問(wèn)題： 1）力求結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕 各部件的結(jié)構(gòu)、重量和動(dòng)力載 荷，直接影響康復(fù)器的結(jié)構(gòu)、重量和性能。因此在各部件設(shè)計(jì)時(shí)，必須力求結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕。 還要保證各轉(zhuǎn)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，因此要做到結(jié)構(gòu)緊湊的困難時(shí)不小的。 2）綜合考慮，合理布局 在康復(fù)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，既要考慮力和運(yùn)動(dòng)傳遞應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，還要綜合考慮各方面要求，比如螺旋傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和調(diào)整機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，進(jìn)行合理布局。例如從運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)行考慮，相鄰鉸鏈軸應(yīng)保持垂直，平行或一致；又如要從控制難易和可靠性等方面考慮膝關(guān)節(jié)角度的采集方法；還諸如步進(jìn)電機(jī)的安裝、維修及調(diào)整 和后續(xù)的潤(rùn)滑維護(hù)等問(wèn)題。 運(yùn)動(dòng)要平穩(wěn)連續(xù) 設(shè) 計(jì)的結(jié)構(gòu)原理上是連桿機(jī)構(gòu)，所以在設(shè)計(jì)的時(shí)候要考慮桿件在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的死點(diǎn)位置，此結(jié)構(gòu)中的死點(diǎn)位置在膝關(guān)節(jié)的位置，為了避免此現(xiàn)象，在膝關(guān)節(jié)的鉸鏈位置的角度應(yīng)盡量避免大于 170度，而且要保證膝關(guān)節(jié)向上拱起，從而越過(guò)死點(diǎn)的位置。要保證滑動(dòng)桿件在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與地面相垂直。如果有一定角度傾斜的話，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)影響各桿件的幾何關(guān)系，從而影響最終的膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)角度。裝配的過(guò)程中必須保證左右兩個(gè)膝關(guān)節(jié)處鉸鏈的同軸度。 體參數(shù)和 受力分析 體參數(shù)分析 表 體生物力學(xué)的參數(shù)計(jì)算公式 名稱 計(jì)算公式 名稱 計(jì)算公式 人體各部分長(zhǎng)度（以人體身高 掌長(zhǎng)： 臂長(zhǎng)： 臂長(zhǎng)： 腿長(zhǎng)： 腿長(zhǎng)： 干長(zhǎng)： 體各部分重心位置（指靠近身體中心關(guān)節(jié)的距離） /掌重心位置：臂重心位置：臂重心位置：腿重心位置：腿重心位置：買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 17 干重心位置：體各部分的旋轉(zhuǎn)半徑（指靠近身體中心各關(guān)節(jié)的距離） /掌旋轉(zhuǎn)半徑：臂旋轉(zhuǎn)半徑：臂旋轉(zhuǎn)半徑：腿旋轉(zhuǎn)半徑：腿旋轉(zhuǎn)半徑：干旋轉(zhuǎn)半徑：人體各部分的重量（以體重 臂重量： 臂重量： 臂重量：腿重量：腿重量： 干重量：體各部分體積（以人體體積 L 手掌體積：臂體積：臂體積：腿體積： 腿體積：干體積：體各部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（指繞關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)的慣量）/ 手臂轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：1臂轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：2臂轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：3腿轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：4腿轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：5干轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：6據(jù)我國(guó)成年人人體 比例尺寸關(guān)系可知 :大腿長(zhǎng)約占人體總高 腿約占人體總高 關(guān)節(jié)寬度約占人體總高度 長(zhǎng)約占人體總高度 我國(guó)成年人人體比例尺寸關(guān)系圖 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 18 圖 國(guó)成年人人體尺寸的比例關(guān)系 仰臥的活動(dòng)空間 (朝下仰臥時(shí)的身體輪廓 a,膝關(guān)節(jié)彎起的活動(dòng)空間 b)圖 臥活動(dòng)空間的人體尺寸 正常人在仰臥時(shí)屈伸腿的運(yùn)動(dòng)情況如圖 圖 4.2 零點(diǎn)位于張中垂直平面上 ,圖 側(cè)視圖 ,零點(diǎn)位于經(jīng)頭頂?shù)拇怪鼻芯€上 ,垂 切線與仰臥平面的交點(diǎn)作為零點(diǎn) 針對(duì)中國(guó)人的身體狀況 ,特別針對(duì)有運(yùn)動(dòng)障礙的中老年患者恢復(fù)正常行走功能 ,按身高 140 185在設(shè)計(jì)康復(fù)器 ,合理尺寸大致設(shè)定為 : 大腿長(zhǎng) : 小腿長(zhǎng) : 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 19 兩腿間距 :20 綜合市場(chǎng)上已存在的 中吸取經(jīng)驗(yàn)知，一般的產(chǎn)品大腿長(zhǎng)度上限為 50腿 長(zhǎng)度上限為 55可?。?大腿長(zhǎng)： 3250腿長(zhǎng)： 3255 兩腿間距： 20 為了能夠適應(yīng)不同身高的人群 設(shè)計(jì)的大腿與小腿托架均為可調(diào)節(jié)長(zhǎng)度式托架， 如圖 調(diào)式大腿托架 圖 腿調(diào)節(jié)桿可插入空心大腿托架內(nèi)，并由固定螺釘旋緊固定，以滿足不同身高的患者。 小腿也采用此種方式，其詳細(xì)結(jié)構(gòu)見(jiàn)后續(xù)設(shè)計(jì)。 小腿托架受力分析 如下圖 為大小腿托架 桿的受力分析圖 若將大小腿重量分開(kāi)來(lái)算的話，查閱 表 大腿： 腿： 1了后面的設(shè)計(jì)安全都取大值且再將范圍擴(kuò)大。大腿取 10腿取 5 故施加在大小腿托架上的力約為 1000N. 圖 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 20 動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 采用螺旋傳動(dòng) 螺旋傳動(dòng)是由螺桿和螺母組成的機(jī)構(gòu)，傳遞力和運(yùn)動(dòng)。通常是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)，既可以較小的轉(zhuǎn) 矩得到很大的推力。又可作為減速裝置。得到很大的減速比。也有將直線運(yùn)動(dòng)變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的。 根據(jù)螺紋副摩擦性質(zhì)不同，可分為滑動(dòng)螺旋、滾動(dòng)螺旋和靜壓螺旋，各類螺旋傳動(dòng)的特點(diǎn)和應(yīng)用如下 4. 種 螺旋傳動(dòng)特點(diǎn)及應(yīng)用 動(dòng) 1）摩擦阻力大，傳動(dòng)效率低（通常為 30% 40%); 2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便 3）易于自鎖 4）運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，但低速或微調(diào)時(shí)可能出現(xiàn)爬行 ; 5）螺紋有側(cè)向間隙，反向時(shí)有空行程，定位梢度和軸向剛度較差 (采用消隙機(jī)構(gòu)可提高定位精度 ); 6)磨損快 1)摩擦阻力小，傳動(dòng)效率高 (一般在 90% 以上 ); 2)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造較難 ; 3)具有傳動(dòng)可逆性 (可以把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)，又可以把直線運(yùn)動(dòng)變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) )，為了避免探旋副受載后逆轉(zhuǎn)，應(yīng)設(shè)置防逆轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) ; 4)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，起動(dòng)時(shí)無(wú)顫動(dòng)，低速時(shí)不爬行 ; 5)螺母和蛛桿經(jīng)調(diào)整預(yù)緊，可得到很高的定位精度和重復(fù)定位精度，并可以提高軸向剛度 ; 6）工作壽命長(zhǎng)，不易發(fā)生故障 ; 7)伉沖擊性能較差 金屬切削機(jī)床 (特別是加工中心、數(shù)控機(jī)床、精密機(jī)床等 )、測(cè)試機(jī)械、儀器的傳動(dòng)螺旋和調(diào)整螺旋，起重機(jī)構(gòu)和汽車等轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)的傳力 螺旋。飛機(jī)、導(dǎo)彈、船舶、鐵路等自控系統(tǒng)的傳動(dòng)螺旋和傳力螺旋。 壓螺旋 傳動(dòng) 1)摩擦阻力極小 高達(dá) 99%); 2)螺母結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ; 3)具有傳動(dòng)可逆性，必要時(shí)應(yīng)設(shè)置防逆轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) ; 4)工作平穩(wěn)，無(wú)爬行現(xiàn)象 ; 5)反向時(shí)無(wú)空行程，定位精度高。并有很高的軸向剛度 ; 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 21 6)磨損小、壽命長(zhǎng) ;精密機(jī)床的進(jìn)給、分度機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)螺旋。 綜合螺旋傳動(dòng)的以上特點(diǎn)及本課題的具體情況，可以考慮選擇滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 動(dòng)螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì) 滑動(dòng)螺旋副常采用梯形螺 紋、鋸齒形螺紋或矩形螺紋等，各種螺紋的特點(diǎn)和應(yīng)用如下： 圖 4.5(a)梯形螺紋 牙型角 30度 .，螺紋副的大徑和小徑處有相等的徑向間隙。牙根強(qiáng)度高，螺紋的工藝性好 (可以用高生產(chǎn)率的方法制造 );內(nèi)外螺紋以錐面貼合，對(duì)中性好，不易松動(dòng) ;采用剖分式螺母。可以調(diào)整和消除間隙 ;但其效率較低。主要用于用于傳力螺旋和傳動(dòng)螺旋。 圖 4.5(b)鋸齒形螺紋 工作面的牙型斜角為 3度便于加工 )，非工作面的牙型斜角為 30度。外螺紋的牙根處有相當(dāng)大的圓角，減小了應(yīng)力集中，提高了動(dòng)載強(qiáng)度 ，大徑處無(wú)間隙 和梯形螺紋比，具有螺紋的強(qiáng)度高、工藝性好，有更高的效率。主要用于單向受力的傳力螺旋。 買文檔就送您 紙全套， Q 號(hào)交流 401339828 或 11970985 22 圖 4.5(c)圓螺紋 螺紋強(qiáng)度高，應(yīng)力集中小，和其他螺紋比，對(duì)污物和腐蝕的敏感性小，但效率低。主要應(yīng)用于受沖擊和變載荷的傳力螺旋。 圖 4.5(d)矩形螺紋 牙型為正方形，牙型角 =0度，傳動(dòng)效率高，但精確制造困難 (為便于加工，可制成10度牙型角 )。螺紋強(qiáng)度比梯形螺紋、鋸齒形螺紋低，對(duì)中精度低，螺紋副磨損后的間隙難以補(bǔ)償與修復(fù)。主要用于傳力螺旋和傳動(dòng)螺 旋。 圖 4.5(e)三角形螺紋 牙型角 = 30度的特殊螺紋或米制三角螺紋。自鎖性好、效率低。主要用于小螺距的高強(qiáng)度調(diào)整螺旋，如儀表機(jī)溝。 根據(jù)各滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)以上特點(diǎn)，結(jié)合本課題所要傳遞運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，應(yīng)選用滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)中的梯形螺紋。 滑動(dòng)螺旋副的失效主要是螺紋磨損，因此螺桿的直徑和螺母高度通常是根據(jù)耐磨性計(jì)算確定的。傳力螺旋應(yīng)校核螺桿危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度 ;青銅或鑄鐵螺母以及承受重載的調(diào)整螺旋應(yīng)校核螺紋牙的剪切和彎曲強(qiáng)度。要求自鎖的螺桿應(yīng)校核其自鎖性。精密的傳動(dòng)螺旋應(yīng)校核螺桿的剛度 (有 時(shí)就是根據(jù)剛度確定其直徑 )。當(dāng)螺桿受壓力，其長(zhǎng)徑比又很大時(shí)，容易產(chǎn)生側(cè)向彎曲，厄悅孩其穩(wěn)定性。其直徑也可以按穩(wěn)定性要求確定。轉(zhuǎn)速高的長(zhǎng)螺桿，買文檔就送您