下肢残疾人康复训练多功能器械的设计与研究

摘要

本文的研究针对的对象是下肢功能残障的疾病患者和年迈的老人。前者是由于车祸等意外事故或者疾病造成的下肢功能损伤，这部分人群需要针对下肢的功能和人体机构进行长期有效的行走训练，从而使站立、行走等基本能力得到恢复。后者是由于年老体衰造成的行走功能退化，这部分人群同样需要康复训练从而恢复或维持下肢的肌体功能。过去的康复训练主要是依靠医生和病人家属的扶持帮助来完成，但是随着病人数目的增多，这种沉重的劳动负担也让医生和病人的家属感到苦不堪言。下肢残疾人康复训练与生活自助多功能器械的设计，能够帮助患者实现下肢康复训练和生活自助。该器械具有康复训练、移动行走、高端取物、上床等功能，并根据我国人体尺寸特点在外观尺寸上做了优化改进。全文工作内容和结论总结如下:
　　一、基于预期设定的功能目标，运用机械原理的知识在结构上做了合理的结构设计和计算，从而保证设计的结构能够满足功能要求。
　　二、根据我国人体尺寸特点，基于人机工程学知识，对整个器械的外观结构以及各个部件的尺寸做了详细的分析和设计，从而达到结构美观、使用舒适宜人的目的。同时对各个部件按照国标进行了选择，其中包括所有的电机、升降立柱和螺栓螺母等零部件。
　　三、利用Pro/E软件和虚拟样机技术，对各个部件进行了三维建模，并组装成虚拟样机进行运动仿真分析，检查运动干涉情况，验证结构设计的合理可行性。
　　四、利用ANSYS软件对座椅连接架和座椅架两个关键部位结构件的强度和刚度进行了详细分析，保证了部件设计的尺寸和材料选择能够满足强度和刚度要求，保证整个器械在使用上的安全可靠性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究课题的来源、背景及意义

1．2 国内外研究现状及发展趋势

1．2．1 国内外研究现状

1．2．2 发展趋势

1．3 本论文主要研究内容

1．4 本章小结

2 下肢残疾人康复训练多功能器械的功能与结构设计

2．1 功能设计

2．2 总体设计及工艺要求

2．3 机构设计

2．3．1 升降机构设计与分析

2．3．2 座椅旋转机构设计与分析

2．3．3 上肢提升机构设计与分析

2．3．4 座椅收放机构设计与分析

2．3．5 脚蹬收放机构设计与分析

2．4 本章小结

3 基于人机工程学的下肢残疾人康复训练多功能器械尺寸设计

3．1 人机工程学理论

3．1．1 人机工程学定义

3．1．2 人机工程学在本设计中的意义

3．2 下肢残疾人康复训练多功能器械尺寸设计

3．2．1 手扶架尺寸设计

3．2．2 坐高

3．2．3 坐宽

3．2．4 坐深

3．2．5 座椅架上端的高度

3．2．6 胳膊支撑杆尺寸设计

3．2．7 坐面倾角

3．2．8 靠背倾角

3．2．9 整体高度

3．2．10 整体前后长度

3．2．11 整体宽度

3．2．12 最小回转半径

3．3 本章小结

4 基于Pro／E的虚拟样机建立及运动仿真

4．1 虚拟样机技术概述及意义

4．2 Pro／E简介

4．3 虚拟样机的建立及运动仿真分析

4．3．1 各零部件的三维建模

4．3．2 Pro／E Mechanism模块介绍

4．3．3 升降机构的虚拟装配及运动仿真分析

4．3．4 座椅旋转机构的虚拟装配及运动仿真分析

4．3．5 上肢提升机构的虚拟装配及运动仿真分析

4．3．6 座椅收放机构的虚拟装配及运动仿真分析

4．3．7 脚蹬收放机构的虚拟装配及运动仿真分析

4．4 本章小结

5 关键结构的强度分析

5．1 有限元基本理论及ANSYS软件介绍

5．1．1 有限元基本理论

5．1．2 ANSYS软件介绍

5．2 座椅连接架的有限元分析

5．2．1 建模和材料属性设置

5．2．2 网格划分

5．2．3 边界条件和载荷的设置

5．2．4 求解和分析结果

5．3 座椅架的有限元分析

5．3．1 建模和材料属性设置

5．3．2 网格划分

5．3．3 边界条件和载荷的设置

5．3．4 求解和分析结果

5．4 坐垫连接件剪切强度分析

5．5 本章小结

6 总结与展望

6．1 主要工作及结论

6．2 后续工作展望

参考文献

致谢