本文關(guān)鍵詞：無創(chuàng)傷呼吸氣道同步打開器研制

  更多相關(guān)文章： 呼吸氣道打開器 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 建模仿真 有限元分析 測(cè)控系統(tǒng)

【摘要】：目前,在危重病人救治過程中通常采用建立人工氣道的方式來解決呼吸氣道閉鎖的問題。這種方式會(huì)導(dǎo)致病人產(chǎn)生各種副作用,如交感神經(jīng)刺激反射、氣道損傷、感染等,嚴(yán)重時(shí)危及生命。為了降低建立人工氣道給病人帶來的生命安全風(fēng)險(xiǎn),本文提出一種無創(chuàng)傷呼吸氣道同步打開器解決方案。以期通過無創(chuàng)方式解決病人呼吸氣道閉鎖的問題。在分析各類呼吸道打開方法的基礎(chǔ)上,提出了基于下頜托舉法的無創(chuàng)傷呼吸氣道同步打開器設(shè)計(jì)方案。該方案采用驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)往復(fù)托舉下頜骨的方法實(shí)現(xiàn)呼吸道的無創(chuàng)打開,托舉運(yùn)動(dòng)的快慢與患者呼吸信號(hào)同步。本文主要完成了無創(chuàng)傷呼吸氣道同步打開器機(jī)械系統(tǒng)和測(cè)控系統(tǒng)研制。在機(jī)械系統(tǒng)研制部分,首先在人體頭骨構(gòu)造以及頭面部尺寸分析的基礎(chǔ)上,確定了無創(chuàng)傷呼吸氣道同步打開器設(shè)計(jì)參數(shù),提出了多自由度下頜骨托舉機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。采用SolidWorks三維建模軟件完成了機(jī)構(gòu)虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)。該機(jī)構(gòu)主要由X向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、Z向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、球鉸機(jī)構(gòu)、托舉機(jī)構(gòu)等構(gòu)成。在操作的過程中X向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、Z向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、球鉸機(jī)構(gòu)根據(jù)病人不同特征進(jìn)行位置調(diào)節(jié)并鎖緊；位于調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)末端的托舉機(jī)構(gòu)則在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行往復(fù)托舉運(yùn)動(dòng),以此打開人體呼吸氣道。為方便調(diào)節(jié),X向和Z向調(diào)節(jié)采用了齒形快速鎖緊機(jī)構(gòu)；為保證使用安全,球鉸采用了基于電磁鐵和壓緊復(fù)位彈簧的快速鎖緊松開機(jī)構(gòu)。應(yīng)用ADAMS軟件對(duì)球鉸機(jī)構(gòu)、X向和Z向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真分析,明確了托舉機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律及各部件所受外力情況。通過ANSYS15.0有限元軟件對(duì)呼吸氣道打開器的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)進(jìn)行了應(yīng)力應(yīng)變分析,驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。在測(cè)控系統(tǒng)部分,研制了基于單片機(jī)STC12C5608AD的呼吸檢測(cè)和運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。選用壓力變送器TS-800-FY作為呼吸信號(hào)測(cè)量傳感器,應(yīng)用電流／電壓轉(zhuǎn)換模塊將壓力變送器輸出的4-20mA電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可采集的電壓信號(hào)。選用Maxon EPOS2 24/2EC作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊,通過單片機(jī)向驅(qū)動(dòng)器發(fā)送指令實(shí)現(xiàn)托舉機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制。初步的模型實(shí)驗(yàn)表明無創(chuàng)傷呼吸氣道同步打開器設(shè)計(jì)合理、能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期效果,為患者呼吸氣道的無創(chuàng)打開提供了一種可行的解決方案。本文的研究工作為無創(chuàng)傷呼吸氣道同步打開器最終進(jìn)入臨床試驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：呼吸氣道打開器 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 建模仿真 有限元分析 測(cè)控系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH789
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 第一章 緒論15-23
• 1.1 研究背景及意義15-17
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-22
• 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容22-23
• 第二章 呼吸氣道打開器總體方案23-29
• 2.1 機(jī)械設(shè)計(jì)的原則和設(shè)計(jì)流程23-24
• 2.2 人體頭面部尺寸分析24-26
• 2.3 呼吸氣道打開器的性能指標(biāo)要求26
• 2.4 呼吸氣道打開器方案設(shè)計(jì)26-28
• 2.5 本章小結(jié)28-29
• 第三章 呼吸氣道打開器機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)29-49
• 3.1 機(jī)械總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案29
• 3.2 呼吸氣道打開器三維建模29-31
• 3.2.1 SolidWorks三維軟件介紹29-30
• 3.2.2 呼吸氣道打開器三維模型30-31
• 3.3 位置調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)31-42
• 3.3.1 X向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)31-35
• 3.3.2 Z向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)35-38
• 3.3.3 球鉸調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)38-42
• 3.4 托舉機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)42-46
• 3.4.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)42
• 3.4.2 滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算42-44
• 3.4.3 電機(jī)的選擇44-45
• 3.4.4 其他部件選擇45-46
• 3.5 頭枕結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)46-47
• 3.6 實(shí)物樣機(jī)47
• 3.7 本章小結(jié)47-49
• 第四章 結(jié)構(gòu)靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析49-77
• 4.1 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的最大受力分析49-56
• 4.1.1 托舉機(jī)構(gòu)的工作空間分析49-50
• 4.1.2 齒形鎖緊件的最大受力位置50-53
• 4.1.3 齒形鎖緊件的最大受力測(cè)量53-56
• 4.2 結(jié)構(gòu)靜力學(xué)特性分析56-68
• 4.2.1 有限元法基本理論56-58
• 4.2.2 有限元法基本步驟58-59
• 4.2.3 ANSYS軟件簡(jiǎn)介59
• 4.2.4 Z向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的分析59-63
• 4.2.5 X向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的分析63-65
• 4.2.6 球鉸機(jī)構(gòu)的分析65-68
• 4.3 結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性分析68-75
• 4.3.1 模態(tài)分析理論基礎(chǔ)69-70
• 4.3.2 Z向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)模態(tài)分析70-72
• 4.3.3 X向調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)模態(tài)分析72-75
• 4.4 本章小結(jié)75-77
• 第五章 測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)77-89
• 5.1 測(cè)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)77-85
• 5.1.0 測(cè)控系統(tǒng)總體硬件結(jié)構(gòu)77
• 5.1.1 控制器模塊77-79
• 5.1.2 呼吸信號(hào)檢測(cè)模塊79-82
• 5.1.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器模塊82-83
• 5.1.4 電源模塊83
• 5.1.5 電磁鐵控制模塊83
• 5.1.6 測(cè)控系統(tǒng)原理圖83-85
• 5.2 測(cè)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)85-87
• 5.2.1 系統(tǒng)軟件總體流程85-86
• 5.2.2 呼吸信號(hào)檢測(cè)流程86-87
• 5.2.3 電機(jī)控制流程87
• 5.3 本章小結(jié)87-89
• 第六章 全文總結(jié)和工作展望89-91
• 6.1 全文總結(jié)89
• 6.2 研究工作展望89-91
• 參考文獻(xiàn)91-95
• 致謝95-97
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文97-99
• 作者和導(dǎo)師簡(jiǎn)介99-101
• 附件101-102

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