發(fā)布時間：2017-07-13 16:10

  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 機構(gòu)設(shè)計 建模仿真 有限元分析 測控系統(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,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)計方案。該方案采用驅(qū)動機構(gòu)往復(fù)托舉下頜骨的方法實現(xiàn)呼吸道的無創(chuàng)打開,托舉運動的快慢與患者呼吸信號同步。本文主要完成了無創(chuàng)傷呼吸氣道同步打開器機械系統(tǒng)和測控系統(tǒng)研制。在機械系統(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)計參數(shù),提出了多自由度下頜骨托舉機構(gòu)設(shè)計方案。采用SolidWorks三維建模軟件完成了機構(gòu)虛擬樣機設(shè)計。該機構(gòu)主要由X向調(diào)節(jié)機構(gòu)、Z向調(diào)節(jié)機構(gòu)、球鉸機構(gòu)、托舉機構(gòu)等構(gòu)成。在操作的過程中X向調(diào)節(jié)機構(gòu)、Z向調(diào)節(jié)機構(gòu)、球鉸機構(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)機構(gòu)末端的托舉機構(gòu)則在電機的驅(qū)動下進(jìn)行往復(fù)托舉運動,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構(gòu)。應(yīng)用ADAMS軟件對球鉸機構(gòu)、X向和Z向調(diào)節(jié)機構(gòu)進(jìn)行了動力學(xué)仿真分析,明確了托舉機構(gòu)運動規(guī)律及各部件所受外力情況。通過ANSYS15.0有限元軟件對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,驗證了結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。在測控系統(tǒng)部分,研制了基于單片機STC12C5608AD的呼吸檢測和運動控制系統(tǒng)。選用壓力變送器TS-800-FY作為呼吸信號測量傳感器,應(yīng)用電流／電壓轉(zhuǎn)換模塊將壓力變送器輸出的4-20mA電流信號轉(zhuǎn)換為單片機可采集的電壓信號。選用Maxon EPOS2 24/2EC作為電機驅(qū)動模塊,通過單片機向驅(qū)動器發(fā)送指令實現(xiàn)托舉機構(gòu)的運動控制。初步的模型實驗表明無創(chuàng)傷呼吸氣道同步打開器設(shè)計合理、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)入臨床試驗奠定了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：呼吸氣道打開器 機構(gòu)設(shè)計 建模仿真 有限元分析 測控系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：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 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-22
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容22-23
• 第二章 呼吸氣道打開器總體方案23-29
• 2.1 機械設(shè)計的原則和設(shè)計流程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26-28
• 2.5 本章小結(jié)28-29
• 第三章 呼吸氣道打開器機械結(jié)構(gòu)設(shè)計29-49
• 3.1 機械總體結(jié)構(gòu)設(shè)計方案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)機構(gòu)設(shè)計31-42
• 3.3.1 X向調(diào)節(jié)機構(gòu)設(shè)計31-35
• 3.3.2 Z向調(diào)節(jié)機構(gòu)設(shè)計35-38
• 3.3.3 球鉸調(diào)節(jié)機構(gòu)設(shè)計38-42
• 3.4 托舉機構(gòu)的設(shè)計42-46
• 3.4.1 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計42
• 3.4.2 滾珠絲杠副的設(shè)計計算42-44
• 3.4.3 電機的選擇44-45
• 3.4.4 其他部件選擇45-46
• 3.5 頭枕結(jié)構(gòu)設(shè)計46-47
• 3.6 實物樣機47
• 3.7 本章小結(jié)47-49
• 第四章 結(jié)構(gòu)靜力學(xué)和動力學(xué)分析49-77
• 4.1 調(diào)節(jié)機構(gòu)的最大受力分析49-56
• 4.1.1 托舉機構(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軟件簡介59
• 4.2.4 Z向調(diào)節(jié)機構(gòu)的分析59-63
• 4.2.5 X向調(diào)節(jié)機構(gòu)的分析63-65
• 4.2.6 球鉸機構(gòu)的分析65-68
• 4.3 結(jié)構(gòu)動力學(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)機構(gòu)模態(tài)分析70-72
• 4.3.3 X向調(diào)節(jié)機構(gòu)模態(tài)分析72-75
• 4.4 本章小結(jié)75-77
• 第五章 測控系統(tǒng)設(shè)計77-89
• 5.1 測控系統(tǒng)硬件設(shè)計77-85
• 5.1.0 測控系統(tǒng)總體硬件結(jié)構(gòu)77
• 5.1.1 控制器模塊77-79
• 5.1.2 呼吸信號檢測模塊79-82
• 5.1.3 電機驅(qū)動器模塊82-83
• 5.1.4 電源模塊83
• 5.1.5 電磁鐵控制模塊83
• 5.1.6 測控系統(tǒng)原理圖83-85
• 5.2 測控系統(tǒng)軟件設(shè)計85-87
• 5.2.1 系統(tǒng)軟件總體流程85-86
• 5.2.2 呼吸信號檢測流程86-87
• 5.2.3 電機控制流程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)師簡介99-101
• 附件101-102

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本文編號：537538