康复移位装置多体动力学建模和力学响应研究
任武1 , 张赵威2 , 唐宏宾3 , 于毅1*
1 新乡医学院生物医学工程学院,河南 新乡 4530032 中国科学院沈阳自动化研究所机器人国家重点实验室,沈阳 1100163 长沙理工大学汽车与机械工程学院,长沙 410114
Multi-Body Dynamics Modeling and Mechanical Characteristics Research of Patient Rehabilitation Transfer Device
Ren Wu1 , Zhang Zhaowei2 , Tang Hongbin3 , Yu Yi1*
1 School of Biomedical Engineering, Xinxiang Medical University, Xinxiang 453003, Henan, China 2 The State Key Laboratory of Robotics, Shenyang Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China 3 College of Automotive and Mechanical Engineering, Changsha University of Science and Technology, Changsha 410114,China
摘要 为解决目前国内外对移位机结构设计、力学特性研究不足的问题,利用多体传递矩阵法建立液压驱动移位机模型。模型中采用弹簧阻尼对液压缸进行等效,把支撑臂和摆臂当作Euler-Bernoulli柔性梁处理。利用90和120 kg的质量进行不同人员乘坐模拟。计算结果表明:油缸部位最大受力达到1 200和1 400 N,满足部件的安全使用标准;以上两种质量人员移位机模型的末端振动位移最大达到45和50 mm,符合设备的抗变形能力。通过对移位机样机上的60名样本人员试验乘坐,显示设计的产品符合乘坐需求和产品设计目的。多体传递矩阵法可为肢体康复移位机产品设计提供有效的参数化建模和计算条件,能满足不同人员、不同型号产品的设计需求,得出运动过程中不同工况的动力学响应,所得结果为移位机及临床医疗设备的智能控制和患者乘坐的安全性、舒适性提供帮助。
关键词 :
康复移位机 ,
多体传递矩阵法 ,
振动 ,
力 ,
位移
Key words :
patient rehabilitation transfer device
multi-body transfer matrix method
vibration
force
displacement
收稿日期: 2017-02-19
基金资助: 国家自然科学基金(61305147); 河南省科技攻关项目(172102310542); 新乡医学院博士启动项目(505140)
通讯作者:
*E-mail: 151022@xxmu.edu.cn
引用本文:
任武, 张赵威, 唐宏宾, 于毅. 康复移位装置多体动力学建模和力学响应研究[J]. 中国生物医学工程学报, 2017, 36(6): 759-763.
Ren Wu, Zhang Zhaowei, Tang Hongbin, Yu Yi. Multi-Body Dynamics Modeling and Mechanical Characteristics Research of Patient Rehabilitation Transfer Device. Chinese Journal of Biomedical Engineering, 2017, 36(6): 759-763.
链接本文:
http://cjbme.csbme.org/CN/10.3969/j.issn.0258-8021.2017.06.018 或 http://cjbme.csbme.org/CN/Y2017/V36/I6/759
[1] Brown CC. Patient lift and exercise apparatus: U.S. Patent 3,877,421[P]. 1975-4-15. [2] Capaldi G, Sinreich MG. Patient lift mechanism: U.S. Patent 5,809,591[P]. 1998-9-22. [3] Simon WH. Storable patient lift and transfer apparatus: U.S. Patent 5,560,054[P]. 1996-10-1. [4 ] Hakamiun R, Genereux DP, Falin MD, et al. Patient lift: U.S. Patent 6,289,534[P]. 2001-09-18. [5] Moffa AL, Tuft RH. Control apparatus and control method for a storable patient lift and transfer device: U.S. Patent 6,665,894[P]. 2003-12-23. [6] Patterson RA, Smucker RM. Patient lift and transfer device: U.S. Patent 7,540,044[P]. 2009-06-02. [7] Martin WE, Barr R. Patient lift device: U.S, Patent 8,793,822 [P]. 2014-08-05. [8] 捷保国际股份有限公司. 电动移位机: 中国,02252100.3 [P]. 2002-09-04. [9] 马应龙. 患者移位机: 中国, 200620099366.x [P].2006-10-09. [10] 刘珊, 李家民. 重症患者移位机: 中国,200910027049.5[P]. 2009-05-25. [11] 马江. 患者搬运器:中国,201120166536.2 [P]. 2011-05-18. [12] 王英会. 残疾人用电动移位机: 中国, 201220261358.6 [P]. 2012-06-05. [13] 周玉亮. 一种新型人体移位机:中国,201320236862.5 [P]. 2013-05-06. [14] 张秋子, 李腾炯. 一种创伤患者称重移位机:中国,201410490887.7 [P]. 2014-09-24. [15] 吴立军, 余凤娇, 何登伟, 等. 脊柱后方 3D 融合预防胸腰椎骨折晚期矫正丢失: 有限元分析与随机对照试验[J]. 中国生物医学工程学报, 2016, 35(2):184-193. [16] 南方, 王巧莉, 赖琛, 等. 改性细菌纤维素/羟基磷灰石复合多孔支架合成方法的研究[J]. 中国生物医学工程学报, 2016, 35(3): 330-339. [17] 谭英莲. 一种壁挂式移位机:中国,201520835930.9 [P]. 2015-10-27. [18] 贾祝军, 裴红惠, 申黎明,等. 肢障者移位机的无障碍设计研究[J]. 机械设计, 2014, 31(12): 112-114. [19] 刘文昱. 吊架移位机之专利地图制作与分析[D]. 台北:台北科技大学,2009. [20] 陈宣豪. 复合式复健机[D]. 台南:台南科技大学,2010. [21] 朱乃易. 医用移位机之设计与测试[D]. 台北:台湾科技大学,2005. [22] 芮筱亭, 戎保. 多体系统传递矩阵法研究进展[J]. 力学进展, 2012, 42(1): 4-17.
[1]
刘潇雅, 刘爽, 郭冬月, 安兴伟, 杨佳佳, 明东. 抑郁症脑电特异性研究进展 [J]. 中国生物医学工程学报, 2020, 39(3): 351-361.
[2]
章浩伟, 陈亮, 杨俊彦, 刘颖, 郑拥军. 基于有限元法对足跟痛在推离期的生物力学研究 [J]. 中国生物医学工程学报, 2020, 39(2): 190-196.
[3]
刘孟杰, 魏娜, 李可. 基于力矩感知的多指精准抓握协调控制研究 [J]. 中国生物医学工程学报, 2020, 39(2): 247-251.
[4]
谢贻翔, 张涵, 朱卫平. 轴向振动时节段曲度对腰椎间盘应力演化的影响 [J]. 中国生物医学工程学报, 2020, 39(1): 74-83.
[5]
李相成, 索海瑞, 王玲, 徐铭恩. 基于3D打印羟基磷灰石支架的填充结构与力学性能研究 [J]. 中国生物医学工程学报, 2020, 39(1): 91-96.
[6]
周鹏, 周林颖, 安兴伟, 杨佳佳, 万柏坤, 明东. 体温对大脑认知功能状态影响与调控策略研究进展 [J]. 中国生物医学工程学报, 2019, 38(5): 621-627.
[7]
石志良, 黄琛, 卢小龙, 李锋, 孙允龙. Sphere梯度孔结构力学性能有限元分析 [J]. 中国生物医学工程学报, 2019, 38(3): 339-347.
[8]
李恒智, 文冬, 魏振豪, 周艳红. 轻度认知障碍患者EEG动力学特征提取与分类方法研究进展 [J]. 中国生物医学工程学报, 2019, 38(3): 348-354.
[9]
王春娟, 刘非, 张维杰, 马建兵, 姚舒馨, 肖琳, 程咏华, 徐显辉, 连芩, 王琦, 张明娇. 支持力反馈的个性化膝关节置换虚拟手术仿真系统的研究与构建 [J]. 中国生物医学工程学报, 2018, 37(6): 694-704.
[10]
孙伟,郭兴明,郑伊能. 心音特征在慢性心力衰竭分型辅助诊断中的应用研究 [J]. 中国生物医学工程学报, 2018, 37(5): 537-544.
[11]
杜宜纲,刘德杰,沈莹莹,朱磊,何绪金,陈思平. 血管壁面剪切应力的测量及其临床研究进展 [J]. 中国生物医学工程学报, 2018, 37(5): 593-605.
[12]
李昕, 孙小棋, 蔡二娟, 范梦頔, 侯永捷. 严肃游戏训练对脑功能状态改善作用研究 [J]. 中国生物医学工程学报, 2017, 36(6): 685-691.
[13]
裴葆青, 师振鹏, 王唯, 鲁世保, 孔超. 后路固定术治疗胸腰椎爆裂骨折的生物力学研究 [J]. 中国生物医学工程学报, 2017, 36(6): 718-723.
[14]
徐克, 赵良举, 李明阳. 基于流体网络的人体血液体循环分析 [J]. 中国生物医学工程学报, 2017, 36(5): 580-588.
[15]
布热比·依明,富荣昌,阿达依·谢尔亚孜旦,迪丽娜尔·马合木提. 维医沙疗下股动脉双向流固耦合血流动力学数值模拟 [J]. 中国生物医学工程学报, 2017, 36(4): 507-511.