機(jī)械義肢（上肢）的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書

機(jī)械義肢（上肢）的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書一、研究背景機(jī)械義肢是一種替代受傷或殘疾患者失去的肢體的人工裝置。其設(shè)計(jì)旨在為患者提供更好的生活質(zhì)量，增加他們的自理能力以及提高他們在社會中的地位和尊嚴(yán)。特別是對于失去上肢的患者，機(jī)械義肢可以幫助其完成諸如握緊物體，搬運(yùn)物品，甚至進(jìn)行日常生活基本自理等動作。而且，根據(jù)WHO（世界衛(wèi)生組織）的數(shù)據(jù)，由于交通事故，戰(zhàn)爭，自然災(zāi)害和傳染病等原因，全球范圍內(nèi)的上肢殘疾人群逐年增加。因此，設(shè)計(jì)一款高性能，低成本的上肢機(jī)械義肢，對研發(fā)人員和社會貢獻(xiàn)具有巨大現(xiàn)實(shí)意義。二、研究方案1.機(jī)械義肢的選材機(jī)械義肢的選材是關(guān)鍵要素之一。通常，人工肢體部件的材料應(yīng)滿足以下要求：（1）生物相容性較好：具有良好的耐久性和安全性，從而避免產(chǎn)生副作用或過敏反應(yīng)。（2）質(zhì)量輕且堅(jiān)固：根據(jù)上肢的重量和物體操作的復(fù)雜性，制造材料應(yīng)該既具有足夠的強(qiáng)度和剛性，又能保證肢體的輕便和靈活性。（3）自然度和美觀性：考慮到患者的精神需求，人造肢體材料應(yīng)該近似于自然肢體，色調(diào)和質(zhì)地應(yīng)盡可能的與肌膚接近，看上去更具美觀性，并且可以隱蔽在衣服里。（4）低成本：在制造機(jī)械義肢前，還應(yīng)該考慮到成本因素，制造材料應(yīng)該盡可能的低成本。2.機(jī)械義肢的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)械義肢的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是機(jī)械義肢設(shè)計(jì)中的核心問題之一。機(jī)械義肢主要由前臂、手掌、肘部和肩膀組成。因此，我們需要設(shè)計(jì)適應(yīng)于不同使用范圍的適當(dāng)?shù)闹w長度和功能位置。此外，機(jī)械義肢應(yīng)該具有一定的智能控制系統(tǒng)，使患者可以輕松地控制肢體。如以下所示：（1）前臂設(shè)計(jì)要設(shè)計(jì)符合人體形態(tài)并且輕巧的前臂，其長度可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。此外，需要考慮兩者上臂頭骨的質(zhì)量分布情況，分別在前臂和上臂位置進(jìn)行加強(qiáng)。同時，需要將運(yùn)動部件（例如手掌）與肘部關(guān)節(jié)配合，使前臂更加靈活。（2）手掌設(shè)計(jì)手掌應(yīng)盡可能接近自然手掌的外形，手指應(yīng)該具有伸屈、握緊和松開的功能。同時，大拇指應(yīng)該添加到手指中，以更好地拾取動作。同時，可以加裝感應(yīng)器件，以感知物體的形狀和質(zhì)量。這種設(shè)計(jì)使肢體能夠感受到抓住物體的重量，從而更好地掌握操作力。（3）肘關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)肘關(guān)節(jié)是一種重要的連接機(jī)制，是肘部的核心部件。一個好的肘關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)可以使前臂有足夠的運(yùn)動能力，使患者完成各種活動，例如搬運(yùn)，刷牙，飲水等。因此，設(shè)計(jì)肘關(guān)節(jié)時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1）讓肘關(guān)節(jié)有足夠的強(qiáng)度和剛性以支持上臂的質(zhì)量。2）要做到靈活性和力量均衡。3）確保穩(wěn)定性和可靠性。（4）肩膀設(shè)計(jì)肩部是上肢的起點(diǎn)，因此設(shè)計(jì)應(yīng)該更加精細(xì)。首先，需要考慮患者的身體尺寸和體重。然后，設(shè)計(jì)合適的機(jī)械肩膀和肩帶，以克服機(jī)械依賴性和穩(wěn)定性問題。（5）智能控制為了實(shí)現(xiàn)有效的手部操作和實(shí)現(xiàn)平衡控制，需要結(jié)合某些傳感器，例如深度相機(jī)和肌電傳感器，來檢測肌肉信號并控制機(jī)械肢體。此外，可以將控制系統(tǒng)集成到肢體內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)微處理器芯片的電子控制。這樣做可以減少計(jì)算機(jī)的體積和重量，使肢體更加輕便。三、研究方法此次設(shè)計(jì)采用“理論模擬，模型設(shè)計(jì)，模擬測試”三步驟。1.軟件仿真通過三維建模軟件（如SolidWorks）進(jìn)行機(jī)械義肢設(shè)計(jì)和模擬。首先，我們將參考一部分已有的醫(yī)用機(jī)械義肢和自然肢體，綜合設(shè)計(jì)出適合于患者的肢體結(jié)構(gòu)；接著，設(shè)計(jì)各部件的裝配方式，確定合適的合作關(guān)系。最后，根據(jù)設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)調(diào)整，確定人工肢體的形狀和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。2.模型制造基于三維建模的機(jī)械義肢模型，采用數(shù)控機(jī)床，3D打印機(jī)制造模型。3.模擬測試進(jìn)行機(jī)械義肢的運(yùn)動學(xué)測試。四、預(yù)期成果此次研究的預(yù)期結(jié)果如下：1.一款高性能、低成本的機(jī)械義肢設(shè)計(jì)，能夠滿足上肢殘疾患者的生活需求，提高其自理能力和生活質(zhì)量。2.制造出樣機(jī)，并進(jìn)行運(yùn)動學(xué)測試和性能評估，以提高其設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性和性能穩(wěn)定性。3.制定了一套較為完整的機(jī)械義肢設(shè)計(jì)方案，為以后的研究工作提供了重要的技術(shù)指導(dǎo)和支持。五、結(jié)論通過以上研究，我們可以設(shè)計(jì)一款具有高性能、低成本的機(jī)械義肢，能夠?yàn)榛颊咛峁└玫纳钆c助力，提升其生活質(zhì)量和對社會的貢獻(xiàn)。雖然在機(jī)械義肢領(lǐng)域，我們還