手指关节功能康复仪的设计（全套含CAD图纸）
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下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709851摘要生活中由于中风、脑偏瘫、半身不遂、手指烧伤等导致手指关节不能自由活动，需要时间长但频率较高的多次按摩才能最终康复。目前，连续被动活动（CONTINUOUSPASSIVEMOTION，简称CPM）理论正在进入临床实践并被广大康复医师所接受。针对患者手部康复治疗需要，为了给手外伤患者提供一个用于手指功能康复的仪器，给手外科康复医师提供一个临床研究的仪器设备，提高手功能康复治疗的自动化、智能化水平，根据现代医学护理工作要求经济、实用、功能多和携带方便等因素，针对连续被动活动装置在手功能康复中应用的特点与难点，本文围绕手指关节功能康复仪的康复原理、装置的结构设计与尺度综合、机械系统设计、康复仪的运动学和动力学等技术进行了深入研究，最终设计了这种手指关节功能康复仪，它可以实现1、手指的屈伸运动；2、手部按摩功能；3、手指血液循环的促进；4、大脑神经的刺激和保健。该装置以凸轮的自传和水平往复运动合成的复合运动实现手指的屈伸，用凸轮边缘表面镶嵌的小滚珠和柔性托板来实现对手指的按摩功能；利用红外线对人和生物体有热效应，促进血液循环和新陈代谢，从而使人的疾病得到医治和促进人的健康；最后，利用磁场的治疗功能，调整神经功能。关键词连续被动运动；CPM机；手指关节功能康复仪下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709852ABSTRACTLIFEASSTROKE,CEREBRALPARALYSIS,PARAPLEGIA,BURNFINGERSASARESULTOFFINGERJOINTSCANNOTMOVEFREELY，ITREQUIRESALONGTIMEBUTTHEHIGHFREQUENCYOFMULTIPLEMASSAGETOGETWELLATPRESENT,CONTINUOUSPASSIVEMOTION（CALLEDCPMTHEORYISINCLINICALPRACTICEANDITISACCEPTEDBYTHEGENERALREHABILITATIONPHYSICIANASREQUIREDOFTHEFINGERSFORTHEREHABILITATIONOFPATIENTS，INORDERTOPROVIDEAFUNCTIONALREHABILITATIONEQUIPMENTFORTHEFINGERFORPATIENTS，TOPROVIDEACLINICALRESEARCHEQUIPMENTFORHANDSURGERYREHABILITATIONPHYSICIAN，IMPROVEHANDFUNCTIONREHABILITATIONAUTOMATIONANDINTELLIGENCE，ACCORDINGTOMODERNMEDICALCAREFORECONOMY,PRACTICAL,FUNCTIONALANDEASYTOCARRYSOMANYFACTORS，CONTINUOUSPASSIVEMOTIONDEVICESFORREHABILITATIONOFHANDFUNCTIONINTHEAPPLICATIONOFTHECHARACTERISTICSANDDIFFICULTIES,THISPAPERFOCUSESONJOINTFUNCTIONRECOVERYINSTRUMENTFINGERRECOVERYPRINCIPLE,STRUCTUREDESIGNANDDIMENSIONALSYNTHESIS,MECHANICALSYSTEMDESIGN,REHABILITATIONAPPARATUSOFTHEKINEMATICSANDDYNAMICSTECHNIQUESINDEPTHSTUDY，FINALDESIGNOFTHISFINGERJOINTFUNCTIONALRECOVERYAPPARATUS，ITCANBEACHIEVED1,FINGERFLEXIONANDEXTENSION2、FINGERMASSAGEFUNCTION3,PROMOTEFINGERBLOODCIRCULATION4,BRAINNERVESTIMULATIONANDHEALTHCARETHEAUTOBIOGRAPHYANDTHEHORIZONTALRECIPROCATINGMOVEMENTOFTHEDEVICETOTHECAMTOACHIEVEFINGERINFLEXIONANDEXTENSIO，CAMSURFACEMOUNTTHESMALLBALLANDSOFTBOARDTOACHIEVEFINGERMASSAGEFUNCTION；USEOFINFRAREDTHERMALEFFECTSONHUMANSANDORGANISMS，PROMOTEBLOODCIRCULATIONANDMETABOLISM，THUSMAKINGTHEDISEASECANBETREATEDANDPROMOTINGGOODHEALTHYFINALLY,THEUSEOFMAGNETICTHERAPYFUNCTION,ADJUSTTHENERVEFUNCTIONKEYWORDSCONTINUOUSPASSIVEMOTIONCPMMACHINEFINGERJOINTFUNCTIONALRECOVERYAPPARATUS下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709853目录引言11绪论111课题背景112康复机器人研究概述2121手部的CPM机研究现状2122红外线放射疗法研究6123磁疗的研究913本课题的来源及研究目的和意义1314本课题研究的主要内容132手指关节功能康复仪的结构设计1421设计要求1422康复仪结构设计及其工作原理1423总体方案设计15231人手的生物学特性分析15232传动方式16233电机选择21234机构设计计算21235力学分析343控制部分的设计4031说明4032电路部分的设计40321传感器电路40322电机驱动电路41总结43谢辞44参考文献45下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709854下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709855引言手指关节功能康复仪是康复医学和机械的完美结合，其作为现在医学上辅助医疗的医疗机器人的一个重要分支，也可称为康复机器人。自20世纪60年代初世界第一台机器人在美国问世以来，经过四十余年的发展，机器人正在进入医疗领域，并显示强大的生命力和广阔的应用前景。因此，世界各国特别是西方发达国家都争先开展高技术用于医疗器械的研究和发展，并先后在医学界、科学技术界、工业界制定了各种研究计划，许多产品已经走向市场和临床应用。中国人口众多，是医疗仪器、器械的使用大国。我们若能抓住机遇，从国情出发，自主设计开发辅助医疗机器人系统，解决国内医疗技术迫切需要解决的问题，就可以避免落后引进在落后的被动局面，在医用机器人领域实现跨越发展。因此，开展基于先进机器人技术的医疗机器人研究具有显著的社会效益、经济效益和理论研究价值。1绪论11课题背景康复机器人在医疗实践上主要是用于恢复患者肢体系统的功能。运动系统的问题可以划分为两类一类是生物力学或生物物理化学类型的应用，另一类是运动学习。当人的肢体受外伤、烧伤、或做手术后，由于受伤组织的皮肤、韧带和肌肉失去弹性而导致肢体运动的速度和范围受到限制。生物力学或生物物理化学类型的应用就是使用机器人系统来打破受伤肢体的运动范围。CPM机是康复治疗机器人的一种。CPM机是利用康复医学中连续被动活动（CONTINUOUSPASSIVEMOTION，简称CPM）的基本原理对受伤肢体进行康复治疗的机械装置。连续被动活动理论在1960年左右由SALTER提出，进过数十年的临床及动物试验，在1970年他提出CPM装置假说，内容为增加关节软骨的营养与新陈代谢的活力；刺激多能叶间细胞去分化进入到关节软骨之中，反抗纤维化的组织或骨头并带领着软骨再生；加速关节软骨与钙化组织的复原。关节在受伤或者术后的僵直的发展过程经过四个阶段出血、浮肿、产生肉芽组织和纤维化。连续被动活动可能在前两个阶段中用于关节和周围组织的活血和散瘀，这就要求保持正常的周围组织的依从性。如果在受伤或术后立刻采用连续被动活动进行整个关节范围的活动一直到关节僵直不再继续发展，这样对于阻止关节僵直的发展是非常有效的。上述观点首先在膝关节的康复治疗应用中成功，后来又在肘关节的康复治疗中得到验证，从而证明了连续被动活动这一理论在关节功能康复治疗中应用的有效性。连续被动活动理论提出后不久便有了用于膝、肩、肘关节等康复的CPM装置下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709856出现，但由于受技术原因，此类CPM装置长期停留在“大关节”康复的范围内。最近有关机构研制的用于手腕关节和指关节这样的“小关节”康复的CPM装置，但还不能想“大关节”CPM装置那样实现精确的控制，对多关节康复训练的CPM装置而不是多自由度的驱动机构，治疗的效果还有待提高。12康复机器人研究概述121手部的CPM机研究现状康复机器人的研究贯穿了康复医学、生物力学、机械学、机械力学、电子学、计算机学等诸多领域，已经成为了国际机器人领域的一个研究热点。康复的含义是在受创伤或得病后恢复患者肢体或器官的正常的形状或功能。康复工程就是致力于为患者提供此类辅助装置。吧先进的机器人技术引入到康复工程中的康复机器人体现了康复医学和机器人技术的完美结合。目前康复机器人已经广泛地应用到康复护理、假肢和康复治疗等方面，这不仅促进了康复医学的发展，也带动了相关领域的新技术和理论发展。康复机器人是工业机器人和医用机器人的结合。第一次尝试把为残疾人服务的机器人系统产品化是在上世界60年代到70年代。实践证明这些尝试都失败了，其主要有两方面的原因其一是设计得不理想，尤其是人机接口；另一个不是技术的原因，单价太高导致了康复机器人产品化的失败。上世纪80年代是康复机器人研究的起步阶段，美国、英国和加拿大在康复机器人方面处于世界的领先地位。1990年以前全球的56个研究中心分布在5个工业区内北美，英联邦，加拿大，欧洲大陆和斯堪的纳维亚半岛及日本。1990年以后康复机器人的研究进入到全面发展时期。目前，康复机器人的研究主要集中在康复机械手、医院机器人系统、智能轮椅、假肢和康复治疗机器人等几个方面。随着CPM康复理论研究和CPM装置临床实践的不断发展，CPM装置的发展呈现向小关节喝多关节的方向发展；向小型化、嵌入式、便携式发展；向智能型和网络化发展；开发复合更有效的结构形式；开发和应用新的动力源和传动方式；提高医学专家和患者在康复过程中的主观能动性的研究内容与成果体现了这种发展趋势。目前手指关节CPM机已经出现，本文对近几年的发展作了研究，1999年，韩国成均馆大学科研人员研制出一种针对手指外伤的康复机械手，如图11所示。实现食指关节的康复运动，DIP、PIP关节康复机构采用平面四杆机构，MP1、MP2关节采用空间六杆机构，采用钢丝的键驱动方式，每个关节可以单独控制，同时集成了力传感器和角度传感器，但力传感器在机构的驱动杆件上，并不是康复运动中真正作用在手指上的力，角度传感器安在四杆机构的顶端，计算出的康复角度与实际的有较大的误差。下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098572001年，美国科研人员研制出的针对五个手指的康复机械手，采用前驱动的控制方式，每个手指的康复运动用一个电机控制，共5个电机，每个手指的指端与机构固定，通过钢丝的拉伸运动，指端的弯曲和伸直带动整个手指实现弯曲运动，驱动机构与执行机构分离，优点是结构紧凑、轻便，但并未集成力传感器和位置传感器，不能对康复效果做有效的信息反馈和评价。如图12所示。2003年，英国曼侧斯特大学科研人员设计出一种外骨骼式康复机构，如图13所示，采用模块化的设计思想，实现四个手指的康复运动，采用钢丝作为传动机构。整个机构有三部分组成，外骨架模块，康复机构的主要部分，用于固定手指，集成微型力矩传感器，有效的传递手指上的力觉信息；手套模块，固定外骨骼同时保护手指免受伤害；电机驱动模块。该机构针对不同人的手指特征进行调整，不同长度和粗细的手指都可进行康复训练，系统集成了力传感器，能够实时准确的反馈手指的力下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709858觉信息。2004年，美国卡内梅隆大学机器人研究所科研人员研制出一种新型的手部CPM机。如图14所示，该机构固定大拇指，单独康复食指，机构可以针对不同人的手指进行调整，DIP、PIP关节的康复运动机构，气动驱动，能达到良好的康复效果，只是并未建立起有效的感知系统来反馈康复运动信息。2005年，德国柏林工业大学的机器人研究中心的科研人员在现在的康复机构手的基础上研制出了一种新型的手部CPM机。仍然采用平面四杆机构，但驱动杆为贴近手指的连杆，可以减少力传递过程中的能量损失，获得更好的康复角度和力矩，实现了单个手指关节的精确控制，整个机构由四部分组成指套执行机构驱动机构集成微型传感器，同样，该设计驱动模块和执行模块分开，采用钢丝的键驱动方式，如图15，图16所示。下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709859国内的哈尔滨工业大学和哈尔滨工程大学等学校都进行了相关的研究，对现有的康复机构进行了改进，并且集成了力、角度微型传感器，与执行机构巧妙的结合在一起，重量轻，达到良好的康复效果。目前市场上出现了适合手指关节康复的CPM机，如图17所示，价格较高，多个手指采用一个电机控制，虽然实现康复运动，但不够精确，且不能对康复过程实时监控，缺乏感知信息。综合以上分析，现有的手部CPM大多存在下列的缺点和不足康复过程中缺乏对手指关节速速、关节力矩、关节角度进行精确控制；感知能力较差，力和位置反下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098510馈信息不足，对康复效果在物理上不能作有效的评价；安全性有待进一步提高；体积较大，携带不便。122红外线放射疗法研究红外线的物理性质在光谱中波长自076至400微米的一段称为红外线，红外线是不可见光线。所有高于绝对零度（273）的物质都可以产生红外线。现代物理学称之为热射线。医用红外线可分为两类近红外线与远红外线。近红外线或称短波红外线，波长07615微米，穿入人体组织较深,约510毫米；远红外线或称长波红外线，波长15400微米，多被表层皮肤吸收，穿透组织深度小于2毫米。红外线的生理作用和治疗作用人体对红外线的反射和吸收红外线照射体表后，一部分被反射，另一部分被皮肤吸收。皮肤对红外线的反射程度与色素沉着的状况有关，用波长09微米的红外线照射时，无色素沉着的皮肤反射其能量约60；而有色素沉着的皮肤反射其能量约40。长波红外线（波长15微米以上）照射时，绝大部分被反射和为浅层皮肤组织吸收，穿透皮肤的深度仅达0052毫米，因而只能作用到皮肤的表层组织；短波红外线（波长15微米以内）以及红色光的近红外线部分透入组织最深，穿透深度可达10毫米，能直接作用到皮肤的血管、淋巴管、神经末梢及其他皮下组织。如表1。表1皮肤对红外线的透过率波长（微米）透过率（）20151210080706057054163940404037373216红外线红斑足够强度的红外线照射皮肤时，可出现红外线红斑，停止照射不久红斑即消失。大剂量红外线多次照射皮肤时，可产生褐色大理石样的色素沉着，这与热作用加强了血管壁基底细胞层中黑色素细胞的色素形成有关。红外线的治疗作用红外线治疗作用的基础是温热效应。在红外线照射下，组织温度升高，毛细血管扩张，血流加快，物质代谢增强，组织细胞活力及再生能力提高。红外线治疗慢性炎症时，改善血液循环，增加细胞的吞噬功能，消除肿胀，促进下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098511炎症消散。红外线可降低神经系统的兴奋性，有镇痛、解除横纹肌和平滑肌痉挛以及促进神经功能恢复等作用。在治疗慢性感染性伤口和慢性溃疡时，改善组织营养，消除肉芽水肿，促进肉芽生长，加快伤口愈合。红外线照射有减少烧伤创面渗出的作用。红外线还经常用于治疗扭挫伤，促进组织肿张和血肿消散以及减轻术后粘连，促进瘢痕软化，减轻瘢痕挛缩等。红外线对眼的作用由于眼球含有较多的液体，对红外线吸收较强，因而一定强度的红外线直接照射眼睛时可引起白内障。白内障的产生与短波红外线的作用有关；波长大于15微米的红外线不引起白内障。光浴对机体的作用光浴的作用因素是红外线、可见光线和热空气。光浴时，可使较大面积，甚至全身出汗，从而减轻肾脏的负担，并可改善肾脏的血液循环，有利于肾功能的恢复。光浴作用可使血红蛋白、红细胞、中性粒细胞、淋巴细胞、嗜酸粒细胞增加，轻度核左移；加强免疫力。局部浴可改善神经和肌肉的血液供应和营养，因而可促进其功能恢复正常。全身光浴可明显地影响体内的代谢过程，增加全身热调节的负担；对植物神经系统和心血管系统也有一定影响。设备与治疗方法红外线光源红外线辐射器将电阻丝缠在瓷棒上，通电后电阻丝产热，使罩在电阻丝外的碳棒温度升高（一般不超过500），发射长波红外线为主。红外线辐射器有立地式和手提式两种。立地式红外线辐射器的功率可达600100瓦或更大。近年我国一些地区制成远红外辐射器供医用，例如有用高硅氧为元件，制成远红外辐射器。白炽灯在医疗中广泛应用各种不同功率的白炽灯泡做为红外线光源。灯泡内的钨丝通电后温度可达20002500。白炽灯用于光疗时有以下几种形式立地式白炽灯用功率为2501000W的白炽灯泡，在反射罩间装一金属网，以为防护。立地式白炽灯，通常称为太阳灯。手提式白炽灯用较小功率（多为200W以下）的白炽灯泡，安在一个小的反射罩内，反射罩固定在小的支架上。光浴装置可分局部或全身照射用二种。根据光浴箱的大小不同，在箱内安装4060W的灯泡630个不等。光浴箱呈半圆形，箱内固定灯泡的部位可加小的金属反射罩。全身光浴箱应附温度计，以便观察箱内温度，随时调节。红外线治疗的操作方法患者取适当体位，裸露照射部位。检查照射部位对温热感是否正常。将灯移至照射部位的上方或侧方，距离一般如下功率500W以上，灯距应在5060CM以上；功率250300W，灯距在3040CM；功率200W以下，灯距在20CM左右。下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098512应用局部或全身光浴时，光浴箱的两端需用布单遮盖。通电后35分钟，应询问患者的温热感是否适宜；光浴箱内的温度应保持在4050。每次照射1530分钟，每日12次，1520次为一疗程。治疗结束时，将照射部位的汗液擦干，患者应在室内休息1015分钟后方可外出。附注意事项1治疗时患者不得移动体位，以防止烫伤。2照射过程中如有感觉过热、心慌、头晕等反应时，需立即告知工作人员。3照射部位接近眼或光线可射及眼时，应用纱布遮盖双眼。4患部有温热感觉障碍或照射新鲜的瘢痕部位、植皮部位时，应用小剂量，并密切观察局部反应，以免发生灼伤。5血循障碍部位，较明显的毛细血管或血管扩张部位一般不用红外线照射。照射方式的选择和照射剂量不同照射方式的选择红外线照射主要用于局部治疗，在个别情况下，如小儿全身紫外线照射时也可配合应用红外线做全身照射。局部照射如需热作用较深，则优先选用白炽灯（即太阳灯）。治疗慢性风湿性关节炎可用局部光浴；治疗多发性末梢神经炎可用全身光浴。照射剂量决定红外线治疗剂量的大小，主要根据病变的特点、部位、患者年龄及机体的功能状态等。红外线照射时患者有舒适的温热感，皮肤可出现淡红色均匀的红斑，如出现大理石状的红斑则为过热表现。皮温以不超过45为准，否则可致烫伤。主要适应证和禁忌证适应证风湿性关节炎，慢性支气管炎，胸膜炎，慢性胃炎，慢性肠炎，神经根炎，神经炎，多发性末梢神经炎，痉挛性麻痹、弛缓性麻痹，周围神经外伤，软组织外伤，慢性伤口，冻伤，烧伤创面，褥疮，慢性淋巴结炎，慢性静脉炎，注射后硬结，术后粘连，瘢痕挛缩，产后缺乳，乳头裂，外阴炎，慢性盆腔炎，湿疹，神经性皮炎，皮肤溃疡等。禁忌证有出血倾向，高热，活动性肺结核，重度动脉硬化，闭塞性脉管炎等。附处方举例1红外线照射双膝关节灯距40CM，30分钟，每日一次，7次。适应证慢性风湿性关节炎2红外线照射右侧胸廓（下半部）灯距50CM，20分钟，每日一次，8次。下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098513适应证右侧干性胸膜炎3太阳灯照射腰骶部灯距40CM，2030分钟，每日一次，6次。适应证腰骶神经根炎4全身光浴箱内温度4045，2030分钟，每日一次，8次。适应证多发性末梢神经炎5左小腿局部光浴2030分钟，每日一次，8次。适应证左侧腓总神经外伤123磁疗的研究磁疗（MAGNETOTHERAPY），以磁场作用于人体治疗疾病的方法。磁场影响人体电流分布、荷电微粒的运动、膜系统的通透性和生物高分子的磁矩取向等，使组织细胞的生理、生化过程改变，产生镇痛、消肿、促进血液及淋巴循环等作用。磁疗的常用方法有静磁疗法。用于穴位和病变局部。动磁疗法。又称旋磁和脉动磁疗法。磁化水疗法和磁针疗法等。临床常用以治疗软组织损伤、表浅血管瘤、乳腺增生、神经痛、胃肠功能紊乱等。一、磁疗特点中国应用磁场于医疗方面，经过近四十年来的实践和研究，具有以下特点。适应症广应用各种类型的磁场治疗疾病时，其适应症状广，不仅在内科疾病与外科疾病方面，有大量的适应症，而且在妇科、儿科、眼科、耳鼻喉科、皮肤科等各科中，均有不少疾病是磁疗的适应症，应用磁场治疗的疾病，已超过百种。疗效好磁疗法发展快、治疗疾病种类多，对于多种疾病有良好、较好或有一定的治疗效果，磁场除了疗效好，而且对有的疾病的效果产生也快。甚至有的疾病可以出现即时效果。省时方便磁场疗法不仅可在医院、门诊部开展，而且也可以不去医院就可以应用磁场治疗疾病，在医生指导下，将磁片贴敷于穴位或病变部位，或者使用磁性健康用品后，定期与医生联系，反映使用情况，就不必每天去医院，而可以边工作边治疗，节省很多时间；有些小型的磁疗机或磁疗用具，经过简单的学习，就可以自己或家人帮助操作，有的磁疗产品价格合理，而且可以反复使用，因此经济节约。下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098514多病兼治磁疗法属于物理疗法的范畴，磁场属于一种物理治疗因素，一般物理疗法在施治时，是针对某一种疾病，而磁疗法则与其他物理疗法有所不同，有时可以同时治疗几种疾病，如用磁片贴敷治疗扭挫伤，如同时有关节炎，失眠，再加贴与其有关的穴位，则关节炎、失眠也可以同时治疗了。又如使用磁性床垫治疗失眠，如同时有高血压病，那后者也可以同时得到治疗，如因神经衰弱使用磁性枕垫，如同时有颈椎病，那颈椎病也同时得到治疗。治疗作用的双向性在物理疗法中，有些物理因素的作用具有双向性，如有的物理因素有镇静作用，同时也有兴奋作用，但必须有一个条件，即使用剂量不同，或极性不同，而磁疗法不需上述类似条件，在有的情况下可以产生两种不同的作用，如应用磁场使面神经的兴奋性升高，治疗面神经麻痹，同时又可以降低面神经的兴奋性，治疗面肌抽搐，又如应用磁场降低肠平滑肌的兴奋性，治疗因肠平滑肌运动亢进而引起的腹泻，磁场又可以用增强平滑肌的活动性，故可治疗因肠平滑肌运动缓慢所致的便秘。无痛苦、无损伤、安全性好在施行磁疗时，患者没有痛苦与不适，无任何损伤，因此易于为患者所接受。在穴位上施行磁场治疗时，不象针刺那样需要刺破皮肤，对于因病而需要针刺治疗时，有的可以应用磁场代替针刺治疗，故尤其适用于怕针惧痛的患者。即使极个别人在接受磁场治疗时，产生某些不适反应，降低磁场强度或停止磁场作用后，不适应反应将会消失，因此说磁疗法是一种安全性好的治疗方法。二、磁疗现状中国在古代就用磁疗治病。60年代初用铁氧体磁块贴敷穴位治高血压、关节炎等症状，后来出现了磁疗机及衣、帽、鞋、裤、垫等随身衣物上贴敷磁场的疗法，旋磁法、磁电法、磁针法等。中国的磁疗已进入多层次、多学科、多水平和深入提高的阶段。对磁疗的理论，生物效应，临床适应症，方法学，磁疗产品研究等，都有较明确的论证。磁疗已成为物理治疗的主要方法之一。有许多医疗科技工作者对机理进行更深一步的研究，多种磁疗服饰、磁疗睡眠系统正在向高层次发展。三、磁疗作用机理磁性是物质的属性之一。人体也具有一定的磁性，现已发现人脑、心脏、皮肤和其他器官的电流活动都产生有磁场，甚至连头发上的毛囊也产生有磁场。由于现代磁学和生物学的发展，出现了生物磁学这门边缘科学，现已获知磁性物质和磁场对生物学的生理机能都有一定的作用和影响，这种作用和影响叫生物的磁效应。这种磁效应应是由于物体内部微观结构的电子运动和构成生物组织的物质磁性决定的。科学实验已证实，磁性物质和磁场对生物的分子、细胞、神经、器官及整体（指活体）的各个下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098515层次均显示出不同的影响。磁疗就是利用人体内部的这种生物磁效应来调整和恢复人体内各种不平衡或不正常的机能状态来达到保健的目的。根据生物的磁效应，磁疗治病机理可以概括为以下几个方面1生命过程中的氧化还原反应、神经的传导、心肺的搏动等都与人体内部的电子传递有关，磁场可以影响电子的运动。2生物膜的渗透性有极强的选择性，它对人体内部的脑电位及物质的交换和代谢有主要的作用。磁场能影响一些带电离子，如钾、钠、氧的渗透能力。3人体中的各种酶和蛋白质都含有许多微量过渡金属，如铁、钴、锰、铜等。这些微量元素大多是各种酶和蛋白质的组成部分，同时又是酶和蛋白质的活动中心。磁场通过对过渡金属元素（磁性离子）的作用而改变这些酶和蛋白质的活动功能，加速酶系统的生化反应。四、磁疗作用1磁疗能增强白血球的生命力，在磁场的作用下，白血球吞噬机能比较活跃，红血球和淋巴细胞的沉降变慢，有利于消炎和降低血沉。2磁疗能改善血液循环，增强氧气和铁质的吸收，排除二氧化碳和血液内的污物（有害毒素和疲劳物质）。3磁疗能在体内产生电流，增加血管壁的弹性使血管扩张，降低血液粘度，加快血流，消除栓塞。4磁疗有加强内分泌液渗透作用，纠正内分泌的失调和紊乱。5磁疗能刺激人体的感应器兴奋末梢神经，调节神经功能。6磁疗能使致痛物质如缓激肽、5色胺、酸性代谢产物等扩散和消失，减轻和消除疼痛。从中医来说，由于磁疗象针灸一样，主要是通过人体经穴来治疗疾病，说明磁疗对经络的作用是很明显的，经络的实质虽然至今医学上尚未阐明和作出定论，有认为是现代的神经系统，也有认为是血管系统，再有认为是内分泌系统，还有认为是淋巴系统，或是它们之间的组合，但经络是客观存在的。不仅中医是这样认为，西医也对经络的存在是肯定的，这些系统是都属于人体的神经体液，所以磁疗都对其产生作用和影响，按中医来说，即活血化淤是中医的重要疗法，特别是70年代以来，活血化淤的临床应用有很大发展，治疗的范围愈来愈广泛，疗效愈来愈高，对其机理的研究愈来愈深。在临床上已证实，凡是中医活血化淤疗法能够治疗的疾病，磁疗大都能治疗，而且效果很好，如血肿、高血压、脑中风（脑血管病）、冠心病、糖尿病、胸腔积水、肾炎、水肿，尤其是关节疼痛等都收到很好的效果，说明磁疗的活血化淤的作用是很强的，所以从中医来说，磁疗的作用更加明显。五、磁疗健康下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098516科学家经过实验和观察发现，磁场效应有益健康。所谓磁场效应就是磁场作用于人体后引起的生物效应。归纳起来有以下几个方面1促进细胞代谢，活化细胞，从而加速细胞内废物和有害物质排泄。2平衡内分泌系统。3促进血液循环，改善微循环状态。4促进炎症消退，消除炎症肿胀和疼痛。5双向调节血压，尤其能使高血压降低。6提高红细胞的携氧能力，降低血液粘度。7增强和改善人体免疫功能，提高人体对疾病的抵抗能力。8有抗衰老作用，清除体内积存的自由基。9改善血脂代谢，有降低胆固醇作用。10消除疲劳、促进体力恢复。11镇静作用，消除失眠和神经紧张。上述种种磁场效应，确实对人体健康能起到有益作用，是人类理想的健康之宝。磁疗在中国可谓历史悠久。早在秦汉时期，人们就开始用天然的磁石治病。在神农本草经中就有记载“磁石味辛酸寒，主治周痹风湿、肢节肿痛，不可持物。“随着医学科学的发展，创造出不少磁疗器械，如磁针法、磁电法、直流电磁疗、旋转磁疗法、交变磁疗法等。因磁疗使用方法简单，安全可靠，无损伤，无痛苦，已被广泛地应用于临床，深受广大病人欢迎。因磁场能改善血液循环和组织营养，降低末梢神经的兴奋性，促使致痛物质的分解和转化，从而具有镇痛作用；磁场可以加强局部的血液循环，改善组织的通透性，有利于炎症的消散和渗出物的吸收。同时，磁场还能提高机体的非特异性免疫功能，似改变病人的全身状态，提高对疾病的抵抗能力，抑制和防止疾病的复发；磁场可促进局部的血液循环，加速炎症渗出物的吸收和消散，具有消肿作用。磁疗的剂量要根据病人的年龄、身体状况、病情、治疗部位等具体情况决定。磁场的强度一般分为三级在005T特斯拉以下者为小剂量；005015T者为中等剂量；015T以上者为大剂量。老年体弱者，一般宜从小，剂量开始，如疗效不明显而无明显副作用时，可适当加大磁场强度。磁疗的时间、疗程也需根据病人具体情况而定。在家里进行磁疗，最常用的是磁片贴敷法。这种方法最容易掌握，只要选择合适磁场强度的磁片，用胶布固定在治疗部位或一定的穴位上即可。若对磁片过敏，可在磁片下衬以薄纸，再用胶布固定。一般磁片贴敷法可连续进行56天，取下休息12天再贴，34周为一疗程。贴敷磁疗时，其副作用大多在两天内出现，有恶心、呕吐、心慌、一时性呼吸困难、头晕、嗜睡、乏力、低热等。轻者可对症治疗，重者则需停止磁疗。下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709851713本课题的来源及研究目的和意义人手是一个极易受到损伤的器官。在创伤中，手指伤占有较大的比例，占外科急诊总数的20以上，占骨科急诊总数的40。由于手部解剖比较精细，神经血管纵横交错，小肌肉遍布全手，致使手部损伤的治疗要求较高，难度较大，治疗后康复期长，手完成精细动作的功能恢复多不理想。如何更好的促进外伤后手的功能恢复，已显得至关重要。手部的主要功能要通过手指的灵活运动来完成，而严重影响手指功能的外伤主要包括以下几种手部伸屈指肌腱损伤、手指骨折、脱位、影响手指运动的相应的神经肌肉损伤、手指离断伤、手指及手掌软组织挫伤。临床上手外伤术后多需将患指固定于功能位、休息位或某一特殊位34周。致使淤积于关节内肌腱周围的淤血已经形成纤维变性，这就直接导致手指关节及肌腱的粘连，在不同程度上影响患指的功能。近年来，手外科的临床医生已经对这种情况予以高度关注，并积极寻找解决办法。目前治疗手外伤康复期手部活动功能障碍的主要方法有理疗，包括湿热疗法、电磁波、超声、氦氖激光照射、感应电疗法；患指主动活动及应用支具及弹力装置进行手指的被动活动，如动力型夹板。近年来，连续被动活动（CPM）这一新生的生物学概念已经出现。即在连续被动活动作用下，加速关节软骨及周围的肌腱和韧带的愈合和再生，使连续被动活动这一治疗理念为广大临床医生所接受。但到目前为止，仍无一种能较好解决关节僵直及手僵直的治疗器具临床使用。国外临床上对于手外伤后手的功能改善和康复方面主要采用的是通过修复受损神经，解除神经压迫，以及通过健全的肌肉肌腱的移植转位来重建或改善患手的功能。目前，国内外无论是市场上还是科研单位，都出现了对手指关节康复的CPM机器，但他们还不能像大关节CPM机那样实现精确地控制，不能对手指抓握等精巧的动作进行训练，治疗的效果还有待提高。鉴于以上原因，根据现代循证医学（EVIDENCEBASEDMEDICINE，简称EBM）和CPM理论，在对手（指）运动进行建模、仿真并进行系统的运动学和动力学分析的基础上，研究设计一种适合于手指功能康复治疗的仪器。该手指关节功能康复仪能更好地促进手部创伤患者的功能锻炼恢复，使恢复运动更加有效，恢复过程更短，安全性也将得到更好的保障。14本课题研究的主要内容本文研究的主要内容分为以下几个方面康复仪的机械结构设计根据手指的生理特征以及康复机构的工作原理，完成机械结构设计。要求康复仪尽量方便、安全、体积小、可靠、实用。下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098518机构运动和受力分析根据康复原理和要求计算机构和手部的受力情况。确保机构的可靠性以及患指的安全性。电机选择根据康复仪机构的工作要求选择适当的电机。尽量选择小电机，以便康复仪整体体积小，方便灵活。2手指关节功能康复仪的结构设计21设计要求手指关节功能康复仪的机械系统是整个系统的执行系统。机械系统包括完成创伤手指的连续被动活动的CPM装置和其必须的动力和传动部件。另外，机械系统还要考虑整个系统的信号调理电路板、电气安装接口等。本章主要介绍康复仪的机械结构设计。22康复仪结构设计及其工作原理机构组成根据研究设计，手指关节功能康复仪实物图如图21。图21手指关节功能康复仪的结构图凸轮柱由凸轮轴、凸轮片、直径为3MM的铜柱和若干个小滚珠组成。曲柄滑块机构由曲柄轴、曲柄轮、连杆和凸轮组成。下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098519带传动机构由带轮轴、带轮和传动带组成。柔性托板机构有托板、铰链组、拉力弹簧和压力弹簧组成。红外线装置由电路板、21个红外线发射管和24个普通发光二极管组成。磁疗装置由安装在仪器底座上4个固定磁块和在凸轮柱内部的两个磁块组成。工作原理如图21所示，康复仪有两个电动机，可调速电动机11通过凸轮轴带动凸轮柱旋转，与柔性托板机构共同对手指进行按摩作用。可调速电动机2与带轮轴连接，经过一级带传动减速后，通过曲柄滑块机构带动凸轮柱水平往复运动，和柔性托板一起实现手指关节的屈伸运动。安装在机体后内测的红外线装置在按摩过程中发光发热，促进患者手部的血液循环，增强了按摩效果。磁疗装置在按摩过程中，由于磁体自身运动角度的变化，产生循环的交变磁场，与手指关节的屈伸、按摩、红外线发射疗法四位合一，康复效果更佳。23总体方案设计231人手的生物学特性分析人手具有复杂的结构，是由骨骼和连接骨骼的韧带、作为动力机构的肌肉和把肌肉与骨骼连在一起的肌腱以及手上的软组织和皮肤等（忽略神经及血液系统）组成。骨骼在关节处相连，其大小不变。肌肉产生力矩，通过肌膜控制关节的运动，对每一条肌肉都与一条或多条与其力矩相反的肌肉与它相互作用。由于骨骼在运动中发挥支撑以及姿态的主导作用，因而对于手部运动的研究也必须以其骨骼的构造为主要对象。事实上，不同部位的关节的形状与功能的不同，则决定着最终的姿态。其中的主要原因就是处于关节之间的骨骼不会自身的变形，即这种连接相对可认为属于刚体性质。因而运动完全取决于关节的转动本身。一般地，手部的关节至多是弯曲运动和内收外展运动。弯曲运动是指在手掌自然下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098520平面相纵向垂直的平面上的运动。这主要由手背的的指间关节和腕部关节来完成。除能完成完全运动之外，手背的掌与指连接的关节，还能进行内外展运动。应当说明的是，这类关节的弯曲运动与内收外展运动间含有特定的约束关系，即弯曲运动完成之后，一般不再有内收外展轴向的转动。出大拇指外其他四个手指相对于手掌的运动由指掌关节MP、指间关节PIP、指端关节DIP决定手指有4个自由度，其中MP处有2个自由度；PIP和DIP处各有1个自由度；大拇指有2个自由度，整个手指共有18个自由度，如图22所示。图22人手机构模型手指运动的特点包括手指关节的弯曲伸展范围和内收外展范围有限，如MP关节的弯曲角度一般不大于90度；各段手指骨在同一个平面内运动；大拇指外伸的两段指骨在同一平面内运动；MP处弯曲的轴线和内收外展的轴线几乎垂直；PIP和DIP之间的运动相互约束，即使没有外力作用，弯曲PIP的同时，DIP也必然会弯曲；反之亦然。依据正常成年男女手指功能模型，手指运动角度如表2所示。表2手指屈伸角度范围232传动方式在康复仪整个机构中，要实现对手指的按摩以及实现手指关节的屈伸运动。对手指的按摩是通过凸轮的旋转运动实现的，如图22所示，凸轮的旋转运动由电动机11利用联轴器通过凸轮轴带动凸轮旋转，而电动机2也是利用联轴器使主动轮14旋转的。联轴器的作用是连接两轴，传递运动和转矩。下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098521联轴器类型如下联轴器类型的选择原则根据机器的工作特点、性能要求，结合联轴器的性能等选择。1、对低速、刚性大的短轴，可选用刚性固定式联轴器；2、对低速、刚性小的长轴，则宜选用刚性可移式联轴器；3、对传递转矩较大的重型机械，可选用齿轮联轴器；4、对需有一定补偿量，单向转动而冲击载荷不大的中、低速传动的水平轴的联接，可选用滚子链联轴器；5、对高速轴，应选用弹性联轴器；6、对轴线相交的两轴，则宜选用万向联轴器。由上面分析我们选择刚性固定式联轴器。常用的刚性固定式联轴器有套筒式、夹壳式和凸缘式等，图23是两种凸缘联轴器。图23凸缘联轴器下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098522而对手指关节的屈伸运动时通过凸轮的水平往复运动实现的，由图22知，可调速电动机2与带轮轴连接，经过一级带传动减速后，通过曲柄滑块机构带动凸轮柱水平往复运动，和柔性托板一起实现手指关节的屈伸运动。电动机2带动主动轮14转动，主动轮经过传送带带动从动轮13转动，而从动轮与两个一样的曲柄轮同轴连接，曲柄轮与从动轮以相同的角速度转动，曲柄轮通过连杆带动凸轮实现凸轮的水平往复运动。带传动是一种挠性传动。带传动的基本组成零件为带轮和传动带。当主动轮转动时，利用带轮和传动带之间的摩擦或啮合作用，将运动和动力通过传动带传递给从动轮。带传动具有结构简单、传动平稳、价格低廉和缓冲吸振等特点，在近代机械中应用广泛。带传动的组成固联于主动轴上的带轮1主动轮；固联于从动轴上的带轮3从动轮；紧套在两轮上的传动带2，如图24所示。图24带传动传动原理摩擦传动当主动轮转动时，由于带和带轮间的摩擦力，便拖动从动轮一起转动，并传递动力（平带和带传动）。啮合传动当主动轮转动时，由于带和带轮间的啮合，便拖动从动轮一起转动，并传递动力（同步带传动）。带传动的特点结构简单、传动平稳、造价低廉以及缓冲减振；摩擦式带传动有弹性滑动和打滑的现象，传动比不稳定。带传动的类型平带传动，结构简单，传动效率高，带轮也容易制造，在传动中心距较大的场合应用较多。圆带传动结构简单，其材料常为皮革、棉、麻等；在一般机械传动中，应用最广的带传动是带传动，在同样的张紧力下，带传动较平带传动能产生更大的摩擦力。下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098523V带传动中V带的横截面呈等腰梯形，带轮上也做出相应的轮槽，传动时，V带的两个侧面和轮槽接触，槽面摩擦可以提供更大的摩擦力；多楔带传动兼有平带传动和带传动的优点，柔韧性好、摩擦力大，并解决了多根V带长短不一而使各带受力不均的问题，主要用于传递大功率而结构要求紧凑的场合。同步带传动是一种啮合传动，具有的优点是无滑动，能保证固定的传动比；带的柔韧性好，所用带轮直径可较小。由于康复仪中凸轮水平往复运动时凸轮与手部之间的作用力主要为水平方向的摩擦力，该力度不会太大，所以我们选择摩擦型带传动。在摩擦型带传动中，其类型是根据传动带的横截面形状的不同，分为平带传动、圆带传动、V带传动和多楔带传动，如图25。平带传动V带传动多楔带传动啮合传动图25带传动类型V带的横截面呈等腰梯形，带轮上也做成相应的轮槽。传动时，V带只和轮槽的两个侧面接触，即以两侧面为工作面。根据槽面摩擦的原理，在同样的张紧力下，V带传动较平带传动能产生更大的摩擦力。这是V带传动性能上的最主要优点。在加上V带传动允许的传动比较大，结构较紧凑，以及V带多已标准化并且大量生产等优点，因而V带传动的应用比平带传动广泛得多，故在本设计中决定采用V带传动。带的张紧装置的设计，如表3所示。如表3所示给出了几种常用的张紧装置，每种装置有其自己的实用场合，所以要根据自己的使用条件和自己的具体情况而定用什么张紧装置。0F12尚未工作状态尚未工作状态下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098524表3带的张紧装置定期张紧装置采用定期改变中心距的方法来调节带的预紧力，使带重新张紧。在水平或者倾斜不大的传动中，这种张紧装置分为两种方式，如图所示。自动张紧装置将装有带轮的电机安装在浮动的摆架上，利用电机的自重，使带轮随同电机绕固定轴摆动，以保持张紧力。采用张紧轮的装置当中心距不能调节的时候，可以采用张紧轮将带张紧。张紧轮一般应放在松边的内侧，使带只受单向弯曲。同时张紧轮还应尽量靠近大轮，以免过分影响带在小轮上图217带张紧装置下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098525的包角。张紧轮的轮槽尺寸与带轮的相同，且直径小于小带轮的直径。根据本次设计的要求以及实际情况，决定采用自动张紧装置。233电机选择根据康复仪机构中传动和运动方式的特点，电机驱动是一个不错的选择，首先电机驱动有以下特点用电机来驱动获得的旋转运动比较方便，可以直接应用其电机轴来固定机构，这样就能够减少机械的工作量，增加机构的可靠性。如果是步进电机的话，在角度的控制方面有很大的优势，因为数字量的控制将更加简单。采用电机驱动，虽然获得旋转运动比较方便，但是电机的自重较大，这样设计时，整个系统的重量将变大，而且也好多的不确定的因数，增加了设计的难度，对产品的可预知性能有很大的缺陷，增加了风险。能实现启动、停止、连续的正反转运行，且具有良好的响应特性。正反转的特性相同，且运行我稳定。维修容易，而且不用保养。由此，我们选择两个相同的可调速电动机完成整个系统的运动，其主要参数为功率P15W35W，转速N20R/MIN40R/MIN,工作电压U6V12V通过改变电机电压实现电机的调速。234机构设计计算一、凸轮的设计凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。凸轮机构一般是由凸轮、从动件和机架三个构件组成的高副机构。凸轮通常作连续等速转动，从动件根据使用要求设计使它获得一定规律的运动凸轮机构最大的优点是只要作出适当的凸轮轮廓，就可以使从动件得到任意预定的运动规律，并且机构简单、紧凑，占据空间小，设计比较方便。缺点是凸轮与从动杆为电接触或线接触，容易使磨损凸轮轮廓，只能用于受力不大的地方，凸轮轮廓是曲线，给加工带来很大困难。凸轮机构能实现复杂的运动要求，广泛用于各种自动化和半自动化机
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