机械义肢（上肢）的结构设计 毕业设计说明书

机械义肢（上肢）的结构设计毕业设计说明书一、研究背景机械义肢是一种替代受伤或残疾患者失去的肢体的人工装置。其设计旨在为患者提供更好的生活质量，增加他们的自理能力以及提高他们在社会中的地位和尊严。特别是对于失去上肢的患者，机械义肢可以帮助其完成诸如握紧物体，搬运物品，甚至进行日常生活基本自理等动作。而且，根据WHO（世界卫生组织）的数据，由于交通事故，战争，自然灾害和传染病等原因，全球范围内的上肢残疾人群逐年增加。因此，设计一款高性能，低成本的上肢机械义肢，对研发人员和社会贡献具有巨大现实意义。二、研究方案1.机械义肢的选材机械义肢的选材是关键要素之一。通常，人工肢体部件的材料应满足以下要求：（1）生物相容性较好：具有良好的耐久性和安全性，从而避免产生副作用或过敏反应。（2）质量轻且坚固：根据上肢的重量和物体操作的复杂性，制造材料应该既具有足够的强度和刚性，又能保证肢体的轻便和灵活性。（3）自然度和美观性：考虑到患者的精神需求，人造肢体材料应该近似于自然肢体，色调和质地应尽可能的与肌肤接近，看上去更具美观性，并且可以隐蔽在衣服里。（4）低成本：在制造机械义肢前，还应该考虑到成本因素，制造材料应该尽可能的低成本。2.机械义肢的结构设计机械义肢的结构设计是机械义肢设计中的核心问题之一。机械义肢主要由前臂、手掌、肘部和肩膀组成。因此，我们需要设计适应于不同使用范围的适当的肢体长度和功能位置。此外，机械义肢应该具有一定的智能控制系统，使患者可以轻松地控制肢体。如以下所示：（1）前臂设计要设计符合人体形态并且轻巧的前臂，其长度可以根据需要进行调整。此外，需要考虑两者上臂头骨的质量分布情况，分别在前臂和上臂位置进行加强。同时，需要将运动部件（例如手掌）与肘部关节配合，使前臂更加灵活。（2）手掌设计手掌应尽可能接近自然手掌的外形，手指应该具有伸屈、握紧和松开的功能。同时，大拇指应该添加到手指中，以更好地拾取动作。同时，可以加装感应器件，以感知物体的形状和质量。这种设计使肢体能够感受到抓住物体的重量，从而更好地掌握操作力。（3）肘关节设计肘关节是一种重要的连接机制，是肘部的核心部件。一个好的肘关节设计可以使前臂有足够的运动能力，使患者完成各种活动，例如搬运，刷牙，饮水等。因此，设计肘关节时应注意以下几点：1）让肘关节有足够的强度和刚性以支持上臂的质量。2）要做到灵活性和力量均衡。3）确保稳定性和可靠性。（4）肩膀设计肩部是上肢的起点，因此设计应该更加精细。首先，需要考虑患者的身体尺寸和体重。然后，设计合适的机械肩膀和肩带，以克服机械依赖性和稳定性问题。（5）智能控制为了实现有效的手部操作和实现平衡控制，需要结合某些传感器，例如深度相机和肌电传感器，来检测肌肉信号并控制机械肢体。此外，可以将控制系统集成到肢体内部，实现微处理器芯片的电子控制。这样做可以减少计算机的体积和重量，使肢体更加轻便。三、研究方法此次设计采用“理论模拟，模型设计，模拟测试”三步骤。1.软件仿真通过三维建模软件（如SolidWorks）进行机械义肢设计和模拟。首先，我们将参考一部分已有的医用机械义肢和自然肢体，综合设计出适合于患者的肢体结构；接着，设计各部件的装配方式，确定合适的合作关系。最后，根据设计细节调整，确定人工肢体的形状和结构设计。2.模型制造基于三维建模的机械义肢模型，采用数控机床，3D打印机制造模型。3.模拟测试进行机械义肢的运动学测试。四、预期成果此次研究的预期结果如下：1.一款高性能、低成本的机械义肢设计，能够满足上肢残疾患者的生活需求，提高其自理能力和生活质量。2.制造出样机，并进行运动学测试和性能评估，以提高其设计准确性和性能稳定性。3.制定了一套较为完整的机械义肢设计方案，为以后的研究工作提供了重要的技术指导和支持。五、结论通过以上研究，我们可以设计一款具有高性能、低成本的机械义肢，能够为患者提供更好的生活与助力，提升其生活质量和对社会的贡献。虽然在机械义肢领域，我们还