康复移位装置多体动力学建模和力学响应研究

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1、康复移位装置多体动力学建模和力学响应研宄任武张赵威唐宏宾于毅新乡医学院生物医学工程学院中国科学院沈阳自动化研宄所机器人国家重点实验室长沙理工大学汽车与机械工程学院摘要：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。模型屮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120kg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1200和1400N，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

2、最大达到45和50mm,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;ZL位移;作者简介：于毅，E-mail:151022@xxmu.edu.cn收稿日期：2017-02-19基金：国家自然科学基金(61

3、305147)Multi-BodyDynamicsModelingandMechanicalCharacteristicsResearchofPatientRehabilitationTransferDeviceRenWuZhangZhaoweiTangHongbinYuYiSchoolofBiomedicalEngineering,XinxiangMedicalUniversity;TheStateKeyLaboratoryofRobotics，ShenyangInstituteofAutomation，ChineseAca

4、demyofSciences;CollegeofAutomotiveandMechanicalEngineering，ChangshaUniversityofScienceandTechnology;Keyword：patientrehabilitationtransferdevice;multi-bodytransfermatrixmethod;vibration;force;displacement;Received：2017—02—19引言移位机可实现肢体康复患者康复，或者帮助行动不便的老年人在床上、卧室、餐厅、浴室、卫

5、生间方便转移，它在康复和养老领域扮演着重要角色。根据现有国内外公开发表的文献，对移位机的研宄主耍有：1975年，美国的Brown在其设计专利中介绍了一种定位升降或变速的运动装置，可用于患者移动，减轻了护理人员的工作量U1。1979年，Liko公司开始了移位机市场研发。1996年，Capaldi等在房顶安装丫导轨，可使患者在室内进行任意位置的改变，这在固定式移位机设计中具有重要意义位1。2000年，Simon提出了一种用于提升和转移患者的便携式升降装置，在移位机多功能化进程上起了重要作用位1。2001年，Hakamiun等设计了

6、一种可以称重的电动移位机，通过吊兜将患者方便地升起或降低Ill。2003年，美国的Moffa等提出了一种支撑腿可线性伸缩、角度转换的患者提升装置狂1。2009年，Patterson等开发丫一类方便床上移动到检查床或手术台上的带万向轮的移位机M。2014年，Martin等设计了一种考虑患者感觉并能平稳安全使用的移位装置U1。国内，2002年高进钦等设计了防止患者身体后倾的电动移位机，代替了人工手摇升降方式M。2006年，马玉龙提出了一种患者移位机，采用托夹板、夹钳方式将人固定后利用滚轮移动，这增加了移位机的安全性m。2009年，

7、刘珊等设计了一种重症患者托起悬挂的移动装置，减少了护理人员工作量［10］。2011年，马江等开发了一种由弹性芯板构成的搬运器，具有结构简单、成本低、使用方便的特点Uil。2012年，王英会推出移位机，采用Z字型结构座椅和护肩，减少了吊兜式穿戴的不便度［12］。2013年，周玉亮设计了涡轮蜗杆驱动的新型人体移位机，增加了运动安全性［13］。2014年，张秋子等提出了一种康复患者可称重的移位机U41。关立军、南方等在医疗设备的力学分析上做了相应的研究，为生物力学计算提供了帮助［15-16］。多位学者对移位机的设计和应用屮做丫探索［

8、17-21］。传递矩阵法(transfermatrixmethod)于20世纪20年代被提出，主要研宄申联弹性构件的线性振动问题。2006年以来，多体传递矩阵法与有限元技术结合日益紧密M。多体传递矩阵法一般应用于军事、工程领域，在医学领域还没有应用的先例。笔者利用多体传递矩阵