论文（设计）题目：基于ANSYS的下肢康复设备结构设计

学院

智能制造学院

专业

机器人工程

年级

2022级

学生姓名

指导教师

学号

职称

副教授

一、选题的目的和意义

目的：随着中国经济的高速发展，人民的生活水平不断提高，私家车更加普及化道路上各式交通工具数量也大量增加。但由于种种原因交通事故也层出不穷，由于交通事故造成的下肢损伤患者越来越多；此外，中国老龄化速度不断加快，老年人口数量在不断增加，近三次人口普查数据中65岁及以上人口数量及占比如下:2000年8810.2万人占比6.96%、2010年11883.3万人占比8.87%、2020年19063.5万人占比13.50%。老年人年龄的增长，身体素质和肢体活动能力不断下降。

综合以上等原因，中国对肢康复设备及专业康复训练人员的需求在不断增加。但现有的专业康复训练人员数量远不足以满足需求且治疗费用较高。所以设计一种安全、易用、有效的下肢康复设备显的十分必要。

意义：在下肢康复训练的中后期，长期卧床训练效果有限，且由于长期卧床可能会引发坠积性肺炎、压疮、排尿困难、尿路感染、胃肠道胀气、便秘、下肢深静脉血栓形成等并发症。所以设计一种可移动的站立型下肢康复设备不仅可以有效训练、加速康复，且可能会减少长期卧床带来的危害。另外，患者独立自主的完成训练还可以提高康复的自信心，加快康复。

二、相关文献综述（1000字左右，与主要参考文献对应）

我通过查阅关于基于ANSYS的下肢康复设备结果设计相关论文，我对我的研究的社会背景和目前发展现状有了基本的认识，并对我的设计有了初步的计划。首先我查阅了目前国内下肢康复设备的研究现状，这让我对目前的社会需求有了一定的了解。其次我对下肢康复设备技术进行的查阅，我了解到了目前下肢康复设备的发展趋势，这让我大致拟定了我的研究计划。并且我对ANSYS的运用有了更多的认识，这对我后面的研究肯定会起到很大的帮助。

蒋志在2021年5月发表的《基于Ansys+workbench康复训练支架的有限元分析》一文中提到减重康复训练目前是国内外应用最多并且治疗效果最明显的一种康复训练方式，现在已经得到了国内外康复治疗的普遍认可。其康复训练的效果也是非常的好，在能够实现为下肢损伤的患者减重的同时，也可以帮助下肢损伤的患者进行康复训 练。其主要是使用悬吊装置对下肢损伤的患者进行减重，让下肢损伤的患者的重量减轻，这样就可以实现下肢损伤的患者在支撑能力不足的情况下也能进行正常的康复训练。

孙雅、李龙、张军、许靖宜、梁科在2023年7月发表《基于ANSYS的下肢康复设备结构设计》一文中提到针对下肢障碍群体，国内现有的康复训练设备大多是原地踏步或安装跑步机的方式，功能较为单一且智能化程度不高。所以作者设计的下肢康复训练设备，通过升降座椅达到辅助患者起身的效果，利用悬吊式康复训练设备帮助患者减轻下肢承重，进行日常的康复训练，帮助患者快速、科学地恢复行走能力。进行减重康复训练过程中，减重支架承受的力最大，对强度和刚度都有严格的要求，需对减重助行设备进行 ANSYS有限元分析，保证康复设备结构安全和稳定。

孙玉龙在2015年12月发表的《家用型双下肢康复理疗仪的设计》一文中提到：1.运动踏板类康复机器人通过起吊装置将人体吊起，从而减少患者腿部与地面的解除力，进行步行训练。但缺点是由于装置将人体吊起，患者重心位置偏高，在训练过程中就会出现人体摆动、倾斜等现象，无法控制其重心而造成不必要的损伤；2.多数的下肢康复设备，器材体积尺寸比较大，使用地点会局限在大型康复机构或医院等场所。而患者本身就存在年龄老龄化、下肢活动不便的情况，因此场地空间的不足以及使用地点的局限性，会对患者的使用造成很多不便，所以设备尺寸不宜过大。

蒋志在2021年12月发表的《智能康复训练减重系统的研究》一文中提到下肢运动有障碍的患者在不同的恢复阶段需要不同程度的减重。在康复训练过程中，由于自身重心在垂直方向上下浮动，会引起钢丝绳长度的变化，进而引起钢丝绳张力的变化。力控制用于控制电机的输出扭矩。按照不同的减重力来计算所需的电机输出 力和所需砝码提供的拉力，再根据所需电机输出力折算成电机转矩以控制电机，同时通过拉力传感器测得实时的减重力，将误差值输入控制器，就可以实现闭环控制。

通过查阅这些资料，我对我的研究方向大致有了一个轮廓，这个设计主要分为三个部分，第一减重结构的设计，通过产品的需求、人体的数据、不同工况下结构的强度、刚度等设计；第二安全保护装置以及易用性的设计，主要是安全马甲、扶手、设备的平衡性等设计；第三是整体结构设计，主要对设备材料的选型，以及设备在使用过程中不同情况下的强度、刚度等的仿真、计算；对设备移动机构的设计和轮子的选型；

三、研究内容

对设备材料的选型，以及设备在使用过程中不同情况下的强度、刚度等的仿真、计算；对设备移动机构的设计和轮子的选型；对设备安全保护机构的设计和强度、刚度仿真；对设备零件的装配、联接的要求；对设备的外观颜色的选择，以及设备易用性的检查；实现设备对患者来说是安全、易用、有效的。

1引论

1.1 研究目的及意义

1.2 国内外研究现状

1.3课题研究主要内容

2减重结构的系统设计

2.1减重结构的设计

2.2驱动方式的选择

3安全保护装置以及易用性的设计

3.1安全保护装置设计

3.2易用性设计

4整体结构设计

4.1整体结构强度、刚度校验

4.2移动机构的设计

5结语

参考文献

致  谢

四、研究方法、步骤及措施等

研究方法：

文献研究法：阅读和参考相关ANSYS的下肢康复设备结构设计的文献，来合理设计本研究的基本框架、研究内容和基本方法。

理论与实践法：学习ANSYS Workbench，来提高自己的知识水平。通过知识的积累来解决相关设计中的问题。

研究步骤：

（1）前期准备：明确论文研究方向，制定研究计划，查阅相关资料，议定论文提纲。

（2） 撰写文献综述与开题报告：整理收集到的相关资料，向指导老师咨询相关意见。

（3）论文撰写：通过对收集到的资料进行整理并结合老师以及前人的研究成果进行论文初稿的撰写。再根据指导老师的意见进行修改，最终定稿。完成以下内容：减重结构的设计、驱动方式的选择、安全保护装置以及易用性的设计、整体结构强度、刚度校验。

（4）论文评审及答辩将论文定稿提交指导老师、评阅教师评审，并准备答辩。

研究措施：

（1）依靠学校图书馆有利条件，查询下肢康复设备结构设计资料。

（2）利用SolidWorks进行结构建模，并运用中国标准信息网查询设备的设计标准，和零部件的选型，使用ANSYS对结构进行强度、刚度校验。

五、进度安排

2023.09.29—2023.10.13 确定选题，下达任务书；

2023.10.14—2023.10.20 查阅资料，调查研究，拟定毕设研究内容和实现的功能；

2023.10.20—2023.11.3 完成开题报告；

2022.11.4—2023.12.22完成论文初稿；

2023.12. 23—2023.12.31 开展中期检查；

2023.12.23—2024.4.6 完成论文定稿、查重；

2024.47—2024.4.19 开展毕业设计评阅；

2024.4.20—2024.5.5 论文档案材料整理存档；

六、主要参考文献

[1] 孙雅,李龙,张军,等. 基于ANSYS的下肢康复设备结构设计[J]. 齐齐哈尔大学学报（自然科学版）,2023,39(4):41-46. DOI:10.3969/j.issn.1007-984X.2023.04.008.

[2] 蒋志. 基于Ansys workbench康复训练支架的有限元分析[J]. 科学技术创新,2021(5):78-79. DOI:10.3969/j.issn.1673-1328.2021.05.035.

[3] 张启国. 下肢外骨骼康复训练机器人减重系统研究[D]. 河北:河北工业大学,2013. DOI:10.7666/d.D464786.

[4] 孙玉龙. 家用型双下肢康复理疗仪的设计[D]. 河北:河北科技大学,2015. DOI:10.7666/d.Y2965755.

[5] 蒋志. 智能康复训练减重系统的研究[D]. 安徽:安徽理工大学,2021.

[6]郑福建,常影,赵玉山等.基于ANSYS Workbench的下肢康复机器人的有限元分析[J].河北农机,2020(01):43+45.DOI:10.15989/j.cnki.hbnjzzs.2020.01.027.

[7]崔利贞. 下肢康复机器人结构设计与建模分析[D].上海大学,2020.DOI:10.27300/d.cnki.gshau.2019.000194.

六、指导教师意见

指导教师签名：

2022年11月2日

八、系（教研室）审查意见（请在相应栏目打“√”）

1.同意开题   √               2.不同意开题

系（教研室）主任签名：

2022年11月5日

九、学院审核意见（请在相应栏目打“√”）

1.同意开题   √                2.不同意开题

学院院长签名：

2022年11月6日