论文总字数：23924字

摘 要

下肢静脉血栓多发于手术之后需要长期卧床的患者，目前临床上主要采用术后对患者腿部进行按摩的方式来预防下肢静脉血栓。其中气动按摩器由于结构简单、适应性强、按摩力度均匀逐渐成为了主流选择。但是目前市面上的按摩器均存在一定的问题，主要集中在气囊膨胀面积大导致按摩力度较低和按摩位置存在死角这两个问题。因此本论文针对这两个问题设计了一种新型腿部按摩器，采用一种推力气动执行器结构，能够提供给患者更大的推力。同时按摩器还包含有位移机构，用来调节按摩位置，减少按摩的死角。

本文首先提出了褶皱形状和漏斗形状两种推力气动执行器结构，对两种执行器结构的几何参数进行了定性分析。还利用ABAQUS软件对两种执行器进行了有限元仿真，观察执行器的变形以及推力大小，分析了两种执行器的优缺点。

其次提出了褶皱气动执行器的加工方法，设计了褶皱气动执行器加工所需要的模具，并使用模具进行了实际制作。对制作出来的气动执行器还搭建了实验平台，测试执行器的伸长和推力特性，并将实际的实验结果与仿真结果进行比较，验证其实用性。

接着提出了导轨滑块、布带以及伸缩气动执行器三种位移结构，用来调节按摩器的按摩位置。分析了这三种结构的优缺点，并将三种结构制作出来进行了实际的实验分析。

最后完成了按摩基底和控制方式的设计，将按摩器的各个模块组装起来进行了实际调试。之后分析了本文所设计的按摩器的优势和不足，并提出了未来改进的方向。

关键词：下肢静脉血栓，气动按摩，推力气动执行器，位移机构

Dsesign of Pneumatic Massage for Legs

02013227 Jiawei Li

Instructor：Mengqian Tian

Abstract

Patients who need for long-term bedridden after surgery often have venous thrombosis in their lower limb, doctor clinically often use massage to prevent venous thrombosis. The pneumatic massage device has advantages of simple structure, strong adaptability, massage intensity gradually and becomes the mainstream choice. However, there are some problems on the massagers in current market, mainly concentrated in the expansion area of the airbag is too large to give greater pressure and the location of massage can't be adjusted, so there is a deadlock in the massage position. So we designed a new type of leg massager to solve these two problems, using a thrust balloon structure, which can provide patients with greater pressure. At the same time the massager also contains a displacement mechanism, used to adjust the massage position, reduce the deadlock of massage.

In this paper, we first propose two kinds of thrust pneumatic actuators structures with pleat shape and funnel shape. The geometrical parameters of the two actuators structures are qualitatively analyzed. We use ABAQUS software to simulate the two actuators, and the deformation and thrust of the actuators were observed. The advantages and disadvantages of the two actuators were analyzed.

Secondly, the processing method of the wrinkled pneumatic actuators is put forward, we design a mold which is needed for the processing of the wrinkle airbag, and the actual actuators is made by using the mold. The experimental system was designed to test the elongation and thrust characteristics of the actuators, and the actual experimental results were compared with the simulation results to verify its practicability.

Then we put forward the rail slider, cloth belt and telescopic actuators three displacement structures, which is used to adjust the massage position. The advantages and disadvantages of these three structures are analyzed, and all of the three structures are produced and the actual experimental analysis is carried out.

Finally, we completed the design of massage device's basement and the control strategy of massager, then we assemble all the modules together for the actual debugging. We also analyze the advantages and disadvantages of the massager designed in this paper, and puts forward the direction of future improvement.

Keywords：Venous thrombosis, pneumatic massage, thrust pneumatic actuators, displacement mechanism.

目 录

1. 绪论 1

1.1. 课题研究背景及意义 1

1.2. 国内外研究现状 1

1.1.1. 按摩对于下肢静脉血栓预防的有效性论证 1

1.1.2. 气压按摩的有效性及各类气压按摩装置结构 2

1.1.3. 对于推力气动执行器结构的现有研究 4

1.3. 本文主要研究内容 5

1.4. 论文组织结构 5

2. 推力气动执行器的结构设计 7

2.1. 褶皱形状气动执行器 7

2.1.1. 褶皱形状气动执行器结构分析 7

2.1.2. 硅胶材料的应力应变模型 8

2.1.3. 褶皱形状气动执行器的仿真分析 9

2.2. 漏斗形状气动执行器结构设计 12

2.2.1. 漏斗形状气动执行器的结构分析 12

2.2.2. 漏斗形状气动执行器的仿真分析 13

2.3. 本章小结 14

3. 气动执行器加工及实验测试 16

3.1. 褶皱气动执行器的模具设计 16

3.2. 气动执行器实验平台的搭建及实验测试 19

3.2.1. 实验平台的搭建 19

3.2.2. 实验结果及分析 21

3.3. 本章小结 22

4. 气动执行器移动机构设计 23

4.1. 导轨滑块结构 23

4.2. 布带结构 24

4.3. 气动伸缩执行器结构 25

4.3.1. 气动伸缩执行器机构分析 25

4.3.2. 伸缩气动执行器模具设计 25

4.3.3. 伸缩气动执行器实物测试 26

4.4. 本章小结 26

5. 气动回路及控制方式 27

5.1. 按摩器气动回路设计 27

5.2. 模块组件的选择及连接 27

5.3. 按摩器的软件控制 28

5.4. 本章小结 29

6. 总结与展望 31

6.1. 总结 31

6.2. 展望 31

7. 致 谢 33

8. 参考文献 34

绪论

课题研究背景及意义

静脉血栓多指下肢静脉血栓，是常见的血管疾病。由多重因素导致下肢静脉回流压力降低，血液流通受阻使得血小板浓度升高。此时如果血管内表面有些许破损，会使得血小板在此处凝结，从而导致静脉血栓的形成。当血栓逐渐增大时，甚至会导致血管闭塞。如果血栓随血液上行，也会导致肺栓塞以及其他并发症，严重可危及性命。

著名医学家Virchow曾提出，形成静脉血栓的三大因素主要是血液滞缓，静脉壁的损伤和高凝状态^[1]，此外炎症也容易引发下肢静脉血栓。手术时，病人往往需要进行局部或者全身麻醉，导致下肢的肌肉失去了收缩功能。这使得手术后的病人的血液流速往往比较缓慢，符合静脉血栓的第一条成因。病人住院时往往需要注射各类溶液，这些溶液会刺激静脉内膜，造成一定程度上的静脉内膜损伤。此外许多骨折的患者的骨片容易划伤静脉壁，造成静脉壁的机械性损伤。两点均符合静脉血栓的第二条成因。而手术时的创口在愈合时会造成血小板的大量凝结，使得人体血液黏度变高，处于高凝状态。除此以外，手术后的病人往往需要长时间卧床，使得各项指标回复的较慢。综上所述，手术后的病人状况十分符合静脉血栓的成因，使得手术之后往往是静脉血栓的一个高发时段。

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