论文题目：医疗超声隔离套自动撑挂装置的探头夹持机械手设计与研究
摘要：随着医疗诊断技术的迅速发展,医疗超声影像检查技术已经广泛应用在医院临床检查中。在进行超声检查时,为了避免病患之间的交叉感染,本课题组研发了医疗超声隔离套自动撑挂装置。在使用医疗超声隔离套自动撑挂装置的过程中,需要医务人员手持超声探头进行挂套,一定程度上增加了医务人员的工作量。因此,本文设计了一种医疗超声隔离套自动撑挂装置的探头夹持机械手,用以代替医务人员持握超声探头的动作,具体的研究工作如下:首先,本文在课题组前期设计的医疗超声隔离套自动撑挂装置的基础上,做出进一步改进,依据常用超声探头的结构尺寸范围及前期设计预留空间的实际情况,将探头夹持机械手分为探头夹持机械手主体结构、探头辅助限位机构和水平移动机构三部分,明确探头夹持机械手的设计要求,确定探头夹持机械手的总体设计方案。其次,在设计要求的基础上,对夹持机械手的夹持轨迹进行分析,设计了探头夹持机械手主体结构,建立夹持机械手的运动方程,通过MATLAB软件对探头夹持机械手主体结构运动轨迹进行仿真。最后将探头夹持机械手装配在医疗超声隔离套自动撑挂装置内部,完成医疗超声隔离套自动撑挂装置整机的装配。再次,应用矢量解析法建立探头夹持机械手主体结构的数学模型,应用ADAMS软件对探头夹持机械手主体结构进行运动仿真分析,验证探头夹持机械手在夹持超声探头过程中的运动学特征;同时,使用ANSYS Workbench软件对探头夹持机械手主体结构进行有限元分析,验证探头夹持机械手主体结构符合强度和刚度要求。最后,搭建探头夹持机械手主体结构的试验平台,对3种常用的超声探头进行夹持试验。试验结果表明,设计的探头夹持机械手能够稳定夹持3种常用型号的超声探头,能够实现稳定夹持的功能,为医疗超声隔离套自动撑挂装置的整机试验奠定基础。
关键词：探头夹持机械手;隔离套;结构设计;运动学分析;有限元分析
学科专业：工程硕士（专业学位）
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题来源
1.2 课题研究背景与意义
1.3 国内外研究现状
1.3.1 医疗超声探头覆膜类装置研究现状
1.3.2 夹持机械手的国内外研究现状
1.4 本文主要研究内容
第2章 总体方案设计
2.1 引言
2.2 探头夹持机械手设计要求
2.2.1 探头夹持机械手运动空间分析
2.2.2 基本设计参数
2.2.3 驱动方式的选择
2.2.4 传动方式的选择
2.3 医疗超声探头结构特征分析
2.3.1 医疗超声探头类型
2.3.2 医疗超声探头手柄横截面形状特征分析
2.3.3 医疗超声探头手柄结构参数分析
2.4 医疗超声探头手柄夹持力分析
2.5 总体设计方案
2.6 本章小结
第3章 探头夹持机械手结构设计
3.1 引言
3.2 探头夹持机械手设计
3.2.1 夹持轨迹分析
3.2.2 基于三点夹持式的探头夹持机械手设计
3.2.3 基于四点夹持式的探头夹持机械手参数设计
3.2.4 四点夹持式探头夹持机械手的参数化设计
3.2.5 四点夹持式探头夹持机械手三维建模
3.2.6 机械手对比选择
3.2.7 机械手指尖末端压力传感器安装结构设计
3.3 探头辅助限位机构设计
3.3.1 基于齿轮齿条对开机构的结构设计
3.3.2 辅助限位托架位置调整结构设计
3.4 水平移动机构设计
3.5 总体结构设计
3.5.1 总体结构三维建模
3.5.2 探头夹持机械手控制流程
3.6 本章小结
第4章 探头夹持机械手主体结构的运动学仿真分析
4.1 引言
4.2 探头夹持机械手主体结构的数学建模
4.3 运动学仿真分析
4.3.1 仿真模型的建立
4.3.2 探头夹持机械手仿真结果分析
4.4 本章小结
第5章 探头夹持机械手有限元分析
5.1 引言
5.2 探头夹持机械手的静力学分析
5.2.1 探头夹持机械手有限元模型
5.2.2 静力学分析
5.2.3 探头夹持机械手主体结构轻量化设计
5.3 关键零部件有限元分析及优化设计
5.3.1 机械手安装基板静力学分析
5.3.2 机械手安装基板拓扑优化设计
5.4 本章小结
第6章 样机制作与试验验证
6.1 引言
6.2 探头夹持机械手主体结构试验平台的搭建
6.2.1 夹持对象的获得
6.2.2 隔离套的选取与加工
6.2.3 探头夹持机械手主体结构的加工制作
6.3 样机试验与分析
6.3.1 夹持不同类型超声探头试验
6.3.2 隔离套包覆试验
6.4 本章小结
第7章 结论与展望
7.1 结论
7.2 展望
参考文献
致谢