多功能手指关节康复仪的设计

　　0 引言

　　据卫生部统计，目前我国有不同程度的手指关节功能障碍的患者高达 1000 万以上。我们研发的康复仪集手部关节推拿按摩、红外线放射疗法和磁感应疗法于一体，是一种新型的医疗康复仪器。主要用于各种原因引起的手指关节不能自由活动患者的手指关节功能康复治疗。能有效防止手指关节坏死、肌肉萎缩，促进血液循环，刺激手指神经系统，使手指关节早日恢复功能。

　　1 设计方案

　　多功能手指关节康复仪由机械部分、红外线发射部分、磁感应治疗部分和可调速直流电源组成。其中，电机转速可调，红外线强度可调，推拿按摩力度可调。电机带动执行元件和传动机构工作，实现手指关节的屈伸和按摩功能。

　　1.1 凸轮机构设计

　　1)电机的选择

　　选用PM-33ZYJ 永磁直流减速电机，其功率为 1.5W ～ 3.5W，转速为1r/min ～1000r/min，最大输入电压为12V。

　　2)凸轮柱结构设计

　　(1)从动件运动规律的设计

　　根据按摩受力的要求，参考机械设计手册，对凸轮采用了等加速等减速运动规律。

　　(2)凸轮轮廓曲线的设计(反转法设计原理)

　　使整个机构以角速(-w) 绕O 转动，其结果是从动件与凸轮的相对运动并不改变，但凸轮固定不动，机架和从动件一方面以角速度 (-w) 绕 O转动，同时从动件又以原有运动规律相对机架往复运动。根据这种关系，可以求出一系列从动件尖底的位置。由于尖底始终与凸轮轮廓接触，所以反转后尖底的运动轨迹就是凸轮轮廓曲线。

　　根据一般患者手部的大小和推拿按摩过程中手指屈伸的角度、凸轮对手部的理论作用力、理论推拿按摩面积和反复实验修正，运用反转法原理设计凸轮柱结构尺寸如图 1 所示。

　　1.2 工作时凸轮和柔性托板对手部作用受力分析

　　当U = 12V 时，凸轮转速 n = 40r/min，P = 3.5W，凸轮远休端手部受力最大。经计算得F = 12.6 N。同理，当U = 6V 时，凸轮转速为n = 20r/min，P = 1.5 W，时手部受垂直力：F2=18.29 N。通过调节电机转速和可调节性柔性托板，患者可选择适宜自己的按摩力度。患者使用时宜把柔性托板调到较低点，使柔性托板作用手部的力最小，然后再根据自己情况适当改变力度。同时，两电机的工作档位也宜从最低档位开始。

　　1.3 凸轮柱水平往复运动过程手部受力分析

　　根据理论力学原理可知：当传动机构位于图3 所示位置时，凸轮柱的水平速度最大，此时，vb=va。当 U = 12V 时，电机功率为 P =3.5W，经一级皮带减速，曲柄的转速为 n =34r/min，计算得到 Fb=79.55 N;当 U = 6V 时，电机功率为P=1.5 W，曲柄轮的转速为n=12r/min，计算得到 Fb=95.54 N。