导　　师： 李笑

学科专业： H0202

授予学位： 硕士

作　　者： ;

机构地区： 广东工业大学

摘　　要： 腹部触诊是一种通过按压患者腹部病变及正常区域,根据患者疼痛反应判断腹部疾病的方法。在临床医学教学中,腹部触诊是医科学生必须掌握的重要基本技能。随着医学模拟教学的发展,借助医学教学模型来代替真实患者进行临床教学,成为培养医科学生临床基本技能的一种很好的途径。传统的医学模拟教学系统中,腹部触诊模拟装置以电机作为驱动器,提示受训者对腹部触诊的力觉,容易实现且控制特性好,但是缺乏模拟人体腹肌收缩变化的真实性。与此相比,气动驱动器是一种新型的驱动器,能够真实地模拟在触诊过程中腹壁紧张度、有无压痛和反跳痛等现象对医生手部产生的力觉感受,具有较好的机械特性。因此本文采用气动驱动器作为驱动器,设计了一套气动反应式腹部触诊模拟装置。根据模拟装置的功能要求,本文设计了前馈-PID反馈复合控制控制器,并对模拟装置特性进行了实验研究。首先,本文根据腹部触诊技能训练的要求,分析了气动反应式腹部触诊模拟装置的功能要求,提出了模拟装置的总体方案,并对模拟装置的气动系统进行了设计。其次,分别设计了嵌入式控制系统和计算机控制系统作为气动反应式腹部触诊模拟装置的控制系统。嵌入式控制系统的硬件系统设计包括主控芯片选择、信号输入输出模块设计、传感器选型及电路设计,软件系统设计包括操作系统选择、驱动程序和应用程序开发、控制算法编写等。计算机控制系统设计包括数据采集卡的选择、传感器电路设计,以及基于LabVIEW的软件系统设计等。然后,提出了气动驱动器的数学建模方案,并建立简化模型。对简化模型进行受力分析,推导了数学理论公式。在Matlab软件上仿真分析了气动驱动器各设计参数对其弹性模量和表面硬度的影响规律,以及气动驱动器内部压力和表面硬度的关系。进一步运用Ansys软件仿真分析了气动驱动器内部压力和表面硬度的关系。根据分析结果设计制作了气动驱动器。最后,通过气动驱动器的机械特性实验、Matlab仿真及Ansys有限元仿真实验,对其机械特性进行了实验研究。并且设计前馈-PID反馈复合控制控制器,进行了气动驱动器内部压力实时控制和延时跟随控制的控制特性实验研究。实验结果表明,所设计的气动反应式腹部触诊模拟装置能够满足腹部触诊技能训练的要求,对医学模拟教学中设计新型的腹部触诊模拟装置有参考价值。

关 键 词： 腹部触诊 模拟装置 气动驱动器 控制系统 医学模拟教学

分 类 号： [TH776;TP273]

领　　域： [机械工程] [机械工程]