助行機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計含proe三維及10張CAD圖帶開題,機(jī)器人,結(jié)構(gòu)設(shè)計,proe,三維,10,cad,開題 題目 助行機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 學(xué)號 姓名 主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等： 一、主要內(nèi)容： 1、完成開題報告：含調(diào)研資料、設(shè)計目的、要求、思路與預(yù)期成果。完成任務(wù)的計劃及時間安排、完成設(shè)計所具備的條件等內(nèi)容。（第1周完成） 2、確定助行機(jī)器人樣機(jī)的總體設(shè)計方案。從整體上對機(jī)器人機(jī)械設(shè)計的特點和局部結(jié)構(gòu)相關(guān)元件的選擇進(jìn)行研究。（第2～3周完成） 3、根據(jù)基本要求，利用現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計方法，通過比較各種傳動方式的優(yōu)缺點，由助行機(jī)器人的底盤機(jī)構(gòu)設(shè)計出發(fā)，設(shè)計助行機(jī)器人的機(jī)構(gòu)，最后經(jīng)過分析，設(shè)計出實際樣機(jī)。（第4～8周完成） 5、繪制裝配圖（A0）及主要零件圖，如底盤模塊及輔助升降結(jié)構(gòu)等（根據(jù)實際需要確定圖紙大小）。（第9～11周完成） 6、完成畢業(yè)設(shè)計說明書（含開題報告、文獻(xiàn)綜述、參考資料、答謝詞等）1份，設(shè)計說明書的字?jǐn)?shù)不少于2萬字。（第12周完成） 7、查閱文獻(xiàn)資料一般不小于15篇，其中外文資料不少于2篇；文獻(xiàn)綜述不少于3000字。 二、基本要求： 已知：助行機(jī)器人最大速度為0.5m/s，連續(xù)工作時間約為4小時，設(shè)計重量為30Kg，有效負(fù)載（指機(jī)器人工作時能承受的支持力）為80Kg。 對機(jī)器人研制目標(biāo)進(jìn)行分析，確定助行機(jī)器人樣機(jī)的總體設(shè)計方案。從整體上對機(jī)器人機(jī)械設(shè)計的特點和局部結(jié)構(gòu)相關(guān)元件的選擇進(jìn)行研究。根據(jù)作業(yè)環(huán)境的要求、負(fù)載能力，利用現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計方法，通過比較各種傳動方式的優(yōu)缺點，由助行機(jī)器人的底盤機(jī)構(gòu)設(shè)計出發(fā)，按從下到上的順序相對獨立地設(shè)計助行機(jī)器人的機(jī)構(gòu)，最后經(jīng)過分析，設(shè)計出實際樣機(jī)。 三、主要參考資料： 1、蔡自興．機(jī)器人學(xué)．北京：清華大學(xué)出版社．2003 2、李慧，馬正先等.工業(yè)機(jī)器人及零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2017 3、成大先等著．機(jī)械設(shè)計手冊(單行本)機(jī)械傳動．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004 4、張葉蓁，徐華．淺談老年人助行器設(shè)計．《藝術(shù)與設(shè)計(理論)》，2007(06) 完 成 期 限： 指導(dǎo)教師簽名： 專業(yè)負(fù)責(zé)人簽名： 填 表 日 期： 20XX-12-3 開題報告 課題名稱 助行機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計 課題來源 教師擬定 課題類型 產(chǎn)品制作 專業(yè) 學(xué)生姓名 學(xué) 號 班級 一、調(diào)研資料的準(zhǔn)備 [1]曹巨江.老年助行機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計及仿真分析[J].制造業(yè)自動化,2018,40 [2]范文博. 差動輪式助行機(jī)器人運動控制研究[A]. 中共沈陽市委，亞太材料科學(xué)院:沈陽市科學(xué)技術(shù)協(xié)會,2018:7. [3]喬宇.康復(fù)助行機(jī)器人仿真設(shè)計與分析[J].兵工學(xué)報,2018,39(04):825-832. [4]陳勇.外骨骼助行機(jī)器人變剛度驅(qū)動的研究進(jìn)展[J].機(jī)械工程師,2018(04) [5]石元伍,陳旺.老年人助行機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計研究[J].包裝工程,2017,38(16) [6]劉宏林. 穿戴式下肢外骨骼的設(shè)計及研究[D].北京交通大學(xué),2017. [7]王浩. 全向式助行拐杖機(jī)器人研究[D].沈陽工業(yè)大學(xué),2017. [8]陳旺. 老年人助行機(jī)器人創(chuàng)新設(shè)計研究[D].湖北工業(yè)大學(xué),2017. 通過對上述參考文獻(xiàn)資料的查閱，先對現(xiàn)有機(jī)器人分析如下： 1、愛爾蘭 PAM-AID助行機(jī)器人 PAM-AID助行機(jī)器人的項目是在1994年與愛爾蘭首都柏林開展的，項目旨在幫助一些視力和體力不太好的患者步行。 該機(jī)器人底盤有四個輪子，其中由兩個電機(jī)分別單獨驅(qū)動前輪，而且電機(jī)只負(fù)責(zé)改變輪子轉(zhuǎn)向，并不提供任何動力。兩輪之間沒有連桿相連，轉(zhuǎn)向半徑很小。 機(jī)器人帶有自動導(dǎo)航系統(tǒng)，可以有效地傳感范圍內(nèi)避障，包括靜止和移動的障礙物，能有效地保障用戶的安全。 2、美國SmartCane助行機(jī)器人 這種機(jī)器人的研制主要是為了滿足盲人行走的障礙，而不是滿足視力受損或者體力不好的用戶。盲人如果想使用一般助行器必然會遇到許多困難，為了提供智能輔助行走，感知功能和健康檢測系統(tǒng)，美國Dubowsky等人于1999年研發(fā)了PAMM系統(tǒng)，SmartCane機(jī)器人只適用于在一般的平地或者小于五度的斜坡上行走，比一般的4點支撐拐杖能提供良好的平衡性，而且機(jī)器人可以通過系統(tǒng)地圖，用戶指令，感知的障礙來提供目的地行走指導(dǎo)。機(jī)器人還提供了包括健康檢測功能和與管理員電腦通訊的功能。 3、韓國 WAR助行機(jī)器人 由韓國于2004年研發(fā)的WAR助行機(jī)器人主要幫助老年人在戶外行走的步行機(jī)器人。 WAR助行機(jī)器人不僅具有輔助支撐和行走功能，還具有升降結(jié)構(gòu)。升降機(jī)構(gòu)是傾斜上升，可以減少戶外站立時膝蓋負(fù)載，對一些體力不足的老年人特別有用。這個樣機(jī)還帶有供人依靠的支撐墊，可以支撐用戶的身體，保護(hù)用戶安全。 WAR寬度為0.78m，剛好穿過一般的家庭用門，機(jī)器人高度為1m，并且可以調(diào)整。WAR可以通過傳感器辨認(rèn)出用戶的行走意圖，還具有定位和導(dǎo)航輔助功能。機(jī)器人還具有障礙物檢測盒避讓功能，是界面友好，通過觸摸手柄讓感知用戶意圖。 二、設(shè)計的目的、要求、思路與預(yù)期成果 1、設(shè)計的目的 伴隨老齡化過程最為顯著的特征就是由于身體機(jī)能衰退而引起的行走能力的下降，這嚴(yán)重的影響了老年人的日常生活質(zhì)量。 而目前老年人廣泛使用的助行設(shè)備大多數(shù)以拐杖、助步架等，但這些設(shè)備比較單一，智能化程度低，安全性和舒適性都不足，無法滿足使用者獨立生活的需求。因此，將機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)的助行設(shè)備領(lǐng)域，建立更智能、更舒適、更安全的助行機(jī)器人系統(tǒng)有著必要性以及可行性。 雖然目前已經(jīng)開發(fā)了眾多的助行機(jī)器人樣機(jī)系統(tǒng)，但其實用性還遠(yuǎn)未成熟，在行走技術(shù)領(lǐng)域，需要解決移動靈活性、能源高效化、多種路面實用性等技術(shù)難題，但實現(xiàn)這些功能助行機(jī)器人—升降部分尤為重要。 2、設(shè)計的要求： 已知：助行機(jī)器人最大速度為0.5m/s，連續(xù)工作時間約為4小時，設(shè)計重量為30Kg，有效負(fù)載（指機(jī)器人工作時能承受的支持力）為80Kg。 對機(jī)器人研制目標(biāo)進(jìn)行分析，確定助行機(jī)器人樣機(jī)的總體設(shè)計方案。從整體上對機(jī)器人機(jī)械設(shè)計的特點和局部結(jié)構(gòu)相關(guān)元件的選擇進(jìn)行研究。根據(jù)作業(yè)環(huán)境的要求、負(fù)載能力，利用現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計方法，通過比較各種傳動方式的優(yōu)缺點， 由助行機(jī)器人的底盤機(jī)構(gòu)設(shè)計出發(fā)，按從下到上的順序相對獨立地設(shè)計助行機(jī)器人的機(jī)構(gòu)，最后經(jīng)過分析，設(shè)計出實際樣機(jī)。 3、設(shè)計的預(yù)期成果 設(shè)計一種服務(wù)與老年人或者殘障人士的助行機(jī)器人，該機(jī)器人主要能完成輔助用戶坐下站起和行走兩大功能，能適用于室內(nèi)和室外地面。 列出了幾種已有的助行機(jī)器人，并分析了其特點。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合任務(wù)書，給出了助行機(jī)器人整體設(shè)計方案，尤其是底盤部分和升降機(jī)構(gòu)部分，分析了底盤的驅(qū)動和傳動方法，對電機(jī)、減速、傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行了初步的設(shè)計，完成了部分部件的初步選型和部分部件尺寸的確定。設(shè)計中應(yīng)用到了帶傳動、渦輪蝸桿傳動等。 三、任務(wù)完成的階段內(nèi)容及時間安排 1、完成開題報告：含調(diào)研資料、設(shè)計目的、要求、思路與預(yù)期成果。完成任務(wù)的計劃及時間安排、完成設(shè)計所具備的條件等內(nèi)容。（第1周完成） 2、確定助行機(jī)器人樣機(jī)的總體設(shè)計方案。從整體上對機(jī)器人機(jī)械設(shè)計的特點和局部結(jié)構(gòu)相關(guān)元件的選擇進(jìn)行研究。（第2～3周完成） 3、根據(jù)基本要求，利用現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計方法，通過比較各種傳動方式的優(yōu)缺點，由助行機(jī)器人的底盤機(jī)構(gòu)設(shè)計出發(fā)，設(shè)計助行機(jī)器人的機(jī)構(gòu)，最后經(jīng)過分析，設(shè)計出實際樣機(jī)。（第4～8周完成） 5、繪制裝配圖（A0）及主要零件圖，如底盤模塊及輔助升降結(jié)構(gòu)等（根據(jù)實際需要確定圖紙大小）。（第9～11周完成） 6、完成畢業(yè)設(shè)計說明書（含開題報告、文獻(xiàn)綜述、參考資料、答謝詞等）1份，設(shè)計說明書的字?jǐn)?shù)不少于2萬字。（第12周完成） 7、查閱文獻(xiàn)資料一般不小于15篇，其中外文資料不少于2篇；文獻(xiàn)綜述不少于3000字。 四、完成設(shè)計（論文）所具備的條件因素 助行機(jī)器人的底盤是整個機(jī)器人機(jī)構(gòu)設(shè)計的基本機(jī)構(gòu)，是安裝助行機(jī)器人電機(jī)以及其他各個部件的整體造型，并且接受電機(jī)的動力，主要目的是滿足正常行走并且在不同路面下實現(xiàn)行走。對底盤設(shè)計要考慮以下幾個問題： 1、機(jī)械強(qiáng)度要大，且穩(wěn)定性高；布置要合理,竟可能小巧以減少重量； 2、能夠與升降機(jī)構(gòu)聯(lián)接，同時保證升降機(jī)構(gòu)有效工作； 3、在升降機(jī)構(gòu)工作時，有效停留在在原地，不出現(xiàn)滑溜現(xiàn)象。 輔助升降機(jī)構(gòu)是用來實現(xiàn)助行機(jī)器人輔助用戶站立和坐下動作的機(jī)構(gòu)，這個機(jī)構(gòu)設(shè)計的核心就是一個升降機(jī)構(gòu)，對升降設(shè)計要考慮一下幾個問題： 1、機(jī)械強(qiáng)度要大，且穩(wěn)定性高；升降機(jī)構(gòu)不能出現(xiàn)卡死等情況； 2、升降高度要足夠支持一個人從坐下到站起來的高度； 3、布置要合理，且要考慮自鎖。 日期：2019年3月 注：課題來源要填寫明確（如教師擬定、學(xué)生建議、某企事業(yè)單位項目等） 課題類型：（1）A—工程設(shè)計；B—技術(shù)開發(fā)；C—軟件工程；D—理論研究； E—調(diào)研報告（文科）、產(chǎn)品制作(理工科) （2）X—真實課題；Y—模擬課題； 要求（1）、（2）均要填，如AY，BY等。 本科畢業(yè)設(shè)計（文獻(xiàn)綜述） 題 目 姓 名 專 業(yè) 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 XXX 二○XX年三月 助行機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計文獻(xiàn) 摘要：本次設(shè)計的內(nèi)容為助行機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計。通過對本課題研究背景的分析，明確助行機(jī)器人的設(shè)計目的以及價值。通過查閱文獻(xiàn)，了解國內(nèi)外助行機(jī)器人的種類、工作原理及特點，為本次設(shè)計提供結(jié)構(gòu)方案和思路。通過對設(shè)計思路及技術(shù)路線的確定，設(shè)計助行機(jī)器人的總體設(shè)計方案。根據(jù)設(shè)計目標(biāo)，確定助行機(jī)器人整體分為兩大部分：底盤機(jī)構(gòu)與升降機(jī)構(gòu)等。 關(guān)鍵詞：助行；機(jī)器人；設(shè)計；底盤機(jī)構(gòu)；升降機(jī)構(gòu) 1 前 言 助行機(jī)器人就其功能來說，它面臨的是特殊人群，是已經(jīng)喪失獨立行走能力的人群，他的目的是幫助并控制患者完成移動的能力。設(shè)計的助行機(jī)器人不僅要滿足功能要求的實現(xiàn)，幫助用戶能夠起座和行走；同時要進(jìn)行安全性設(shè)計計算，在控制系統(tǒng)設(shè)計上對用戶有保護(hù)應(yīng)對措施。當(dāng)助行機(jī)器人的運動超出安全范圍時，應(yīng)能夠立即停止。能夠采用急停按鈕、機(jī)械限位開關(guān)等多重保護(hù)措施來防止危險的發(fā)生。盡管目前已經(jīng)開發(fā)了許多的助行機(jī)器人概念樣機(jī)的系統(tǒng)，但其實用性還遠(yuǎn)未成熟，在行走技術(shù)領(lǐng)域，需要解決移動靈活性、高效、多種路面實用性等技術(shù)難題。 2 研究背景 按照聯(lián)合國教科文組織對老齡化社會的劃分標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)前中國已進(jìn)入快速老齡華階段。在這階段中，中國平均每一年將新增596萬老年人口，年增長速度竟達(dá)到3.28%，到2020年，老年人口將高達(dá)2.48億，其中80歲及以上老年人口將達(dá)到3067萬人。伴隨著老齡化過程最為顯著的特征就是因為身體機(jī)能衰退而引發(fā)的行走能力的下降，這將嚴(yán)重的影響了老年人的日常生活質(zhì)量。 而目前老年人廣泛使用的助行設(shè)備大多數(shù)以手杖、助步架等，但這些設(shè)備比較簡單，智能化低，安全性和舒適性都不高，無法滿足老年人獨立生活的需求。因此，將機(jī)器人技術(shù)與傳統(tǒng)的助行設(shè)備領(lǐng)域相結(jié)合，設(shè)計出一個更加智能、更安全、更舒適的助行機(jī)器人系統(tǒng)有著可行性以及必要性。 3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 助行機(jī)器人是一種服務(wù)于老年人出行或者殘障人士康復(fù)的機(jī)器。它的主要功能是幫助用戶能夠在室內(nèi)或室外地面康復(fù)訓(xùn)練行走或者坐下、站起等生活技能，甚至具有代步的作用。助行機(jī)器人作為使用工具，對其安全性、實用性、舒適性及方便性有嚴(yán)格的要求，設(shè)計出的助興機(jī)器人要結(jié)構(gòu)緊湊、輕便靈活、安全可靠，保證用戶在使用的過程中舒適。前期通過設(shè)計資料及參考文獻(xiàn)的查閱，了解和掌握國內(nèi)外助行機(jī)器人的研究現(xiàn)狀，具體分析如下： 3.1、國內(nèi)助行機(jī)器人的研究現(xiàn)狀 （1）多功能助行機(jī)器人 這類助行機(jī)器人實用性強(qiáng)，能輔助行走功能障礙患者進(jìn)行行步功能康復(fù)鍛煉，還能夠作為患者日常生活中的代步工具，如圖1所示。 圖1 多功能助行機(jī)器人 它基于繩驅(qū)動、輪驅(qū)動和腿部行走機(jī)構(gòu)共同作用的綜合訓(xùn)練平臺，同時根據(jù)曲柄搖桿原理，把搖桿末端圓弧軌跡來模擬正常人行走時大腿末端軌跡，最終通過單片機(jī)控制系統(tǒng)實現(xiàn)腿部的行走機(jī)構(gòu)與驅(qū)動輪的協(xié)調(diào)運動控制，總體能實現(xiàn)室內(nèi)外移動、走步訓(xùn)練等。 （2）上海交通大學(xué)機(jī)器人研究所設(shè)計的Walkmate Walkmate是類似于手推車的后輪差速驅(qū)動的移動系統(tǒng)，機(jī)器人的外形可以在行走形式和坐立形式之間變換。它通過電阻式測力傳感器來測量用戶的操作，利用激光距離傳感器進(jìn)行障礙物的檢測與規(guī)避，采用全景攝像機(jī)進(jìn)行人物跟蹤，通過GPRS模塊接入Internet，以及使用脈搏檢測器來監(jiān)視使用者的身體狀況，忽悠力-速度和力-加速度兩種控制模式。 3.2、國外助行機(jī)器人的研究現(xiàn)狀 （1）美國SmartCane助行機(jī)器人 這種機(jī)器人的研制主要是為了滿足盲人行走的需要，而不是滿足視力受損或體力不好的用戶。盲人如果想要使用普通的助行器必然會遇到很多困難，為了提供智能幫助行走，感知和健康檢測系統(tǒng)，美國Dubowsky等人在1999年研發(fā)了PAMM系統(tǒng)，該SmartCane機(jī)器人只適用于在一般水平或者低于五度的斜坡上行走，比普通的4點支撐拐杖能具有良好的平衡性，并且機(jī)器人還可以通過系統(tǒng)地圖，用戶指令，感知的障礙來提供目的地行走指導(dǎo)。機(jī)器人還提供包括健康檢測功能和管理員電腦的通信功能。 圖2 SmartCane助行機(jī)器人 2、韓國 WAR助行機(jī)器人 由韓國于2004年研發(fā)的WAR助行機(jī)器人主要幫助老年人在戶外行走的步行機(jī)器人。 WAR助行機(jī)器人不但具備輔助支撐和行走功能，還具有升降機(jī)構(gòu)部分。升降機(jī)構(gòu)是傾斜向上，能夠減少在室外站立時膝關(guān)節(jié)的負(fù)荷，對一些體力不足的老年人特別適用。這個機(jī)器人還帶有供人依靠的支撐墊，可以支持用戶的身體，保護(hù)用戶安全。 圖3 韓國 WAR助行機(jī)器人 WAR寬度為0.78m，剛好穿過正常的家庭用門，機(jī)器人高度為1m，并且能夠進(jìn)行調(diào)整。WAR可以通過傳感器能識別出用戶的行走意圖，還具有定位和導(dǎo)航兩大輔助功能。機(jī)器人還有障礙物檢測盒避讓功能，通過觸摸手柄來感知用戶意圖。 3、愛爾蘭 PAM-AID助行機(jī)器人 PAM-AID助行機(jī)器人的項目是在1994年與愛爾蘭首都柏林開展的，目的在于幫助部分視力和體力不太好的患者步行。 該機(jī)器人底盤有四個輪子，可只有兩個電機(jī)分別單獨驅(qū)動前輪，并且電機(jī)只負(fù)責(zé)改變輪子轉(zhuǎn)向，其實并不提供任何動力。兩輪之間沒有連接，轉(zhuǎn)向半徑小。 該機(jī)器人還帶有自動導(dǎo)航系統(tǒng)，能夠有效地在傳感范圍內(nèi)避障，包括靜止和移動的障礙物，能有效地保障用戶的安全。 4、可穿戴的外骨骼式助行機(jī)器人 韓國科學(xué)家所研究的可穿戴的外骨骼式助行機(jī)器人，外骨骼式的設(shè)計，能很好地解決了患者運動過程當(dāng)中的支撐問題，其硬鋁材質(zhì)的雙邊結(jié)構(gòu)不但在保持剛性的前提下，大大的減輕了機(jī)器人本體的質(zhì)量，而且為監(jiān)測上肌肉運動狀態(tài)中的電極放置提供方便，機(jī)器人的設(shè)計從解刨學(xué)的角度出發(fā)，仿照人體的上肢運動，并支持恢復(fù)機(jī)體功能的專業(yè)訓(xùn)練治療。 機(jī)器人共選用4個Maxon電機(jī)來帶動人體踝關(guān)節(jié)，膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)活動，可以提供動力給人體，調(diào)節(jié)人體下肢姿態(tài)。其中光電編碼器用來讀取裝置的位置消息，力矩傳感器獲得運動過程當(dāng)中關(guān)節(jié)的力矩變化。 此機(jī)器人使用氣動執(zhí)行器來實現(xiàn)其升降機(jī)構(gòu)。采用四驅(qū)動以提供充足的動力驅(qū)動平臺，必要時能夠牽引用戶行走。 5、全身式外骨骼助行機(jī)器人HAL 2005年，日本筑波大學(xué)研制了世界上第一種商業(yè)全身式外骨骼助行機(jī)器人HAL，他的主要功能是為幫助老年人和殘疾人步行，爬樓梯及搬東西等。 這款機(jī)器人是全身式的外骨骼助理機(jī)器人，髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)處是通過鉸鏈連接并只有一個自由度，利用諧波直流電機(jī)驅(qū)動，踝關(guān)節(jié)是被動的。 圖4 全身式外骨骼助行機(jī)器人HAL HAL系列的助行外骨骼機(jī)器人是通過分析人體表皮肌電信號進(jìn)行控制的。它擁有兩個控制系統(tǒng)，一個是以肌電信號為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，一個是以步行為基礎(chǔ)的系統(tǒng)。通過這兩個系統(tǒng)的分析，確定使用者的運動意圖。 3.3、助行機(jī)器人的發(fā)展趨勢 當(dāng)前國內(nèi)外對助行機(jī)器人的研發(fā)近幾年已經(jīng)十分熱門，而且在國外逐漸形成比較系統(tǒng)的研發(fā)，甚至已經(jīng)有部分進(jìn)入試驗或試用階段，而且得到不少用戶的認(rèn)可。然而在行走支撐技術(shù)等領(lǐng)域，必需要解決移動靈活性、能源高效化、便攜性和多種路面適用性等技術(shù)難題。在輔助導(dǎo)航研發(fā)方面，需要開發(fā)更準(zhǔn)確且可靠的導(dǎo)航系統(tǒng)，包含定位、路徑規(guī)劃和系統(tǒng)控制，并賦予機(jī)器人學(xué)習(xí)能力，可以獲取用戶的個性特征，自動適應(yīng)用戶的活動，來提高用戶的舒適度。助行機(jī)器人配有健康監(jiān)測與通訊系統(tǒng)，也是未來的發(fā)展趨勢。 4 設(shè)計思路及技術(shù)路線 本文初步設(shè)計了助行機(jī)器人，包括機(jī)械設(shè)計中的底盤機(jī)構(gòu)和升降機(jī)構(gòu)。在研究并總結(jié)國內(nèi)外助行機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，設(shè)計出了一種服務(wù)與老年人或者殘障人士的助行機(jī)器人，能適用于室內(nèi)和室外地面，并完成輔助用戶坐下站起和行走兩大功能。本文完成的主要工作如下： 1、根據(jù)設(shè)計要求，分析助行機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)，提出了助行機(jī)器人的設(shè)計方案。從助行機(jī)器人的助行功能出發(fā)，確定機(jī)器人所應(yīng)具備的基本功能。 2、從基本的技術(shù)參數(shù)、驅(qū)動方式方案等方面分析助行機(jī)器人的總體方案，綜合分析得出助行機(jī)器人的最終設(shè)計方案。 3、重點分析助行機(jī)器人機(jī)械設(shè)計的特點，考慮機(jī)器人結(jié)構(gòu)中驅(qū)動元件的選擇，從底盤設(shè)計開始，依次考慮助行機(jī)器人各個重要部分的元件，進(jìn)行設(shè)計計算，選擇恰當(dāng)?shù)脑?。完成升降機(jī)構(gòu)方案的設(shè)計，以及主要零部件的設(shè)計和計算等。 4、利用CAD繪圖軟件，完成裝配圖及主要零部件圖的繪制，編寫設(shè)計說明書，對本次設(shè)計進(jìn)行總結(jié)等。 圖5 底盤結(jié)構(gòu)示意圖 5 總結(jié) 前面通過對助行機(jī)器人的研究背景，研究現(xiàn)狀，設(shè)計思路以及技術(shù)路線的了解和掌握。結(jié)合設(shè)計任務(wù)書對本次設(shè)計的課題進(jìn)行如下總結(jié)： （1）查閱文獻(xiàn)，整理資料，了解國內(nèi)外助行機(jī)器人的研究現(xiàn)狀。設(shè)計助行機(jī)器人的總體設(shè)計方案。 （2）根據(jù)設(shè)計目標(biāo)，確定助行機(jī)器人整體分為兩大部分：底盤機(jī)構(gòu)與升降機(jī)構(gòu)。確定其工作原理和驅(qū)動方式。在設(shè)計過程中需考慮機(jī)器人底盤和升降機(jī)構(gòu)的機(jī)械結(jié)構(gòu)、電機(jī)的選型、傳動元件的選擇等。 （3）介紹助行機(jī)器人的詳細(xì)的設(shè)計過程中，包括選型、計算、校核等。 參考文獻(xiàn) [1] 朱里.機(jī)械原理[M].北京: 高等教育出版社, 2010. [2] 濮良貴.機(jī)械設(shè)計[M].北京:高等教育出版社, 2014. [3] 邢邦圣.機(jī)械制圖與計算機(jī)繪圖[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2011. [4] 陳秀寧.機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計[M].浙江:浙江大學(xué)出版社, 2012. [5] 朱孝錄.機(jī)械傳動設(shè)計手冊[M].北京:電子工業(yè)出版社,2007. [6] 張桂香.機(jī)電類專業(yè)畢業(yè)設(shè)計指南[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.11. [7] 文斌.聯(lián)軸器設(shè)計選用手冊[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007. [8] 吳宗澤.等.機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊[M].北京:高等教育出版社,2012. [9] 費仁元,張慧慧.機(jī)器人機(jī)械設(shè)計和分析[M].北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社,1998. [10] 楊幫文.控制電機(jī)技術(shù)與選用手冊[M].北京:中國電力出版社,2010. [11] 機(jī)械設(shè)計手冊編委會．機(jī)械設(shè)計手冊（新版）[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004. [12]謝濤，張永學(xué)，徐建峰等.仿人機(jī)器人的研究現(xiàn)狀及展望[J].機(jī)器人,2002. [13]鄧旭,易建強(qiáng),趙東斌.一種全方位為移動機(jī)器人的運動學(xué)分析[J].機(jī)器人,2004. [14]許松清,吳海彬,楊興裕.兩輪驅(qū)動移動機(jī)器人的運動學(xué)研究[J].電子機(jī)械工程,2005.6 [15]蔡自興.機(jī)器人學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社,2003. [16] 朱世強(qiáng)，王宣銀.機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用[M].杭州：浙江大學(xué)出版社,2001. [17] 尹志強(qiáng).等.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007. [18] 朱喜林,張代治.機(jī)電一體化設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京:科學(xué)出版社,2004. [19]Choon-Young Lee.11-Kwon Jeong and et al.Development of Rehabilitation Robot Systems for Walking Aid,Proceedings of the 2004 IEEE International Conference on Robotics&Automation.New Orleans.LA.April.2004. [20]Lotta S.FiocchiA,Giovannini R.et al.Restoration of gait with thoracic Parapleia:a multicentric inyestigation of paraplegia[J].Neurosurgery .1995.33:739-740 本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 題 目 助行機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計 姓 名 專 業(yè) 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 XXX 二0XX年三月 摘要 助行機(jī)器人是幫著走路有障礙的人進(jìn)行康復(fù)的，或者是幫著老年人行走的，可以讓他們不管是在家里還是在外面都能夠進(jìn)行康復(fù)鍛煉，甚至還能實行代步的功能。這個機(jī)器人能夠拿來當(dāng)做工具用，不管是安全性，實用性，還是舒適度方面，要求都非常高，這種助行機(jī)器人在進(jìn)行設(shè)計的時候，結(jié)構(gòu)一定要緊湊，質(zhì)量輕一點靈活性好一點，安全性要好，可靠性要高，確保用的人在用的時候更加舒服。 這篇論文研究的是助行機(jī)器人，能夠要幫著年紀(jì)大的人或者是殘疾人進(jìn)行行走，不管是房間里面還有房間外面都可以進(jìn)行鍛煉，設(shè)計的時候，要清楚的知道助行機(jī)器人工作原理是什么，并且現(xiàn)在國內(nèi)研究什么狀況等。設(shè)計出這個助行機(jī)器人的總方案，將機(jī)器人的底盤裝置，升降裝置都設(shè)計出來。設(shè)計軸還有立柱等零部件，并且將相關(guān)數(shù)據(jù)算出來。將電動機(jī)，減速器還有軸承這些標(biāo)準(zhǔn)部件都選定，看用哪種型號的。 用CAD把圖紙都畫出來，這個助行機(jī)器人的裝配圖紙，零部件圖紙都畫出來，將說明書都寫出來，這個設(shè)計也就完成了。 關(guān)鍵詞：助行機(jī)器人，總體方案，底盤機(jī)構(gòu)，升降機(jī)構(gòu)，設(shè)計 I ABSTRACT A walking robot is a machine that serves the elderly or the disabled. Its main function is to help users to walk or sit up, stand up and other life skills in indoor or outdoor ground rehabilitation training, and even have the role of mobility. As a tool for use, the assisted robot has strict requirements on its safety, practicability, comfort and convenience. The designed robot is compact, light and flexible, safe and reliable, and ensures the user's comfort in the process of use. The topic of this paper is the design of the assisted robot structure. The main functions are: suitable for the elderly or disabled people, can be indoors and outdoors, and help the user to sit down and stand up and walk two functions. Its main design content is to understand and master the working principle and research status of robots and assisted robots. The overall design of the mobility robot was designed to complete the design of the chassis mechanism and lifting mechanism involved in the overall solution. Design and calculate parts such as shafts and columns. Select and determine standard parts such as motors, reducers and bearings. Using the CAD drawing software, complete the assembly drawing of the assisting robot and the drawing of the main parts drawing, write the design specification, and summarize the design. Keywords: walking robot, overall scheme, chassis mechanism, lifting mechanism, design 目 錄 摘要 II ABSTRACT II 第一章 緒論 1 1.1 機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀及分類 1 1.1.1 機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.1.2 機(jī)器人的分類 1 1.2 國內(nèi)助行機(jī)器人的研究現(xiàn)狀 2 1.3 國外助行機(jī)器人的研究現(xiàn)狀 3 1.4 助行機(jī)器人的發(fā)展趨勢 6 1.5 本課題研究的目的及意義 6 第二章 總體方案的設(shè)計與確定 8 2.1 設(shè)計參數(shù)及要求的確定 8 2.2 設(shè)計方案的預(yù)期成果及構(gòu)思 8 2.3 總體方案的確定與實現(xiàn) 9 第三章 底盤機(jī)構(gòu)的設(shè)計與計算 11 3.1 底盤機(jī)構(gòu)方案的設(shè)計與確定 11 3.1.1 設(shè)計底盤結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮的問題 11 3.1.2 傳動方式的選擇與確定 11 3.2 驅(qū)動電機(jī)的選擇與確定 14 3.3 帶傳動的設(shè)計與計算 15 3.4 軸的設(shè)計與計算 16 第四章 升降結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計算 19 4.1 升降結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計與確定 19 4.1.1 設(shè)計升降結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮的問題 19 4.1.2 傳動方式的選擇與確定 19 4.2 驅(qū)動電機(jī)的選擇與確定 19 4.3 蝸輪蝸桿減速器的選擇與確定 20 4.4 滾珠絲杠的選擇與確定 21 4.5 立柱和光杠的設(shè)計 23 4.6 聯(lián)軸器的選擇與確定 24 4.7 鍵的選擇與確定 25 4.8 軸承的選擇與確定 26 結(jié)論 29 致謝 30 參考文獻(xiàn) 31 II 第一章 緒論 1.1 機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀及分類 1.1.1 機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀 從上世紀(jì)六十年代開始機(jī)器人在我們國家開始研發(fā)，過了十年，當(dāng)時國家的生產(chǎn)單位一直進(jìn)行的研究都是沒有進(jìn)步的，水準(zhǔn)不高?？斓桨耸甏臅r候，有些研究所開始跟高等大學(xué)進(jìn)行合作，一起進(jìn)行研究，主要研究的是能夠遙控控制的工業(yè)機(jī)器人，但是那個時候在國外，這種機(jī)器人已經(jīng)被當(dāng)做商品進(jìn)行銷售了，在汽車生產(chǎn)行業(yè)已經(jīng)大規(guī)模進(jìn)行使用了。對于那種智能機(jī)器人，實行自主或者是半自主的控制，我們國家關(guān)于這方面的研究還很少，不過在發(fā)達(dá)地區(qū)，很多高等院校還有研究院，現(xiàn)在已經(jīng)開始對系統(tǒng)的集成進(jìn)行研究了。 實行863計劃之前，在中國當(dāng)時根本就沒有一臺關(guān)節(jié)型的機(jī)器人，所以說生產(chǎn)，使用就更加說不上了。那個時候的中國，對于機(jī)器人的研究水準(zhǔn)跟發(fā)達(dá)地區(qū)比，落后了25年。到了上世紀(jì)八十年代中期，全世界都在進(jìn)行技術(shù)革命，在這波的技術(shù)流里面，最前沿的就是機(jī)器人。一邊是全世界生產(chǎn)的工業(yè)機(jī)器人每年都越來越多，車輛行業(yè)發(fā)展的很快，現(xiàn)在車輛行業(yè)是世界上規(guī)模最大的。還有一點，研發(fā)智能機(jī)器人，美國人專用將這種機(jī)器人用到軍事上，開始研發(fā)無人車。歐洲人開始對自主機(jī)器人進(jìn)行研究，日本也開始研究能夠在極端關(guān)金霞工作的機(jī)器人。 1.1.2 機(jī)器人的分類 機(jī)器人的類別很多，怎么進(jìn)行劃分現(xiàn)在還沒有一個規(guī)定，看的角度不一樣，那么分類的辦法就不一樣。接下來舉出幾種劃分的辦法： 1、根據(jù)機(jī)器人的發(fā)展程度進(jìn)行劃分，低級到高級，機(jī)器人有三代。機(jī)器人第一代，只能對人教給它的內(nèi)容進(jìn)行重復(fù)，在規(guī)定的空間范圍里面，進(jìn)行規(guī)定的工作等；機(jī)器人第二代，安裝了感覺裝置，他可以自己獲取工作地點周邊的狀況，可以對需要工作的對象進(jìn)行感知，在電腦的幫助下，對獲取的信息進(jìn)行分析，之后自己做出決斷，完成相應(yīng)的動作。機(jī)器人第三代，它的適應(yīng)性是非常高的，能夠進(jìn)行自治。 2、從機(jī)器人的功能來進(jìn)行劃分，有四種：現(xiàn)在工業(yè)上用的最多的機(jī)器人就是操作機(jī)器人，很多工業(yè)機(jī)器人都是在這一種里面，他可以對人的手還有胳膊的動作來進(jìn)行仿照，可以進(jìn)行焊接，運輸?shù)裙ぷ?。移動機(jī)器人，工業(yè)行業(yè)里頭的輪式，履帶，步行機(jī)器人，他們都可以對貨物進(jìn)行運輸，都能夠進(jìn)行上料，下料的任務(wù)，比方說在管道里面用的機(jī)器人，水下面用的機(jī)器人等。這些機(jī)器人上面都有進(jìn)行工作的手還有攝像部分，這樣就算工作的地方再遠(yuǎn)，也能夠?qū)λM(jìn)行及時的監(jiān)看。信息機(jī)器人，他們的控制系統(tǒng)是電腦來操作的，并且能夠?qū)π形贿M(jìn)行模擬，差不多就是智能機(jī)器人。這種機(jī)器人可以進(jìn)行翻譯，進(jìn)行作曲，還有專家系統(tǒng)在里面。 3、劃分的時候根據(jù)機(jī)器人開發(fā)的東西還有目的進(jìn)行，有工業(yè)型的，還有操作型的，智能型的，還有特種的這幾種。一般后面提到的這三種機(jī)器人都是非常先進(jìn)的。 機(jī)器人是工業(yè)的，本體其實就是一個機(jī)械手，對操作的對象直接來進(jìn)行控制，按照需要操控的東西什么樣子，什么材質(zhì)可以生產(chǎn)成各種樣子。機(jī)器人是操作型的，通過人來進(jìn)行操控，工作人員將命令發(fā)送給機(jī)器人，它按照命令完成動作，之后機(jī)器人將工作的狀況還有周邊是什么樣的狀態(tài)回饋給操作的人，工作的人再按照這個來對機(jī)器人進(jìn)行控制。只能機(jī)器人這種，它自己可以對周邊工作的環(huán)境，操作的對象還有它什么樣子來判斷，按照工人給出的命令，再加上機(jī)器自己對周邊環(huán)境的認(rèn)識，自己給出解決問題的辦法，對于不一樣的環(huán)境，也完全能夠適應(yīng)。這種智能機(jī)器人實際上就是第三代，在進(jìn)行控制的時候首先認(rèn)知，之后進(jìn)行適應(yīng)。為了對某一件任務(wù)或者是某幾件任務(wù)來進(jìn)行完成生產(chǎn)的特種機(jī)器人，基本上都不是通用的，研發(fā)出這種機(jī)器人，主要在于研究的出發(fā)點在哪，實用性要強(qiáng)。 1.2 國內(nèi)助行機(jī)器人的研究現(xiàn)狀 1、多功能助行機(jī)器人 這一種功能多的助行機(jī)器人非常實用，可以幫著行走有問題的人來進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，并且對于那些暫時行走有障礙的，它還能作為代步工具（如圖1.1）。 圖1.1 多功能助行機(jī)器人 這個機(jī)器在繩，有輪，還有腿這邊都有驅(qū)動，他們聯(lián)合起來就成為綜合訓(xùn)練的機(jī)器了，并且在曲柄搖桿的原理下，將搖桿最后面一頭圓弧圓弧動起來，就跟人走路時候的大腿根的動作是一樣的，單片機(jī)來對機(jī)器進(jìn)行控制，這樣腿部在動作的時候，行走部分跟驅(qū)動輪結(jié)合起來進(jìn)行控制，不管是在家里面，還是在外面，都可以進(jìn)行走路的相關(guān)鍛煉。 2、上海交通大學(xué)機(jī)器人研究所設(shè)計的Walkmate Walkmate就跟手推車上后邊輪子的差速驅(qū)動移動裝置差不多，這個機(jī)器的外表能夠走，也能夠坐。對于人進(jìn)行的操作機(jī)器使用電阻式測力傳感器之后就知道了，機(jī)器前面要是有東西，在激光距離傳感器的作用下都能夠繞開，攝像機(jī)用的是全景的這樣就可以跟蹤任務(wù)了，gprs這里把網(wǎng)接進(jìn)去，對于用的人身體什么狀況要用脈搏檢測器來進(jìn)行，控制的時候有兩種方式忽悠力-速度和力-加速度。 1.3 國外助行機(jī)器人的研究現(xiàn)狀 1、美國SmartCane助行機(jī)器人 他就是為了幫助盲人來走路的，對于那些視力不怎么好，或者是體力比較差的使用者是用不了的。盲人要想用一般的助行器的話，肯定會有不少難度，要想智能性更好，幫著他們進(jìn)行走路，對使用者的健康狀況進(jìn)行檢測，1999年的時候美國人研發(fā)出了系統(tǒng)PAMM，這種機(jī)器人智能在水平面上行走，或者是坡度不超過五度的路面上行走，跟一般的四個點的支承拐杖來對比，平衡性是更好的，這個機(jī)器人里面還有地圖，可以對障礙進(jìn)行感知，輸入命令，告訴使用者怎么能夠走到目的地。這種機(jī)器人可以檢測使用者的健康狀況還有跟管理員的控制裝置還能夠連接 [1]。 圖1.2 SmartCane助行機(jī)器人 2、韓國 WAR助行機(jī)器人 在2004年的時候，韓國人研發(fā)的這種機(jī)器人，對老年人要是想在外面行走它是能夠給予幫助的。這種機(jī)器人不光能夠進(jìn)行輔助的支承，還能夠進(jìn)行行走，機(jī)器自身有能夠升降的部分。升降部分是傾斜向上的，在戶外行走的時候，使用者要是站著，膝關(guān)節(jié)的負(fù)擔(dān)沒有那么大，尤其是那些年紀(jì)大的體力不夠可以拿來使用。在這個機(jī)器上面，還有個支撐墊讓人靠，讓用的人身體進(jìn)行保護(hù)，用的人非常安全。 圖1.3 韓國 WAR助行機(jī)器人 WAR寬是0.78m，一般家里的門都是可以過的，這個機(jī)器人高1m，這個高是可以調(diào)的。在傳感器的作用下，可以感知到用的人想走哪去，并且他還有定位，導(dǎo)航的功能。這個機(jī)器人還可以對障礙物進(jìn)行檢測，注意規(guī)避，只需要摸在手柄上，它就能感覺到用戶想干什么。 3、愛爾蘭 PAM-AID助行機(jī)器人 PAM-AID助行機(jī)器人對那些視力差，體力差的人行走進(jìn)行幫助的。 這個機(jī)器人有四個輪子在下面，前輪要想向前走要裝兩個電機(jī)在上面，這個電機(jī)只會把輪子轉(zhuǎn)到那個方向給改變掉，沒有什么動力的。輪子跟輪子沒有連接，方向改變的時候半徑不大。 這個機(jī)器還可以自己進(jìn)行導(dǎo)航，只要在傳感范圍里面障礙物都可以繞開，不管是動著的，還是不動的東西，對于使用者的安全可以很好的確保。 4、可穿戴的外骨骼式助行機(jī)器人 這種機(jī)器人是韓國人研究的，可以穿在骨骼外邊的，患病的人在運動的時候能夠很好地支撐，這種機(jī)器人的材質(zhì)是硬鋁的，結(jié)構(gòu)是雙邊的，剛性是能夠確保的，這樣機(jī)器人自身就不會有多重，將電極放上去對肌肉的運動狀態(tài)可以進(jìn)行檢測，設(shè)計的這個機(jī)器人是從解剖學(xué)的角度來進(jìn)行的，對于人肢體的動作來進(jìn)行模仿，幫著肢體來進(jìn)行康復(fù)鍛煉。 有四個電極在機(jī)器人上面，可以將人的踝關(guān)節(jié)，膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)帶著進(jìn)行動作，給人一些動力，對人腿的站姿進(jìn)行調(diào)整。對處在什么地點通過光電編碼器來進(jìn)行，在運動的時候，關(guān)節(jié)力矩有哪些改變通過力矩傳感器來進(jìn)行。 這個機(jī)器人要想進(jìn)行升降那么用氣動執(zhí)行器來進(jìn)行。用的是四驅(qū)動，這樣動力驅(qū)動平臺才能充足，有需要的時候可以帶著用的人向前走。 5、全身式外骨骼助行機(jī)器人HAL 日本專家在2005年研究出來的，幫著老年人，幫著殘疾人來進(jìn)行行走，甚至可以爬樓梯，可以對東西進(jìn)行搬運。 這種機(jī)器人是穿在人身上的，類似于外骨骼的這種機(jī)器人，用鉸鏈把髖關(guān)節(jié)還有膝關(guān)節(jié)都連接起來，自由度只有一個，用的電機(jī)是諧波直流的，裸關(guān)節(jié)想動的話需要被動進(jìn)行的。 圖1.4 全身式外骨骼助行機(jī)器人HAL 1.4 助行機(jī)器人的發(fā)展趨勢 現(xiàn)在各個國家都在研究助行機(jī)器人，在國外對它的研究系統(tǒng)性比較強(qiáng)，有的現(xiàn)在都開始進(jìn)行試驗了，很多使用者都認(rèn)為不錯。但是在支承行走的技術(shù)上，現(xiàn)在有很多的難題擺在面前，怎么樣更靈活，能耗更加效率高，攜帶更加方便還有可以在更多的路面上行走等。對于輔助導(dǎo)航這各事項，導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)該研發(fā)的準(zhǔn)確性更好，可靠性更高，定位，怎么規(guī)劃路線，怎么實行系統(tǒng)控制，讓這個機(jī)器人自己也能學(xué)習(xí)，可以對使用者的一些習(xí)慣來進(jìn)行保存，對于它的活動自己來進(jìn)行適應(yīng)，那么使用者用起來就很舒服。將健康監(jiān)測系統(tǒng)還有通訊系統(tǒng)都在助行機(jī)器人上使用，這相信也是一個發(fā)展的方向。 1.5 本課題研究的目的及意義 聯(lián)合國文教組織對于社會年齡的劃分是有一個標(biāo)準(zhǔn)的，現(xiàn)在的中國已經(jīng)進(jìn)到老年化社會了，現(xiàn)在每年增加的老年人有596萬，預(yù)計到明年的話，老年人這個群體會超過兩個億。年級大了之后，身體機(jī)能自然就沒有那么好了，有的行走能力就不行了，這個時候老年人的生活質(zhì)量就差了。 現(xiàn)在年紀(jì)大的人很多都會用助行儀器，比方說拐杖，助步架等等，不過呢他們很簡單，沒有智能性，安全性也不好，也沒有那么舒服，對于老年人，想要自己進(jìn)行生活有難度。 從機(jī)器人的功能來說，用的人都是些不能自己走路的人，幫著他們進(jìn)行行走。設(shè)計的這個機(jī)器人不光要能夠滿足要求，并且還能夠幫著用的人粘起來，坐下來，還要能夠走；并且對它的安全性進(jìn)行設(shè)計，還有計算，設(shè)置控制系統(tǒng)，這樣才可以確保使用者的安全，要是機(jī)器人的行走不在安全范圍里面，那么就會立馬停下來，將緊急停止按鈕按下去，將限位開關(guān)按下去等，這樣危險的狀況就不會出現(xiàn)了。雖然現(xiàn)在有很多用在助行機(jī)器人上的系統(tǒng)被研發(fā)出來了，但是都不怎么實用，行走技術(shù)這個行業(yè)，現(xiàn)在急需要解決的問題是怎么變得更加靈活，怎么樣效率更高，怎么樣能夠在更多路面上行走。 查看相關(guān)的材料之后，對于現(xiàn)在國內(nèi)還有國外對這種機(jī)器人研究的狀況。將它的總方案先設(shè)計出來，按照任務(wù)書的需要，它其實是兩大部分組成的，一個是底盤部分，還有就是升降部分。將他們的動力，工作原理都定下來，設(shè)計機(jī)器人的時候，用到的哪些零部件都定下來，對于設(shè)計怎么樣確定類型，算數(shù)據(jù)，進(jìn)行校核等。 32 第二章 總體方案的設(shè)計與確定 2.1 設(shè)計參數(shù)及要求的確定 1、設(shè)計參數(shù)的確定 這個機(jī)器人速度最快是每秒0.5m，不間斷的能夠工作四個小時，重在三十公斤，能夠承受的重量在80Kg。 2、定下來設(shè)計的要求 分析研究的這個機(jī)器人要實現(xiàn)什么，將它的設(shè)計方案定下來。整體上來說，設(shè)計這個機(jī)器人的時候，不光要對整體零件進(jìn)行選擇，還要對某個部分的零件進(jìn)行選擇。按照工作的地點有哪些需求，可以承受多重，設(shè)計的時候使用現(xiàn)代機(jī)械的方式來進(jìn)行，對于那么多種傳動的方式進(jìn)行對比，弄清楚他們好的一面，不好的一面，設(shè)計從機(jī)器人底盤結(jié)構(gòu)開始，從上到下接著來對機(jī)器人進(jìn)行設(shè)計，之后分析，將真正的樣機(jī)設(shè)計出來。 2.2 設(shè)計方案的預(yù)期成果及構(gòu)思 設(shè)計之前有數(shù)據(jù)，也有要求，根據(jù)這個定下來助行機(jī)器人應(yīng)該是站著的，各個地方的高度都應(yīng)該跟真人的構(gòu)造能夠匹配。機(jī)器人能夠幫著用的人粘起來，做下去，還有行走，還能將機(jī)器人的輪子方向給變掉，升降部分能夠向上，向下運動；從安全性能來看，選用的材質(zhì)一定要安全，論文設(shè)計的這個助行機(jī)器人，可以幫著使用者實現(xiàn)站起來，坐下去還有行走。功能有兩種，接下來說下： 1、助力行走 要讓這個機(jī)器人移動起來的時候很平穩(wěn)，要想讓使用者向前行走就要有一個向前的動力。因為用這個機(jī)器人基本上都是肢體運動有障礙的，或者是年級大的人，使用者自己不能主動的去運動，所以需要有一個動力給她，這樣她才能自己向前動。想讓使用者能夠走起來，主要還是機(jī)器人的行走部分，論文用的是車輪來實現(xiàn)的，穩(wěn)定性很好，并且耗費的能源不大，對于速度還有方向的控制都比較容易。因為有這些好處，不管是在家里面，還是在校區(qū)里面，路面平整或者是稍微有點坡道的都沒有問題。驅(qū)動車輪的時候，可以是兩輪的，還有是四輪的。驅(qū)動是四輪的，構(gòu)造一點都不簡單，并且機(jī)器人的重量會加大，這樣帶走就不便利，并且還會產(chǎn)生不必要能源的浪費。所以，論文里面的機(jī)器人驅(qū)動是后輪的，這樣機(jī)器人就能動作了。因為前輪是被后輪推著向前的，這樣機(jī)器人就能向前動了。驅(qū)動要是后輪的，有很大的好處，牽引方面來看，跟前輪驅(qū)動對比好了不少，并且操縱起來也更加穩(wěn)定，那么行駛起來穩(wěn)定性也很好。 2、坐下與站起 因為使用的人沒有力氣，所以想要坐下來，站起來都需要一定的支承才可以，并且用的人在走路的時候，身體一定要確保平衡，對于起立這個動作，它是豎直方向上的，要控制通過螺旋裝置還有導(dǎo)軌滑塊來進(jìn)行，這樣作為就能夠按照設(shè)定好的方向進(jìn)行個動作。 這個助行機(jī)器人設(shè)計出來，幫著使用者站起來，做下去，行走，有東西擋在前面還可以幫著使用的人繞過去?，F(xiàn)在市面上研究的助行機(jī)器人組成有底盤部分，升降部分。對于助行機(jī)器人來說，基本結(jié)構(gòu)就是底盤部分，機(jī)器人的電機(jī)還有別的零部件都裝在這個部分，這樣機(jī)器人在不一樣的路面上都可以行走。對于助行機(jī)器人來說，升降部分可以幫著使用的人實現(xiàn)坐下，站起來，對于助行機(jī)器人來說，這個部分相當(dāng)?shù)闹匾? 2.3 總體方案的確定與實現(xiàn) 第一，助行機(jī)器人的性能一定要合符要求，設(shè)計的結(jié)構(gòu)也要滿足需要，設(shè)計助行機(jī)器人的結(jié)構(gòu)的時候，按照人體的結(jié)構(gòu)來進(jìn)行，選用的材質(zhì)一定要輕，安全性好，在選定的時候還是要考慮它的強(qiáng)度，剛度還有質(zhì)量等。 設(shè)計的這個機(jī)器人要能夠讓使用者站起來，坐下去，并且能夠行走，對于這種機(jī)器人，它的組成機(jī)構(gòu)有底盤部分，還有升降部分。機(jī)器人要想進(jìn)行移動，那么就需要動力，這個時候才能向前，向后，向左，向右，這些都要通過底盤部分來實現(xiàn)。機(jī)器人的結(jié)構(gòu)在設(shè)計的時候： 1、一定不能重，體積也不能太大，太小也不行，基本上都能從門穿過去； 2、重心盡量低一些，構(gòu)造也要緊湊，遇到坡也可以爬上去，可以防止翻過去； 3、用起來，后期養(yǎng)護(hù)起來都要便利，對絕大部分用的人，符合他們的使用習(xí)慣。 設(shè)計的時候，這個機(jī)器人最好輕一點，慣量也小一些，讓機(jī)器人的結(jié)構(gòu)剛度高一些，讓它的系統(tǒng)有自己的頻率，將阻尼變得大一些。這機(jī)器人設(shè)計時候是有一定要求的，它的結(jié)構(gòu)有兩大部分，一個是行走部分，一個是升降部分。 機(jī)器人上的動力來源，比較多的就三種，電機(jī)，液壓，啟動。電動機(jī)要是直流伺服的，那它的結(jié)構(gòu)基本上都是轉(zhuǎn)動式的，輸出力矩基本上都一樣，功率不一樣，有幾瓦也有幾千瓦，將直流電機(jī)還有負(fù)載都跟減速器連起來，那么負(fù)載的特性就相當(dāng)不錯。論文里面的機(jī)器人電機(jī)用的是直流伺服電機(jī)。 第三章 底盤機(jī)構(gòu)的設(shè)計與計算 3.1 底盤機(jī)構(gòu)方案的設(shè)計與確定 3.1.1 設(shè)計底盤結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮的問題 對于機(jī)器人的設(shè)計來說，底盤部分是它最基礎(chǔ)的，這個部分可以把電機(jī)，還有一些別的零部件裝在這，電動機(jī)的動力就是從這里傳遞出去的，機(jī)器人這樣才能夠進(jìn)行行走。設(shè)計底盤的時候，有些還是要注意的： （1）機(jī)械強(qiáng)度要高，并且要很穩(wěn)定； （2）格局一定要符合設(shè)計需要，盡量體型小一點，并且不要太重； （3）可以跟升降部分連起來，確保這個部分的工作正常開展； （4）升降部分工作，它要能夠呆在這個地方不懂，不能有滑溜的狀況出現(xiàn)。 3.1.2 傳動方式的選擇與確定 1、帶傳動 帶輪上張緊是有一定的柔性的，這個時候可以把動力傳送出去，因為遠(yuǎn)離不一樣，傳動有的是依靠帶跟帶輪的摩擦，有的通過帶跟帶輪的齒咬合來進(jìn)行的。 帶傳動的結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，穩(wěn)定性很好，可以把振動緩沖下來并且吸收掉，軸間距非常大還有很多個軸的時候，都可以將動力傳送出去，并且花的錢不多，潤滑不需要進(jìn)行，后期養(yǎng)護(hù)簡單等。現(xiàn)在的機(jī)械傳動里面用的很多。帶傳動是摩擦型的，帶能夠過載打滑，工作起來沒有多大聲音，不過傳動比不準(zhǔn)；帶傳動要是同步的，那么確保傳動同步進(jìn)行，不過吸收的載荷變動效果不好，轉(zhuǎn)動速度快聲音很大。帶傳動不光可以傳動動力，還能把東西運輸出去等。 （1）優(yōu)點：非常穩(wěn)定，振動可以緩沖吸收，構(gòu)造不復(fù)雜，花的錢少，養(yǎng)護(hù)便利，不管是擾性還是彈性都很好，過載打滑。 （2）缺點：傳動比一點都不準(zhǔn)，使用時間短，載荷作用在軸上不小，傳動部分體型很大，效率也不高。 2、齒輪傳動 在這么多的傳東立面，用的最多就是齒輪傳動，那是從下面幾點來看的： （1）傳動精度高。用的比較多的漸開線齒輪傳動，理論上來說不會有變化，很準(zhǔn)，儀器鑰匙那種精密性的，這點非常關(guān)鍵，對于速度快，載荷大的，這也是想要傳動穩(wěn)定的關(guān)鍵點所在。 （2）可以用的地方多，圓周速度不高，但是快的話可以達(dá)到150m/s，這些都是帶傳動，鏈傳動比不了的。 （3）在空間里面，不管哪兩個軸都可以傳動，這個帶傳動，鏈傳動比不了。工作起來可靠性好，能用好久。 （4）傳動時候效率非常高，正常在0.94～0.99。不管生產(chǎn)，還是安裝都有很高要求，所以說花的錢自然也很多。環(huán)境的話有很高的要求，除了一些精度低，速度慢的，正常要裝一個罩子在上面，另外潤滑也一定要及時進(jìn)行。 （5）傳動的話兩個軸距離很遠(yuǎn)不行，減震性還有對沖擊的抵抗性都比不上柔性的傳動方式。 可以用在承受比較重，傳動精度要求高的，使用時間長，環(huán)境沒有什么要求，載荷很重，工作精度要求高，一會開啟一會剎車，頻繁進(jìn)行逆轉(zhuǎn)的地方。 3、鏈傳動 這種傳動的平均傳動比很準(zhǔn)，對動力還有運動進(jìn)行傳送是在鏈輪輪齒的齒合來進(jìn)行的。 （1）它的好處 對比帶傳動，不會出現(xiàn)打滑的情況，平均傳動比很準(zhǔn)，工作起來很可靠，效率也非常高；功率傳動的不小，過載效果很好，工況一樣的時候，傳動的尺寸沒有多大，需要的張緊力不大，在軸上面的壓力不大，溫度高，潮濕度大，灰塵多的這種差環(huán)境里都可以進(jìn)行工作。 （2）鏈傳動的缺點 這個傳動只能在兩個平行軸中間進(jìn)行；花的錢不少，損耗不容易出現(xiàn)，可以伸長，傳動時候穩(wěn)定性不好，工作起來附加的載荷，沖擊，聲音等都會加大，對于那種速度快方向反過來的傳動不能用。 分析了這么多，傳動用帶傳動。3.1圖紙里面就是先設(shè)計出來的底盤，它的輪子是四個，驅(qū)動電機(jī)是兩個。這次設(shè)計的機(jī)器人底盤驅(qū)動用的是兩輪差動驅(qū)動的，也就是前面兩個輪子都是驅(qū)動輪，前面有戀歌論文是沒有驅(qū)動的那種萬向輪。左邊右邊的驅(qū)動輪板塊都一樣。設(shè)計是：首先電動機(jī)工作，通過聯(lián)軸器，V帶就被帶動起來，從半軸過去，這樣驅(qū)動輪就轉(zhuǎn)起來了，底盤這個時候就可以動了。 圖3.1 底盤結(jié)構(gòu)示意圖 按照格局，傳動部分傳送動力按照：電機(jī)把動力傳給聯(lián)軸器，之后進(jìn)行帶傳動，動力傳動到軸上，帶著車輪工作。3.2,3.3圖紙一個是動力傳送，一個是底盤傳動的結(jié)構(gòu)。 圖3.2 傳動系統(tǒng)動力傳遞線路圖 圖3.3 底盤傳動結(jié)構(gòu)圖 3.2 驅(qū)動電機(jī)的選擇與確定 對助行機(jī)器人來說，電機(jī)很重要，機(jī)器人整體多大，什么結(jié)構(gòu)都會受到影響，并且還會影響到它的控制效果。選電機(jī)的時候。最好電機(jī)的功率可以全部用起來，工作時候的度數(shù)不能超過它的允許范圍，電機(jī)啟動，還有過載時候的能力對于載荷要求都能夠?qū)崿F(xiàn)。 把電機(jī)的功率算出： =0.7。 假設(shè)水平面上牽引力在6KG，輪子半徑是0.2m，那么從減速器經(jīng)過之后的力矩就是： 機(jī)器人后面的輪子驅(qū)動是差速的，按照它運行時候的速度最高，速度要慢一點，太快的話，那么電機(jī)的載荷就變大了，正常不需要。論文里頭，假設(shè)機(jī)器人移動時候，輪子半徑，那這個輪子角速度算到： 那驅(qū)動力需要的功率算出來： 那么一個驅(qū)動輪需要的電機(jī)的功率至少。 直流電機(jī)對速度調(diào)整性能比較好，工作起來穩(wěn)定性不錯，加光電編碼器到這個電機(jī)里面，他可以對信息進(jìn)行個反饋，確保機(jī)器人工作時候速度，地點都滿足要求。按照實際工作，還有載荷的需要，驅(qū)動電機(jī)用的是一種風(fēng)冷的直流伺服電機(jī)36SYK62_23V_58.5w，K=58.5w，用兩個，每個電動機(jī)有300g，額定轉(zhuǎn)動的速度。 設(shè)計底盤的傳動部分，鏈傳動，軸傳動。鏈傳動的話，會出現(xiàn)跳齒的狀況，這樣鏈條就用不了多久，并且張緊要是不好的話，那么鏈條就松了，不管是開啟，剎車等的時候，慣性沖擊都很大，那么動載荷就很大，那么還是用帶傳動好。 3.3 帶傳動的設(shè)計與計算 帶傳動可以對沖擊還有振動進(jìn)行緩沖，對于中心距沒有要求。它的格局也不復(fù)雜，不需要安裝換向裝置，對動力傳送的效果很好，效率不錯，安裝時候?qū)τ诰葲]有太高要求。 電動機(jī)的功率是58.5w，翻資料知道工作系數(shù)： 如果傳動比在16，那從這里過去之后電機(jī)轉(zhuǎn)動速度就是： 按照算的功率還有小帶輪的轉(zhuǎn)動速度，查看圖紙，用B型V帶 將小帶輪直徑的基準(zhǔn)值定下來 因為，翻查資料定下來 對帶子的速度進(jìn)行核算： 將大帶輪的直徑算出來計： 將中心距定下來，V帶的長度基準(zhǔn)值也算出來 對中心距進(jìn)行初步的計算 那中心距要符合： 那么初步定下來中心距就是240mm 將對應(yīng)的帶長給算出來： 翻看表，定下來帶子的長是800mm。 將真正靠譜的中心距算出來： 需要多少根帶算出來： 已經(jīng)知道小帶輪的直徑還有轉(zhuǎn)動的速度，翻查資料： ， 翻查資料：, 那么說： 定下來皮帶要兩根。 將一根皮帶初步的拉力定下來： 翻查資料這個帶單位長度的質(zhì)量就是： 算出來： 3.4 軸的設(shè)計與計算 固定的心軸就是主動軸，動作起來對彎矩進(jìn)行承受，這個軸不會動。要是車輪軸，要是輪轂的匹配那一面有兩段，b圖紙里面就是，可以把軸的彎矩變小，這樣不管強(qiáng)度，剛度都更好；將運動的心軸換成固定的，這樣一來就不會有交變應(yīng)力作用在軸上面。 a b 圖3.4 不同結(jié)構(gòu)的車輪軸產(chǎn)生的軸彎矩 進(jìn)行給分析，這個車輪軸最好是固定的心軸。設(shè)計這個軸，按照工作需要，生產(chǎn)工藝的需要，選擇符合要求的材料，算出強(qiáng)度，剛度，將軸的構(gòu)造還有大小定下來，速度非?？斓臅r候，要注意振動時候是不是穩(wěn)定。 圖3.5 軸 設(shè)計軸的時候，材質(zhì)用碳素鋼或者合金鋼。論文里頭用45號鋼，對它進(jìn)行調(diào)質(zhì)，最大強(qiáng)度在650MPa，屈服肌纖維360MPa，彎曲疲勞極限為300MPa，許用抗彎應(yīng)力275MPa。 對軸的大小，受力都進(jìn)行分析，下面圖里頭都有：軸受到鏈輪施加給它的彎曲力F1，驅(qū)動輪里面的軸受到徑方向的力F2,F3,如果說F1=500N。 圖3.6 軸的受力分析簡圖 按照軸對剛度的要求： 分析它受到的力，彎矩的最大值就是： 軸直徑的最小部分： 對于安全要考慮，裝軸時候還有些別的要求，那么在跟孔徑進(jìn)行配合的時候，軸最小直徑是22mm。 下邊就是校核： 對于助行機(jī)器人，車輪非常重要，如果安全系數(shù)S=2.5，半徑r=8mm： 按照這些算的，這個軸對于設(shè)計要求基本都可以滿足了。 第四章 升降結(jié)構(gòu)的設(shè)計與計算 4.1 升降結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計與確定 4.1.1 設(shè)計升降結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮的問題 對于助行機(jī)器人，升降部分是很重要的一部分，在這個部分的作用下，可以幫著用的人站起來，坐下去，那么設(shè)計的時候有些還是要注意的： 1、機(jī)械強(qiáng)度一定要夠大，并且還要很穩(wěn)定； 2、升降的時候一定不能有停頓； 3、進(jìn)行升降的高對于人剛好是站起來的高； 4、格局一定要合理，還要能夠自鎖； 5、承受能力一定要大。 4.1.2 傳動方式的選擇與確定 在機(jī)器人中間部分裝升降裝置，電機(jī)工作，從蝸輪蝸桿減速器經(jīng)過，將動力傳給滾珠絲杠，這樣升降部分就可以進(jìn)行來回動作了。 升還有降的時候，幅度一定要恰當(dāng)，不管在哪里都可以停下來，換句話來說，這個部分要能夠進(jìn)行自鎖，假設(shè)用絲杠螺母裝置來實現(xiàn)升降的動作，但是呢它又不能進(jìn)行自鎖，那么要裝一個蝸輪蝸桿減速器在升降電機(jī)的后面。 有彎矩還有壓力作用在升降部分，因為機(jī)器人自身有重量，使用的人也有重量，這樣力矩就非常大，那么對于升降部分來說，不管強(qiáng)度，剛度都要很大。下面4.1里面就是升降部分的傳動流程： 圖4.1 升降結(jié)構(gòu)傳動路線圖 4.2 驅(qū)動電機(jī)的選擇與確定 在各式河陽的電機(jī)作用下，會有力矩傳神，之后在機(jī)械傳動部分來實行動作，在這里能量不能轉(zhuǎn)換，那么說效率上來看遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于液壓，啟動這些驅(qū)動系統(tǒng)，并且速度的改變很大，對于速度還有地點的精度要求很高，近期人里面用的不少。下面分析他們的驅(qū)動方式： 步進(jìn)電機(jī)的控制是開環(huán)的，很簡單，功率也小，基本上用的系統(tǒng)都是精度不高，功率不大的，那么電機(jī)就用伺服的，直流的這種伺服電機(jī)，能夠把控，反應(yīng)很快，轉(zhuǎn)矩很大，跟交流伺服電機(jī)對比花的錢少等，那么用的電機(jī)是直流伺服的。 選用電機(jī)：如果滾珠絲桿在工作的時候速度是 這個速度對于人行走來說完全可以。 絲桿轉(zhuǎn)動起來快慢是： 用的這個電機(jī)同步轉(zhuǎn)動速度是6000r/min。翻看電機(jī)的資料，用38SYK70-24V-90w這種型號，功率的額定值就是92.3W，電壓在23V，重量420g。 4.3 蝸輪蝸桿減速器的選擇與確定 對助行機(jī)器人，升降部分要能夠自鎖，那傳動用蝸輪蝸桿。傳送的空間是交叉的，一般軸進(jìn)行的減速傳動是九十度。傳動用蝸桿，會非常穩(wěn)定，振動，沖擊，聲音都不大，這樣傳動比就很大，構(gòu)造也很緊湊。4.2里面就是它的實物 圖4.2 渦輪蝸桿實物圖 蝸輪蝸桿減速器可以進(jìn)行反向自鎖，并且減速比也很大，讓機(jī)器可以進(jìn)行傳動還有制動。 算出它的減速比： 余量要注意，那減速比要比50稍微小點，在這里用的是減速比是40的。蝸桿用45號桿來生產(chǎn)，對它的面淬火HBC=45~50。如果蝸輪蝸桿彼此之間滑動時候相對的速度，鑄鋁鐵青銅ZCuAl10Fe3加工蝸輪，用金屬模對它進(jìn)行鑄造，精度等級是八級。 ，那 通過蝸輪可以傳送的功率： 它的扭矩就是： 要對這個減速器的齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算 。 翻查資料； 工作載荷很穩(wěn)定，那，就有了 許用接觸應(yīng)力為： 翻查資料定下來 那他使用時間系數(shù)： 定為，，蝸輪蝸桿可以傳動的大小是： 渦輪分度圓直徑為： 中心距傳送的大?。? 對蝸輪的彎強(qiáng)度抵抗對它進(jìn)行校核： 那么這個抗彎強(qiáng)度夠了。 到市面上去看，選用減速器是WPA40-1：40，構(gòu)造緊在一起，自鎖效果不錯，單級的減速比在1：40，轉(zhuǎn)動速度就慢了，扭矩也變大了，這樣實現(xiàn)升降就完全可以了。 4.4 滾珠絲杠的選擇與確定 因為機(jī)器人上用的絲杠對于結(jié)構(gòu)需要很緊湊，空檔不能大，并且傳動效率要高等，用的最多的就是滾珠絲桿，但是它沒法自鎖，要裝一個蝸輪蝸桿減速器，這樣就可以自鎖了。 滾珠絲杠傳動好處就是：摩擦不大，效率很高，使用時間長，正常來說，效率都超過；摩擦都是滾動的，動，靜摩擦系數(shù)差不了多少，不管是速度快還是速度慢的時候，摩擦扭矩沒有變化，那么反應(yīng)很快，穩(wěn)定性也不錯；空檔要想消除掉只要預(yù)緊就行了。4.3里面就是它的實物。 圖4.3 滾珠絲杠結(jié)構(gòu)圖 回轉(zhuǎn)動作在滾珠絲杠的作用下成為直線動作，因為摩擦的阻力不大，從電機(jī)來的動力經(jīng)過滾珠絲杠就能夠?qū)⑸挡糠謳?，進(jìn)行圓周動作。 對滾珠絲杠進(jìn)行選擇，要考慮的東西很多，校核要來回進(jìn)行。 升降部分垂直拉起的時候最大重力就是： 那么順著軸方向上絲杠推程力的最大值： 在這個里面，滾珠絲杠螺紋用的是一個頭的，那么螺距是導(dǎo)程。 用的是滾珠絲杠副，行程的最大距離800mm，滾柱絲杠副相對速率的最大值要比500mm/s還要小。將滾珠絲杠的直徑定下來：。 算絲杠導(dǎo)程的時候根據(jù)絲杠最快的速度來進(jìn)行： 螺紋升角為： 根據(jù)最高的驅(qū)動力將螺旋傳動需要的轉(zhuǎn)矩算出來： 其中取 定下來用的滾珠絲杠是：TB1 SFSO121O-2.8。按照驅(qū)動的構(gòu)造還有需要的行程將滾珠絲杠副的距離定下來。 4.5 立柱和光杠的設(shè)計 立柱還有光杠都是實現(xiàn)運動，進(jìn)行承受的零部件。升降部分的立柱還有光杠進(jìn)行的運動是直線的，對于導(dǎo)向的精度要求很高，剛性一定要高，可靠性要好，構(gòu)造不復(fù)雜，工藝一定要好，不管是調(diào)整還是修理都要方便。升降部分立柱要四個，光杠要兩個，4.4里面就是它的結(jié)構(gòu)圖紙。 a 立柱零件圖 b 光杠零件圖 圖4.4 立柱和光杠零件圖 論文里面的立柱，光杠都用45號鋼來生產(chǎn)，下面來細(xì)說： 45號鋼是中碳鋼，不管是哪種生產(chǎn)，機(jī)械方面的性能都還可以，還有畫的鈔票也不多，到處都能找到。但是不好的地方是淬透性差，需要加工的東西要是截面要求很高的話，這種材質(zhì)用不了。 45號鋼這種原料在機(jī)械上用的很多，用來生產(chǎn)傳動零部件，可以傳送扭矩還可以傳送載荷。軸這樣的零件能轉(zhuǎn)動，長度要大于直徑。按照結(jié)構(gòu)，外面的樣子不同，軸有光軸，階梯軸等等。 根據(jù)用的要求，生產(chǎn)哪一種，機(jī)器有哪些需求，再加上什么結(jié)構(gòu)來對45號鋼進(jìn)行生產(chǎn)，軸的外圓直徑要是沒有太大的差距，那多是用棒料；如果外圓直徑非常大，鍛件就用的多，這樣浪費自然就變少了，生產(chǎn)量自然也就變少，那機(jī)械性能自然就改變不少。 根據(jù)不一樣的規(guī)模，毛坯鍛造有自由鍛的，有模鍛的。生產(chǎn)量要是不打，那么就用自由鍛；生產(chǎn)數(shù)量多的，就使用模鍛。工作條件不同了，使用要求不一樣了，那么軸這種零件用的原料自然也就不同了，熱處理它的行位一定要規(guī)范，那么不管強(qiáng)度還是韌性都會變得很好了。 45號鋼在機(jī)械上用的很多，熱處理還沒有實施，硬度最大是229；產(chǎn)品要正火處理，產(chǎn)生的沖擊力最小39J；強(qiáng)度不小，塑形還有韌性都很好，淬火處理，回火沒有必要，這樣硬度肯定會超過HRC55，設(shè)計要求就實現(xiàn)了，熱處理結(jié)束了，接著就是淬火，硬度能夠到達(dá)HRC42-46，所以說機(jī)械性也好，硬度也好都可以達(dá)到設(shè)計的要求，加工的產(chǎn)品梯形很大，應(yīng)力不大，作用在上面的載荷很大，零件要進(jìn)行正火，淬火，心里面的強(qiáng)度要求不是很高。 裝好立柱，光杠之后，查看里面的工作是不是靈活，會不會有停頓的狀況出現(xiàn)，在整個行程里面摩擦阻力不會有太大的改變，查看光柱，光杠的直線度，平行度是不是滿足設(shè)計要求。 升降部分，要想確保滾珠絲杠，立柱等這些動著的零部件工作正常，所以一定要進(jìn)行潤滑，再加上摩擦系數(shù)，散熱這些狀況，潤滑劑用的是固體的。 4.6 聯(lián)軸器的選擇與確定 電動機(jī)因為聯(lián)軸器跟蝸輪蝸桿減速器連接起來，軸轉(zhuǎn)動的很快，要想把氣動載荷還有沖擊變小一些，用的聯(lián)軸器是轉(zhuǎn)動慣量不大的，并且還有彈性套的那種。 圖4.5 彈性套柱銷聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)圖 因為機(jī)器人升降部分工作的時候受到比較小的沖擊，將聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩算出： 因為電機(jī)一會正過來轉(zhuǎn)，一會反過來轉(zhuǎn)，在開啟，剎車，方向改變的時候，工作時候產(chǎn)生的力矩要比最大力矩還要小，算到這個聯(lián)軸器的扭矩： 翻查資料聯(lián)軸器用的是TL6型，相關(guān)數(shù)據(jù)是：轉(zhuǎn)矩的許用值是；轉(zhuǎn)動速度的許用值。孔的直徑在30~42mm。構(gòu)造是：長圓柱形孔的聯(lián)軸器兩半，鍵槽是C型的，電機(jī)輸出的那一頭孔的直徑是，減速器輸進(jìn)去那一頭空的直徑還有長就是： 。聯(lián)軸器： 4.7 鍵的選擇與確定 機(jī)械連接里面用的最多是鍵，對鍵進(jìn)行設(shè)計是非常重要的事情，用哪種類型，尺寸是多少。按照鍵連接的結(jié)構(gòu)來確定用哪種鍵，主要看用的時候有什么需求，并且工作時候的條件是什么；鍵的大小按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)還有強(qiáng)度來進(jìn)行確定。一般截面多大，長多少就可以知道鍵的主要尺寸了。按照輪轂的長定下來鍵有多長，正常比輪轂要稍微長一點；根據(jù)輪轂還有滑動多遠(yuǎn)定導(dǎo)向平鍵的大小。 翻查資料，鍵用的是5X15。底下校核鍵的強(qiáng)度。 連接時候用平鍵，會有一個力作用在鍵的側(cè)邊，鍵都比較矮，那這個力就用在軸外圓周切線上作用的力來進(jìn)行，那就有： 代表的是轉(zhuǎn)矩； 作用在鍵側(cè)邊的那個力； 那就有 如果鍵工作的側(cè)邊面上切向載荷布局很勻稱，那么一般的鍵進(jìn)行連接對于擠壓強(qiáng)度需要滿足： ； 翻查專業(yè)資料就有； 那么說，用的這個鍵滿足設(shè)計的需要。 4.8 軸承的選擇與確定 1、軸承型號的選擇與確定 對于軸關(guān)鍵是徑向的載荷作用在上面，軸方向的載荷不需要在意，當(dāng)量載荷是1785N，用的是球軸承；軸承設(shè)定它可以用五年的時間，工作每天八小時，那軸承額定動載荷基本數(shù)值C； =小時=年 代表軸承能工作多久； n 就是轉(zhuǎn)動的速度r/min； C是額定載荷的基本數(shù)值kN； P=1.785 kN； =3； 用上面的式子可以算出來C=8.8 kN；所那么軸承就用的是帶有軸承座的滾動軸承，型號是6904CE； 2、軸承的潤滑 （1）讓摩擦還有損耗變少一些，把潤滑劑放到摩擦面的中間，進(jìn)行相對運動之后，摩擦就成為液體的，這樣這些運動體之間摩擦系數(shù)就變小了，自然摩擦力就小了。因為會有油膜在相對運動的物體中間，這樣互相摩擦面就碰不到，那么損耗自然就少了。 （2）將溫度的升高變得低一些 因為摩擦系數(shù)變小了，這樣兩個面進(jìn)行的摩擦自然就少了，軸承的溫度升高就沒有那么多，并且面上會有潤滑油淌過去，這樣有的熱量就散了。 防止生銹，并且進(jìn)行清理，潤滑油會產(chǎn)生油膜，防止產(chǎn)品的面上銹，并且這些潤滑油從面上淌過去的時候，肯定會一起將臟東西都清理掉。 潤滑劑是密封的，那么就可以形成密封的效果，跟密封裝置合作起來，外面的臟東西就不會進(jìn)到軸承里面去了。 選擇潤滑劑的時候：要想潤滑的效果好，那么它的摩擦系數(shù)就不能高，吸附能力也要搶，并且可以滲透，這樣摩擦副很小的空間里面也可以滲入進(jìn)去，緊緊的在摩擦面上粘附。設(shè)計的機(jī)械結(jié)構(gòu)，按照軸承是哪一種，多快，工作時候承受的載荷多大來對潤滑劑進(jìn)行選擇，要是潤滑劑選的好，潤滑方式用的對，那么軸承工作時候度數(shù)就沒有那么高，并且使用時間還可以延長。 （3）滾動軸承的潤滑 對滾動軸承的潤滑，用潤滑脂、潤滑油來實現(xiàn)。做實驗，速度不快的話，潤滑脂用上去升高的溫度沒有潤滑油高；速度要是很快的話，還是潤滑油用上去效果好。關(guān)鍵數(shù)據(jù)還是看速度軸承的內(nèi)徑，以及轉(zhuǎn)動速度。每一種滾動軸承都可以用脂或者是油來進(jìn)行潤滑，潤滑要是用油的話，主要看內(nèi)徑是多少，轉(zhuǎn)動速度是多少。 1）脂潤滑 這種潤滑都是用在軸承直徑還有轉(zhuǎn)動速度都比較小的狀況，并且還不需要降溫。脂來進(jìn)行潤滑，構(gòu)造不復(fù)雜，也不會出現(xiàn)漏到外面去的情況，填充時候太多不行，軸承一定要留有空檔，不然的話，軸承在溫度升高之后，脂就被熔化掉了，成為液體流道外面去，反而一來潤滑效果就不好了。還有用油脂來進(jìn)行潤滑，一定要針筒將它打進(jìn)去。 2）油潤滑 任何的轉(zhuǎn)動速度都可以用油進(jìn)行潤滑，還能夠把溫度降下去。油的溫度越是高，那么它的粘性就越是差。要想確保滾動物體跟這個面上油膜要夠多，那么軸承工作的時候，潤滑油的粘性在12-23cst。轉(zhuǎn)動的越是快，粘性越是不好；承受的重量越是大，那么粘性就越是大。要是軸承用的是一般的，它在費百分之一的時候速度很慢，正常用油澆在上面進(jìn)行潤滑；機(jī)器對于精度要求很高的，軸承就用精密的，潤滑的時候最好用滴油的辦法來進(jìn)行，周而復(fù)始的潤滑也可以，不管是哪一種潤滑，這些油都過濾了，那么就不會有那么多臟東西進(jìn)到軸承里面去，用這個辦法進(jìn)行潤滑，熱量就可以散出去，這樣軸承溫度就沒有那么高。 3、對軸承進(jìn)行密封 機(jī)械部分的密封，潤滑用油的那種軸承，避免有臟東西進(jìn)到軸承里面去；要是軸承用脂來進(jìn)行潤滑，脂不會漏到外面去，還是避免上面說的那些臟東西進(jìn)到軸承里面去。機(jī)械結(jié)構(gòu)要是用的脂來進(jìn)行潤滑，那么對于整潔度的要求是很高的。所以說設(shè)計密封結(jié)構(gòu)，還是為了防止?jié)櫥吐┑酵饷嫒?，另外不能有外面的東西進(jìn)到這個結(jié)構(gòu)里面。 結(jié)論 完成了畢業(yè)論文之后，實際上我大學(xué)期間學(xué)到的東西就又溫習(xí)了一次，并且還將這些理論知識運用到實踐中去。現(xiàn)在我知道，遇到問題的時候，怎么到處去查找資料，想辦法解決問題，另外我現(xiàn)在也知道，問題的解決不是那么容易的，有時候中途肯定會出現(xiàn)卡殼，那么這個時候還是要堅持下去，最終才能把問題解決。制定計劃很重要，按照這個進(jìn)度表來完成，這樣就可以知道有哪些事情完成了，哪些事情還沒有完成。 這篇論文對助行機(jī)器人進(jìn)行設(shè)計，不光設(shè)計了它的底盤部分，也設(shè)計了升降部分，對現(xiàn)在國內(nèi)還有國外的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了總結(jié)分析，研發(fā)的這種助行機(jī)器人是專門用來幫助年紀(jì)大的，或者是走路有障礙的人，幫著這些人站起來，坐下去，進(jìn)行的事情有： 1、按照設(shè)計的需要，對這個機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，將它的設(shè)計時候總方案提出來，設(shè)計要從想要實現(xiàn)的功能這里，將它的功能都定下來。 2、對助行機(jī)器人的總方案來說，定下來它的基本數(shù)據(jù)，動力來源等，這樣最后將最合理的方案給出來。 3、著重對助行機(jī)器人進(jìn)行設(shè)計時候的要求，還有這個機(jī)器人用哪一種動力，最開始設(shè)計底盤，接著就是對重要零部件進(jìn)行設(shè)計，之后將有關(guān)數(shù)據(jù)算出來，用最合理的這個零件，設(shè)計升降部分，設(shè)計主要零部件，把它們的數(shù)據(jù)都算出來。 4、用畫圖軟件把圖紙畫出來，將裝配圖，主要的零件圖都畫出來，將論文的文字部分寫出來，這樣一來畢業(yè)論文就算是全部完成了。 致謝 寫畢業(yè)論文的時候，不管什么時候有困難額，去找指導(dǎo)我論文的老師，老師都會給我?guī)椭?，就算是老師很忙很忙，他都會放下所有的事情，來幫著我將問題解決掉。最開始將論文的題目定下來，之后翻查跟論文有關(guān)聯(lián)的材料，進(jìn)行最開始的設(shè)計，設(shè)計圖，并且進(jìn)行修改，之后將文字部分寫出來，對格式也要進(jìn)行修改等，這些每一個過程，老師都指導(dǎo)了我不少，在寫論文的時候，老師給我的幫助不光光是專業(yè)上的，另外對于我思想上出現(xiàn)畏難情緒的時候，老師看到了，也會及時的鼓勵我，叫我不要害怕，事情總是要慢慢做，難題總是要慢慢解決的，所以在這里深深的對老師表示感謝。 對于我的家里人，我也要表示感謝，因為有你們的支持，我才能堅持下去。 謝謝所有教過我的老師們，我能積累這么多知識，都是從你們那邊學(xué)來的，謝謝老師們。 對于我的同學(xué)們，謝謝你們給了我美好的大學(xué)時光，遇到難題了，同學(xué)們也是給了我鼓勵的，感謝你們。 最后對于學(xué)校我也要表示感謝，給我專門學(xué)習(xí)的機(jī)會，對于我的人生，將來工作的本領(lǐng)就是從這里開始學(xué)習(xí)的。 參考文獻(xiàn) [1] 理論力學(xué)（I）第七版[M]，哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研編，高等教育出版社2008 [2] 濮良貴.機(jī)械設(shè)計[M].北京:高等教育出版社, 2014. [3] 邢邦圣.機(jī)械制圖與計算機(jī)繪圖[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2011. [4] 陳秀寧.機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計[M].浙江:浙江大學(xué)出版社, 2012. [5] 朱孝錄.機(jī)械傳動設(shè)計手冊[M].北京:電子工業(yè)出版社,2007. [6] 張桂香.機(jī)電類專業(yè)畢業(yè)設(shè)計指南[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.11. [7] 文斌.聯(lián)軸器設(shè)計選用手冊[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007. [8] 吳宗澤.等.機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊[M].北京:高等教育出版社,2012. [9] 費仁元,張慧慧.機(jī)器人機(jī)械設(shè)計和分析[M].北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社,1998. [10] 楊幫文.控制電機(jī)技術(shù)與選用手冊[M].北京:中國電力出版社,2010. [11] 機(jī)械設(shè)計手冊編委會．機(jī)械設(shè)計手冊（新版）[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004. [12] 謝濤，張永學(xué)，徐建峰等.仿人機(jī)器人的研究現(xiàn)狀及展望[J].機(jī)器人,2002. [13] 鄧旭,易建強(qiáng),趙東斌.一種全方位為移動機(jī)器人的運動學(xué)分析[J].機(jī)器人,2004. [14] 許松清,吳海彬,楊興裕.兩輪驅(qū)動移動機(jī)器人的運動學(xué)研究[J].電子機(jī)械工程,2005.6 [15] 蔡自興.機(jī)器人學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社,2003. [16] 朱世強(qiáng)，王宣銀.機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用[M].杭州：浙江大學(xué)出版社,2001. [17] 尹志強(qiáng).等.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007. [18] 朱喜林,張代治.機(jī)電一體化設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京:科學(xué)出版社,2004. [19] 徐灝.機(jī)械設(shè)計手冊第5卷[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992 [20] Choon-Young Lee.11-Kwon Jeong and et al.Development of Rehabilitation Robot Systems for Walking Aid,Proceedings of the 2004 IEEE International Conference on Robotics&Automation.New Orleans.LA.April.2004. [21] Lotta S.FiocchiA,Giovannini R.et al.Restoration of gait with thoracic Parapleia:a multicentric inyestigation of paraplegia[J].Neurosurgery .1995.33:739-740