上肢康復機器人的結(jié)構(gòu)畢業(yè)設計【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 摘 要 康復機器人是康復設備的一種類型，康復機器人技術(shù)早已廣受世界各國科研工作者和醫(yī)療機構(gòu)的普遍重視，其中以歐美和日本的成果最為顯著。在我國康復醫(yī)學工程雖然得到了普遍的重視，但是康復機器人研究仍處于起步階段，一些簡單康復器械遠遠不能滿足市場對智能化、人機工程化康復機器人的需求，有待進一步的研究和發(fā)展。 本文從使用的角度對人體上肢的運動原理進行了分析，設計出了一種坐式上肢康復訓練機器人，用于心腦血管疾病致癱或者意外事故所造成上肢損傷的患者作上肢及其相關(guān)關(guān)節(jié)的康復訓練。本設計的康復機器人機身是由放置于平臺 上的機座，兩根可伸縮的立柱和上橫梁及其手柄組成，并在其各個組成部分上分別裝上上肢屈伸機構(gòu)、前后擺機構(gòu)、分合機構(gòu)和手腕旋轉(zhuǎn)機構(gòu)；各運動機構(gòu)由單獨的電機和減速器驅(qū)動，而傳動機構(gòu)的主件分別是傳動軸、絲杠螺母副、同步齒形帶傳動副。 康復機器人的立柱主要采用薄壁套筒，這樣既減輕了重量，也使得絲杠螺母副能構(gòu)得到套筒的固定和定位。整個設計主要要注意的主要問題是減重和減噪，避免整體結(jié)構(gòu)過于龐大笨重。 關(guān)鍵詞 ： 康復；上肢；結(jié)構(gòu)設計；減重；噪音 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 1 is a of by of in in in is of to be on of is is by or of is on of on on is by so as to be of to is is 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 2 目 錄 摘 要 . I . 1 目 錄 . 2 第 1 章 緒論 . 3 述 . 3 復機器人的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 . 4 肢康復機器人系統(tǒng)的發(fā)展前景 . 7 課題主要研究內(nèi)容 . 8 第 2 章 總體結(jié)構(gòu)方案設計 . 9 體方案設計 . 9 復機器人框架造型的設計 . 12 章小結(jié) . 13 第 3 章 伺服元件選擇 . 14 機選擇 . 14 降機構(gòu)電機選擇 . 14 后擺機構(gòu)電機選擇 . 15 合機構(gòu)電機選擇 . 16 腕轉(zhuǎn)動機構(gòu)電機的選擇 . 17 軸器選擇 . 17 輪蝸桿減速器的選擇 . 18 章小結(jié) . 18 第 4 章 機械機構(gòu)設計與計算 . 19 杠設計 . 19 齒輪設計 . 20 步齒形帶設計 . 22 設計與校核 . 24 承校核 . 27 選擇及校核計算 . 28 章小結(jié) . 29 結(jié) 論 . 30 參考文獻 . 31 致 謝 . 33 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 3 第 1 章 緒論 述 據(jù)報道，我國 60 歲以上的老年人已有 ，占全國人口的 11，到 2050 年將達到 。在老齡人群眾中有大量的腦血管疾病或神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者，這類患者多數(shù)伴有偏癱癥狀 1。近年由于患心腦血管疾病使中老年患者出現(xiàn)偏癱的人數(shù)不斷增多，而且在年齡上呈現(xiàn)年輕化趨勢。 與此 同時，由于交通運輸工具的迅速增長，因交通事故而造成神經(jīng)心痛損傷或者肢體損傷的人數(shù)也越來越多。在 我 國數(shù)以百萬計的有神經(jīng)科疾病病史和受到過意外傷害的患者需要進行康復治療，僅以中風為例，每年 大約有600， 000 中風幸存者，其中的二百萬病人在中風后存在長期的運動障礙。隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，這個特殊群體已得到了更多人的關(guān)注，為了提高他們的生活質(zhì)量，治療、康復和服務于他們的產(chǎn)品的技術(shù)和質(zhì)量也在相應地提高。隨著機器人技術(shù)和康復醫(yī)學的發(fā)展，在歐洲、美國和日本等國家，醫(yī)療康復機器人的市場占有率呈逐年上升的趨勢，僅預測日本未來機器人市場， 2005 年醫(yī)療、護理、康復機器人的市場份額約為 250，000 美元，而到 2010 年將上升到 1， 050， 000 美元，其增長率在機器人的所有應用領(lǐng)域中占據(jù)首位。因此，服務于四肢的康 復設備的研究和應用有著廣闊的發(fā)展前景 2。 康復機器人是康復設備的一種類型?？祻蜋C器人技術(shù)早已廣受世界各國科研工作者和醫(yī)療機構(gòu)的普遍重視，其中以歐美和日本的成果最為顯著。在我國康復醫(yī)學工程雖然得到了普遍的重視，而康復機器人研究仍處于起步階段，一些簡單康復器械遠遠不能滿足市場對智能化、人機工程化的康復機器人的需求，有待進一步的研究和發(fā)展。由于康復訓練機器人要與人體直接相連，來帶動肢體進行康復訓練，所以對驅(qū)動器的安全性、柔性的要求較高?？祻椭w運動功能用機械肢體組合系列機器人 ,是多種同類機器人屬于機器人領(lǐng) 域 ,解決了本人發(fā)明的實用新型專利半身不遂患者康復學步機 ,只能帶動人的大小臂大小腿康復運動功能 ,而不能帶動手腳各關(guān)節(jié)運動的重大不足 ,主要技術(shù)特征是將半身不遂患者康復學步機略加改進后 ,在學步機的小臂絞鏈桿上安裝了可以帶動人手腕關(guān)節(jié)手指各個關(guān)節(jié)都能運動的機械手托板 ,在小腿鉸鏈桿上安裝了可以帶動人腳踝腳指各個關(guān)節(jié)都能運動的機械腳托板后實現(xiàn)的 ,用途是康復肢體運動功能 ,帶動患肢的各個關(guān)節(jié)、每塊骨骼、每塊肌肉、每個筋鍵、每條神經(jīng)都在作患者萬分渴望而大腦又支配不了的動作 ,通過較長時間的被動運動鍛煉 ,最終使殘疾人患肢的主動運 動功能得到康復。 本課題的研究目的 是設計一種坐式上肢康復訓練機，用于心腦血管疾病致癱或意外事故所造成的上肢體損傷的患者左上肢及相關(guān)關(guān)節(jié)康復訓練。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 4 復機器人的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 康復機器人是一種自動化醫(yī)療康復設備，它以醫(yī)學理論為依據(jù)，幫助患者進行科學而有效的康復訓練，使患者的運動機能得到更快更好的恢復。目前，康復機器人已經(jīng)廣泛地應用到康復護理、假肢和康復治療等方面，這不僅促進了康復醫(yī)學的發(fā)展，也帶動了相關(guān)領(lǐng)域的新技術(shù)和新理論的發(fā)展。 康復機器人有兩種：輔助型康復機器人和康復訓練機器人 3。輔助型康復機 器人主要是幫助肢體運動有困難的患者完成各種動作，該類產(chǎn)品有機器人輪椅、機器人護士、機器人假肢、機械外骨骼等?？祻陀柧殭C器人的主要功能是幫助患者完成各種運動功能的恢復訓練，該類產(chǎn)品有行走訓練、手臂運動訓練、脊椎運動訓練等。 康復機器人是康復醫(yī)學和機器人技術(shù)的完美結(jié)合，康復機器人技術(shù)在歐美等國家得到了科研工作者和醫(yī)療機構(gòu)的普遍重視，許多研究機構(gòu)都開展了有關(guān)的研究工作，近年來取得了一些有價值的成果。對于中風、偏癱、 上 肢運動機能損傷等患者來說，上 肢康復訓練機器人有著很好的治療效果。國內(nèi)外許多研究機構(gòu)都在這方面取得了 不錯的研究結(jié)果。 目前，康復機器人的研究主要集中在康復機械手和康復治療機器人等幾個方面16。 1、康復機械手的研究現(xiàn)狀 設計康復機器人最初的一個目的就是在殘疾人和環(huán)境之間放置一個機械臂， 通過這個機械臂來部分或全部的實現(xiàn)操作功能，按機械臂的安裝位置劃分，康復機械手可分為 3 類： （ 1）基于桌面的機械手 4。種機械手安裝在一個徹底結(jié)構(gòu)化的控制平臺上，在固定的空間內(nèi)操作，具有足夠自由度的串聯(lián)機器人再配上適合殘疾人使用的人機界面是這種機器人典型的設計模式。目前此類機器人已經(jīng)達到了實用化，如法國 司開發(fā)的 統(tǒng)、美國的 發(fā)的 統(tǒng)，以及英國的 統(tǒng)等。此種類型的機械手是早期的工業(yè)機器人在康復系統(tǒng)領(lǐng)域內(nèi)的一次成功應用。 1987 年，英國人 制了 復機器人，使一個患有腦癱的 11 歲男孩第一次能夠進行獨立就餐。隨后他對樣機進行了改造，也使得 為歷史上最成功的康復機器人。圖 復機器人原型，圖 康復機器人正在對患者進行康復訓 練。 （ 2）基于輪椅的機械手。這種機器人是安裝在輪椅上的，是因為輪椅的移動擴大了機械手的工作范圍，同時由于安裝基座的改變致使機械手的剛性下降和抓取精度的降低，這種機械手也只是用于用于輪椅的患者，這是一點不足。這種機械手已經(jīng)成為買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 5 面向應用的流行設計， 系統(tǒng)，就是一種基于輪椅的機械手系統(tǒng)，在電動輪椅上安裝了一個六自由度的機械手，能夠幫助行動不便的老人和殘疾人獨立的行動。隨著只能輪椅的研究發(fā)展，這種機械手也將會有很廣泛的發(fā)展和應用。 圖 圖 作中的 3）基于移動機器人的機械手。這類機械手是目前最先進的康復機械手，這種機械手安裝在移動的機器人或者半自主的小車上從而適用于更多的患者使用，同時擴大了機械手的活動空間并提高了抓取的精度。 S. 人在 本實驗室研制了一種移動式康復機器人 ，作為“倒盲狗”以幫助盲人完成操作和搬運物體的任務。法國 學研制了一種移動式康復機器人 ，使用者可以從工作站實施遠程控制，使移動機器人實現(xiàn)定位和抓取工 作。這種機械手系統(tǒng)都是需要由視覺、靈巧操作、運動、傳感、導航及系統(tǒng)控制等電子系統(tǒng)組成，要求比較高，價格也是相對的比較昂貴。 2、康復治療機器人研究現(xiàn)狀 康復治療機器人是康復醫(yī)學和機器人技術(shù)的完美結(jié)合，不再把機器人當作輔助患者的工具，而是把機器人和計算機當作提高臨床康復效率的新型治療工具?？祻椭委煓C器人在醫(yī)療實踐上主要是用于恢復患者肢體運動系統(tǒng)的功能。按運動系統(tǒng)的問題可以劃分為 2 類：一類是生物力學或生物物理化學類型的應用，另一類是運動學習 8。當人的肢體受外傷燒傷或做手術(shù)后，由于受傷組織的皮膚、韌帶和肌肉失 去彈性而導致肢體運動的速度和范圍受到限制 9。生物力學或生物物理化學類型的應用就是使用機器人系統(tǒng)來打破受傷肢體的運動范圍。運動技能的學習或再學習，這是一個囊括了競爭運動控制理論、訓練技術(shù)和人機接口問題等諸多方面的復雜問題。 （ 1） 10。 時利用康復醫(yī)學中連續(xù)被動運動（ 文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 6 基本原理對受傷肢體進行康復治療的機械裝置，是目前前為止唯一的一個機器人生物力學或生物物理化學類型的應用的例證。早在 20 世紀 60 年代初期就有醫(yī)學團體運用 進行 術(shù)后康復治療的醫(yī)學實踐，此后也有用于膝、肩、肘關(guān)節(jié)等康復的 出現(xiàn)。單手刀技術(shù)水平限制，長期停留在“打關(guān)節(jié)”康復范圍。目前 ,市場上已經(jīng)有了用于腕關(guān)節(jié)和手指關(guān)節(jié)這樣的“小關(guān)節(jié)”康復的 ,但他們還不能像“大關(guān)節(jié) ” 那樣實現(xiàn)精確的控制。 （ 2）神經(jīng)運動康復治療機器人 11。目前這一類機器人的研究比較活躍 ,用來康復治療與神經(jīng)運動有關(guān)的疾病 , 包括中風、帕金森氏病和大腦性麻痹 (。美國麻省理工學院研制了一種幫助中風患者康復治療的機器人 它有 2 個自由 度 ,可以實現(xiàn)病人的肩、肘和手在水平和豎直平面內(nèi)的運動。在治療過程中 ,把中風病人的手臂固定在一個特制的手臂支撐套中 ,手臂支撐套固定在機器人臂的末端。病人的手臂按計算機屏幕上規(guī)劃好的特定軌跡運動 ,屏幕上顯示出虛擬的機器人操作桿的運動軌跡 ,病人通過調(diào)整手臂的運動可以使兩條曲線盡量重合 ,從而達到康復治療的目的。如果病人的手臂不能主動運動 ,機器人臂可以像傳統(tǒng)康復醫(yī)療中臨床醫(yī)生的做法那樣帶動病人的手臂運動。圖 12在治療中風病人。 圖 風病人 在用 療 （ 3）基于虛擬環(huán)境的康復醫(yī)療訓練機器人系統(tǒng) 13。為了鼓勵患者進行康復訓練，提高康復訓練的效果，在訓練過程中吸引患者的興趣是一個主要方面。虛擬環(huán)境技術(shù)的發(fā)展使這種思想得以實現(xiàn)，研究者們采用基于虛擬環(huán)境的用戶界面，通過一些小游戲鼓勵患者進行主動訓練?；谔摂M環(huán)境的康復訓練通常與網(wǎng)絡相結(jié)合，因此，不僅具有遠程康復機器人系統(tǒng)的優(yōu)點，還提高了患者進行康復訓練的能動性。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 7 圖 程康復醫(yī)療訓練機器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 肢康復機器人系統(tǒng)的發(fā)展前景 目前的康復機器人都能夠在一 定程度上向患者提供簡單的訓練方案，研究結(jié)果表明機器人輔助治療確有一定療效。從現(xiàn)有文獻及臨床需要來看，今后上肢康復機器人系統(tǒng)的研究可能集中在以下幾個方面： 1. 康復醫(yī)療機器人系統(tǒng)設計：機械設計是康復訓練機器人系統(tǒng)的基礎(chǔ)，應盡量簡潔輕巧，具有一定的靈活性，提高訓練動作的種類，增大動作幅度，在三維空間內(nèi)對患肢各個關(guān)節(jié)進行訓練；同時發(fā)展 多路復用 的網(wǎng)絡康復醫(yī)療機器人系統(tǒng)，提高資源利用率。 2. 控制策略與運動模式的設計由于患者的病情千差萬別，因此，機器人要感知患肢狀態(tài) (力量和位置 )并采取相應的訓練模式和控制策 略，在控制系統(tǒng)適應性和穩(wěn)定性、傳感器技術(shù)應用、系統(tǒng)辨識和控制算法設計等方面需要作更深入的研究。 3. 力反饋：機器人應該能夠?qū)崟r檢測患者與機器人之間的相互作用力，在患者主動能力不足時提供更大的輔助，而在患者有能力完成動作時，適當減小輔助甚至施加阻力，以便充分發(fā)揮患者殘存的功能。 4. 安全機制：安全問題是康復機器人設計過程中的一個重要方面，康復訓練機器人必須根據(jù)臨床康復訓練的基本動作和安全性的要求，在設計中除了考慮機器人的功能實現(xiàn)外，還要防止患肢二次損傷，必須從機構(gòu)設計 (硬件 )和控制系統(tǒng) (軟件 )兩個方面保證 康復機器人系統(tǒng)的安全性。 5. 康復效果的評價機制：與肌電信號檢測相結(jié)合，探索訓練參數(shù)與康復效果之間的關(guān)系，提高訓練效果。大量實驗的基礎(chǔ)上，探索臨床康復的初步規(guī)律，并建立新的康復評估方法，從而對運動功能的康復機制重新評估和理解。 機器人具備許多人類所無法比擬的優(yōu)點，例如：長期、穩(wěn)定地重復訓練，精確、客觀地測定訓練與運動參數(shù)，提供實時反饋、遠程訓練等。但是，目前康復訓練機器人的研究仍然處于起步階段。從近年的發(fā)展看，美國的著名大學如 對這一領(lǐng)域的研買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 8 究都十分重視， 處于世界領(lǐng)先。國內(nèi)的研究基礎(chǔ)和對這一領(lǐng)域的了解和把握與上述領(lǐng)先單位的差距并不很大，但在經(jīng)費投入方面嚴重不足。由于我國的康復醫(yī)學事業(yè)仍然處于起步階段，但患者數(shù)量多、治療師資源缺乏，據(jù)此現(xiàn)狀，發(fā)展康復訓練醫(yī)療機器人系統(tǒng)更具實際意義。隨著康復醫(yī)療機器人的研究和使用，有望簡化醫(yī)師與患者 一對一 的繁重治療過程，推動殘疾人 人人享有康復服務 這一目標的實現(xiàn)，提高殘疾人的生活質(zhì)量。同時，通過臨床上使用積累的大量數(shù)據(jù)，將有助于認識訓練參數(shù)與康復效果之間的關(guān)系，從而能夠在機器人輔助腦神經(jīng)康復治療上取得更大的突破。因此，康復 醫(yī)療訓練機器人技術(shù)在現(xiàn)代康復醫(yī)學和神經(jīng)反饋訓練有廣泛的應用前景。 課題主要研究內(nèi)容 本實用“上肢康復機器人”的機身是由放置于地面上的基座、兩根可以伸縮的立柱和上橫梁組成，并在其各組成部分上分別裝配上肢前后擺動機構(gòu)上肢屈伸機構(gòu)和上肢分合機構(gòu)；各運動機構(gòu)由單獨的電機和減速器驅(qū)動，而傳動機構(gòu)的主件分別是傳動軸、絲杠螺母副、同步齒形帶。在單片機的控制下，實現(xiàn)患者的上肢前后擺、屈伸、分合運動以及手腕的轉(zhuǎn)動康復訓練；也可啟動部分電機，完成其中的部分康復訓練 14。具體內(nèi)容如下： 1、 首先對上肢康復訓練機器人進行 原理分析，然后選擇合理的設計方案，進行總體結(jié)構(gòu)設計； 2、 康復機器人上肢前后擺結(jié)構(gòu)設計及康復機器人屈伸機構(gòu)設計 3、 分合機構(gòu)設計及手腕轉(zhuǎn)動機構(gòu)設計 4、設計出系統(tǒng)的零部件，完成驅(qū)動原件和標準件的選擇和校核，主要包括絲杠、齒輪等機構(gòu)的設計計算。確定結(jié)構(gòu)尺寸，形狀，材料，動力等參數(shù)，對齒輪、主軸、軸承進行必要的校核、驗算； 5、手繪和計算機繪制相結(jié)合，繪制整體裝配圖及主要零部件的零件圖； 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 9 第 2 章 總體結(jié)構(gòu)方案設計 本設計的主要工作是設計一個用于上肢康復的機器人，能夠?qū)崿F(xiàn)對 上肢的上下、屈伸、分合以及手腕轉(zhuǎn)動的康復訓練 14。就本設計而言，設計的主體是兩根可升降的立柱，放于地面與立柱相連的機座、橫梁、與機座相連的立柱座、同步齒型帶及帶輪等等。本章將對“上肢康復機器人”的結(jié)構(gòu)設計及機械結(jié)構(gòu)作出詳細的分析和設計。 體方案設計 該康復機器人將采用電力驅(qū)動，用電機驅(qū)動來實現(xiàn)各個功能，對上肢進行康復訓練。總體方案為： 機身由平臺上面的機座、兩根可伸縮的立柱、橫梁以及手柄組成，并在其各組成部分上分別裝上上肢前后擺機構(gòu)、上肢屈伸機構(gòu)、上肢分合機構(gòu)和手腕轉(zhuǎn)動機構(gòu)；各運動機構(gòu)有單獨的 電機和減速器驅(qū)動；傳動機構(gòu)的主件分別是傳動軸、絲杠螺母副以及同步帶傳動副。在康復機器人結(jié)構(gòu)設計中，立柱主要由三部分組成，內(nèi)套筒、外套筒和絲杠螺母副，此外還有用于固定絲杠螺母副用的軸承套等附屬結(jié)構(gòu)。 立柱的外套筒通過螺栓與立柱軸承套和立柱座連接在一起，絲杠通過裝在軸承套中的兩個角接觸球軸承定位和固定。在立柱套筒的定位中，通過止口來實現(xiàn)精確定位。為了保證整個康復機器人的結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，各個零部件的垂直度，表面粗糙度都一定要達到設計的要求 15，這樣才能使真?zhèn)€結(jié)構(gòu)在運動的過程總不會出項卡死之類的現(xiàn)象，同時也減小了噪 聲。 此外，立柱的電機通過加腹板的電機支承架固定，支架通過螺釘固定在立柱座上 圖 后擺機構(gòu)運動簡圖 面，這樣，電機和立柱就連接在一起，在前后擺的過程當中，整個立柱就能隨著電機的轉(zhuǎn)動而一起運動。同時，支承架的垂直度也要達到精度要求，這樣才能使電機軸與傳動軸的同軸度達到所需的要求。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 10 1、前后擺機構(gòu)設（如圖 示：） 康復機器人前后擺機構(gòu)主要的功能是對患者的上肢進行前后擺康復訓練。在設計的中，前后擺要滿足一下兩個要求：一是擺動的角度要足夠大，能夠?qū)颊呱现募珀P(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)進行充分的康復訓練；二是整個 機構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性要好，在對患者進行康復訓練的過程中，能夠在任何位置實現(xiàn)安全的停止。 因此，上肢前后擺機構(gòu)裝在基座上，由直流電機、減速器、渦輪蝸桿、傳動軸、軸承座等組成。其中直流減速電機固定在底座平天上，通過聯(lián)軸器將其與渦輪蝸桿連接在一起，再通過聯(lián)軸器將渦輪蝸桿與傳動軸連接在一起；兩根可伸縮的立柱通過鍵與軸而將其固定于軸承座上。這樣通過單片機控制電機，電機的帶動傳動軸，就可實現(xiàn)對上肢前后擺的康復訓練。在實現(xiàn)前后擺動的過程當中，渦輪蝸桿能夠?qū)C構(gòu)實現(xiàn)自鎖，使整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性大大的增加。前后擺電機通過 滑塊型彈性聯(lián)軸器與蝸桿減速器相連，蝸桿減速器通過 柱銷彈性聯(lián)軸器與傳動軸相連。前后擺傳動軸通過鍵與立柱座連接，其中立柱座與機座之間用套筒隔開，留有 5間隙。整體結(jié)構(gòu)較大，但是重量不大，此外軸承處要注意潤滑。 2、屈伸機構(gòu)設計 圖 伸機構(gòu)運動簡圖 康復機器人的屈伸機構(gòu)是實現(xiàn)對患者上肢進行屈伸康復訓練，以達到對患者肩關(guān)節(jié)肘和肘關(guān)節(jié)的康復目的。設計時，要使患者的上肢能夠得到足夠充分的空間進行屈伸訓練，因此，上肢屈伸機構(gòu)借助左右對稱布置的兩根可伸縮的立柱來實現(xiàn)這個目的。 可伸縮立柱由立柱座（箱體） 、外套筒、內(nèi)套筒組成；而使之伸縮的機構(gòu)包括直流電機、錐齒輪副、絲杠螺母副。其中絲杠螺母副通過一對角接觸球軸承固定，軸承外圈通過擋圈與立柱座（箱體）和外套筒，借助法蘭盤，用螺栓連接；內(nèi)套筒插裝在買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 11 外套筒內(nèi)，通過螺母與絲杠連接在一起，組成絲杠螺母副。在絲杠的帶動下，在立柱套筒內(nèi)沿軸向滑動。穿過側(cè)壁的傳動軸帶動左右的齒輪副，帶動絲杠同步的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)內(nèi)套筒在立柱內(nèi)同步的向上下滑動，實現(xiàn)上肢的屈伸屈伸康復運動。同時，為了使立柱內(nèi)套筒能夠安全的停止在任何一位置，設計絲杠時需讓絲杠具有自鎖的功能，讓患者可以在任何一位置 進行其他的康復訓練。在前后擺的機構(gòu)中，主要有兩個零部件，一個是與立柱連接的立柱座，另一個就是康復機器人的機座。立柱座是將前后擺機構(gòu)和升降機構(gòu)連接在一起的關(guān)鍵部件，在里面安裝有錐齒輪運動副，其目的是改變傳動鏈的傳動方向，使立柱實現(xiàn)上升下降，實現(xiàn)患者的上肢屈伸康復訓練。與此同時， 箱體的下端，通過鍵將其與一根傳動軸相連，在前后擺減速電機的帶動下，通過能夠?qū)崿F(xiàn)自鎖的蝸桿減速器，使整個結(jié)構(gòu)能夠發(fā)生前后擺運動，用以實現(xiàn)患者上肢的前后擺康復訓練。 3、分合機構(gòu)設計 圖 合機構(gòu)運動簡圖 分合機構(gòu)是用來對患者進行上肢分合康復訓練而設計的。在設計的過程當中，應當注意減噪的設計，并且要留有足夠大的空對患者的上肢進行分合康復訓練。由于整個康復機器人的結(jié)構(gòu)尺寸比較大，所以分合機構(gòu)衡梁也需要注意盡量減小重量，所以，衡梁的材料采用硬質(zhì)鋁合金。 經(jīng)過充分的考慮，上肢分合運動的機構(gòu)借助安裝在橫梁上帶傳感器的直流減速電機、同步齒形帶傳動副、光感滑軌和把手來實現(xiàn)。其中橫梁分別與立柱內(nèi)套筒上端通過螺栓連接在一起，直流減速電機借助法蘭盤分別固定在橫梁的左右兩端。通過擋板和螺釘，將同步齒形帶帶輪 固定在電機軸上，另一端通過軸和軸承將帶輪固定在橫梁的中部。這樣就將左右?guī)鲃痈惫潭ㄔ诹藱M梁上。同時，一根光桿滑軌固定于橫梁的左右段機構(gòu)中。把手貫穿于光桿滑軌，并與同步帶連接在一起，啟動電機，就能夠?qū)崿F(xiàn)上肢的分合康復訓練。 在康復訓練中，兩根立柱在升降的過程中，難免會出現(xiàn)細微的傳動誤差，致使左右兩根立柱的升降不同步，從而對整個機構(gòu)造成破壞，因此，在橫梁的一端，通過圓柱銷的鉸連接，用以消除這種危害。在分合機構(gòu)的設計中，最主要的就是橫梁的設計以及橫梁支承座的設計，橫梁支承座有兩個作用，一個是支撐橫梁，另一 個是固定電買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 12 機。同時考慮到消除因絲杠傳動不精確帶來的誤差，兩端支承座的設計稍有不同，其中一端采用了鉸接連接。另外，由于分合機構(gòu)采用的是同步齒形帶傳動，因此需要考慮相應的帶的張緊措施。于是在橫梁的中部開槽，用螺釘對中部軸承套的定位來實現(xiàn)帶的張緊。 其中，橫梁支承座由兩部分焊接而成，上部分是一個 C 型槽，下部分是一個圓形的開孔法蘭盤，用螺栓將其與立柱內(nèi)套筒連接在一起，這樣，整個橫梁就與立柱連為一體了。 4、手腕轉(zhuǎn)動機構(gòu)設計 圖 腕康復結(jié)構(gòu)運動簡圖 手腕康復機構(gòu)中，主要應當考慮對患者上肢的固定，重點在把手的 設計。經(jīng)過查閱文獻充分思考之后，決定把手由手柄、把手支架、小臂護套組成，最后在把手上裝上直流減速電機，組成手腕的康復訓練機構(gòu)。直流減速電機通過螺釘將其固定于把手支架法蘭盤面上。小臂護套，通過吊環(huán)將其固定在把手支架上面。工作時，啟動電機，在單片機的控制下，帶動手柄繞電機軸旋轉(zhuǎn)，從而帶動手腕的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)手腕的康復訓練 16。 復機器人框架造型的設計 本次設計的坐式上肢康復機器人，主體結(jié)構(gòu)采用金屬材料，其承受外在的力量主要是患者的上肢，受力相對較小，所以，其各個零部件的大小尺寸應相對較小，用以減輕整體 的重量。在綜合考慮了康復機器人運動空間受力之后，立柱套筒的壁厚設計為 5 表 人體主要尺寸表 17，根據(jù)其對人群中 1860 歲成年男子和 1855 歲成年女子各個主要不為尺寸的統(tǒng)計，本次設計康復機器人的寬度大約 體主要尺寸表 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 13 男 （ 18） 女 （ 18） 身高（ 1583 1604 1678 1754 1775 1814 1449 1484 1503 1570 1640 1659 體重（ 44 48 50 59 70 75 39 42 44 52 63 66 上臂長（ 279 289 294 313 333 338 252 262 267 284 303 302 前臂長（ 206 216 220 237 253 258 185 193 198 213 229 234 百分位數(shù) 1 5 10 50 90 95 1 5 10 50 90 95 章 小 結(jié) 本章針對康復機器人的設計要求，對其總體結(jié)構(gòu) 進行了分析，構(gòu)建了機器人的運動形式及外形框架。包括驅(qū)動方式的選取、驅(qū)動系和傳動系的設計，康復機器人整體尺寸及外形的設計。本章基本確定了康復機器人的運動方案，在接下來的章節(jié)中，將對所需的電機、聯(lián)軸器以及蝸桿的選擇。 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 14 第 3 章 伺服元件選擇 本章的主要內(nèi)容是通過估算康復機器人的各個運動參數(shù)，計算出所需直流電機的功率和轉(zhuǎn)矩大小，并對其進行產(chǎn)品選擇，接著對聯(lián)軸器以及蝸輪蝸桿的選擇。 機選擇 降機構(gòu)電機選擇 在立柱升降對患者進行上 肢屈伸康復訓練的過程中，考慮到患者的承受能力，設定其移動速度為 m/s ， 立柱以上整體的質(zhì)量 m=50此，得到功率 1P 代入數(shù)據(jù)，得1P=50W 在立柱的傳動鏈中，選擇絲杠的效率1= 動軸承的效率2=齒輪的傳動效率為3=因此估算得到電機的功率 11 2 3 （ 代入數(shù)據(jù)得到 P=150W 當立柱升降時 ， 所受到的垂直方向的阻力 9 n 。折算到電動機軸上的負載轉(zhuǎn)矩慮傳動機構(gòu)的傳動損耗，則有 9 L n （ 式中 折算到電機軸上的負載轉(zhuǎn)矩， N m F 工作機構(gòu)直線運動時運動所受到的阻力， N v 工作機構(gòu)的線速度， m/s 電動機的轉(zhuǎn)速， r/c 總的傳動效率 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 15 代入數(shù)據(jù)得 5 0 0 0 . 19 . 5 5 0 . 9 10 . 3 5 1 5 0 0 N. m 綜合考慮之后，選擇的是淄博床架電機有限公司的產(chǎn)品，其各參數(shù)見表 表 機參數(shù) 型號 輸出轉(zhuǎn)矩 （ N 輸出轉(zhuǎn)速（ r/ 功率 （ W） 電壓 （ V） 110043 1500 150 12 圖 10機 后擺機構(gòu)電機選擇 本設計中，康復機器人的總體高度大約為 m，質(zhì)量 50m 動角速度w =s，轉(zhuǎn)動角度 =30。 對于旋轉(zhuǎn)運動，當系統(tǒng)勻速轉(zhuǎn)動時，機械的負載功率為 g g w/ (式中 負載轉(zhuǎn)矩， N. m 旋轉(zhuǎn)角速度， s 系統(tǒng)的傳動效率 當 =30時，50算到電機上的轉(zhuǎn)矩 LT= i ） 得到電機的輸出轉(zhuǎn)矩5率 P=40w，轉(zhuǎn)速 n=30 綜合考慮之后，選擇的是淄博床架電機有限公司的產(chǎn)品，其各參數(shù)見表 表 機參數(shù) 買文檔就送您 紙全套， Q 號交流 401339828 或 11970985 16 型號 輸出轉(zhuǎn)矩 （ N. 輸出轉(zhuǎn)速（ r/ 功率 （ W） 電壓 （ V） 1103590 40 100 24 圖 10速電機 合機構(gòu)電機選擇 在分合運動的過程中，設計速度 v=s,單只手臂的質(zhì)量 5m 把手與光桿滑軌的動摩擦因素 ，得到運動所受到的阻力 F （ 式中 f 摩擦系數(shù) N 正壓力， N 代入數(shù)據(jù)得 F=15N 因此，分和運動過程當中，所需要的功率 P （ 代入數(shù)據(jù)得到 P=合各方面的因素，所選擇的電機的功率為 P=5W 根據(jù)公式（ 可得到轉(zhuǎn)換在電機軸上的轉(zhuǎn)矩據(jù)以上所算出的數(shù)據(jù)，選擇的是寧波儀表電機廠的直流減速伺服電機電機，具體各參