助行機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)含proe三維及10張CAD圖帶開題

助行機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)含proe三維及10張CAD圖帶開題,機(jī)器人,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),proe,三維,10,cad,開題 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（文獻(xiàn)綜述） 題 目 姓 名 專 業(yè) 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 XXX 二○XX年三月 助行機(jī)器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)文獻(xiàn) 摘要：本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容為助行機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過對(duì)本課題研究背景的分析，明確助行機(jī)器人的設(shè)計(jì)目的以及價(jià)值。通過查閱文獻(xiàn)，了解國(guó)內(nèi)外助行機(jī)器人的種類、工作原理及特點(diǎn)，為本次設(shè)計(jì)提供結(jié)構(gòu)方案和思路。通過對(duì)設(shè)計(jì)思路及技術(shù)路線的確定，設(shè)計(jì)助行機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)方案。根據(jù)設(shè)計(jì)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(jì)；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(dú)立行走能力的人群，他的目的是幫助并控制患者完成移動(dòng)的能力。設(shè)計(jì)的助行機(jī)器人不僅要滿足功能要求的實(shí)現(xiàn)，幫助用戶能夠起座和行走；同時(shí)要進(jìn)行安全性設(shè)計(jì)計(jì)算，在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)上對(duì)用戶有保護(hù)應(yīng)對(duì)措施。當(dāng)助行機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)超出安全范圍時(shí)，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(xiǎn)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(shí)用性還遠(yuǎn)未成熟，在行走技術(shù)領(lǐng)域，需要解決移動(dòng)靈活性、高效、多種路面實(shí)用性等技術(shù)難題。 2 研究背景 按照聯(lián)合國(guó)教科文組織對(duì)老齡化社會(huì)的劃分標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)前中國(guó)已進(jìn)入快速老齡華階段。在這階段中，中國(guó)平均每一年將新增596萬老年人口，年增長(zhǎng)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?yàn)樯眢w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(jiǎn)單，智能化低，安全性和舒適性都不高，無法滿足老年人獨(dú)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(jì)出一個(gè)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(guó)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(duì)其安全性、實(shí)用性、舒適性及方便性有嚴(yán)格的要求，設(shè)計(jì)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(jì)資料及參考文獻(xiàn)的查閱，了解和掌握國(guó)內(nèi)外助行機(jī)器人的研究現(xiàn)狀，具體分析如下： 3.1、國(guó)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(shí)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(dòng)、輪驅(qū)動(dòng)和腿部行走機(jī)構(gòu)共同作用的綜合訓(xùn)練平臺(tái)，同時(shí)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(shí)大腿末端軌跡，最終通過單片機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)腿部的行走機(jī)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)輪的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)控制，總體能實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外移動(dòng)、走步訓(xùn)練等。 （2）上海交通大學(xué)機(jī)器人研究所設(shè)計(jì)的Walkmate Walkmate是類似于手推車的后輪差速驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)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(cè)力傳感器來測(cè)量用戶的操作，利用激光距離傳感器進(jìn)行障礙物的檢測(cè)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(cè)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(guó)外助行機(jī)器人的研究現(xiàn)狀 （1）美國(guó)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(huì)遇到很多困難，為了提供智能幫助行走，感知和健康檢測(cè)系統(tǒng)，美國(guó)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(diǎn)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(cè)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(guó) WAR助行機(jī)器人 由韓國(guó)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(shí)膝關(guān)節(jié)的負(fù)荷，對(duì)一些體力不足的老年人特別適用。這個(gè)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(guó) 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(shí)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(cè)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(xiàng)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(gè)輪子，可只有兩個(gè)電機(jī)分別單獨(dú)驅(qū)動(dòng)前輪，并且電機(jī)只負(fù)責(zé)改變輪子轉(zhuǎn)向，其實(shí)并不提供任何動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(guó)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(jì)，能很好地解決了患者運(yùn)動(dòng)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(cè)上肌肉運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中的電極放置提供方便，機(jī)器人的設(shè)計(jì)從解刨學(xué)的角度出發(fā)，仿照人體的上肢運(yùn)動(dòng)，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(gè)Maxon電機(jī)來帶動(dòng)人體踝關(guān)節(jié)，膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)活動(dòng)，可以提供動(dòng)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(yùn)動(dòng)過程當(dāng)中關(guān)節(jié)的力矩變化。 此機(jī)器人使用氣動(dòng)執(zhí)行器來實(shí)現(xiàn)其升降機(jī)構(gòu)。采用四驅(qū)動(dòng)以提供充足的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)平臺(tái)，必要時(shí)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(gè)自由度，利用諧波直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，踝關(guān)節(jié)是被動(dòng)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(hào)進(jìn)行控制的。它擁有兩個(gè)控制系統(tǒng)，一個(gè)是以肌電信號(hào)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)，一個(gè)是以步行為基礎(chǔ)的系統(tǒng)。通過這兩個(gè)系統(tǒng)的分析，確定使用者的運(yùn)動(dòng)意圖。 3.3、助行機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì) 當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)助行機(jī)器人的研發(fā)近幾年已經(jīng)十分熱門，而且在國(guó)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(yàn)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(dòng)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(gè)性特征，自動(dòng)適應(yīng)用戶的活動(dòng)，來提高用戶的舒適度。助行機(jī)器人配有健康監(jiān)測(cè)與通訊系統(tǒng)，也是未來的發(fā)展趨勢(shì)。 4 設(shè)計(jì)思路及技術(shù)路線 本文初步設(shè)計(jì)了助行機(jī)器人，包括機(jī)械設(shè)計(jì)中的底盤機(jī)構(gòu)和升降機(jī)構(gòu)。在研究并總結(jié)國(guó)內(nèi)外助行機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(dòng)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(jì)方案。 3、重點(diǎn)分析助行機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，考慮機(jī)器人結(jié)構(gòu)中驅(qū)動(dòng)元件的選擇，從底盤設(shè)計(jì)開始，依次考慮助行機(jī)器人各個(gè)重要部分的元件，進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，選擇恰當(dāng)?shù)脑?。完成升降機(jī)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)，以及主要零部件的設(shè)計(jì)和計(jì)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(jì)說明書，對(duì)本次設(shè)計(jì)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(duì)助行機(jī)器人的研究背景，研究現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)思路以及技術(shù)路線的了解和掌握。結(jié)合設(shè)計(jì)任務(wù)書對(duì)本次設(shè)計(jì)的課題進(jìn)行如下總結(jié)： （1）查閱文獻(xiàn)，整理資料，了解國(guó)內(nèi)外助行機(jī)器人的研究現(xiàn)狀。設(shè)計(jì)助行機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)方案。 （2）根據(jù)設(shè)計(jì)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(dòng)方式。在設(shè)計(jì)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(dòng)元件的選擇等。 （3）介紹助行機(jī)器人的詳細(xì)的設(shè)計(jì)過程中，包括選型、計(jì)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. 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