【正文】 ，傳動效率可高達(dá) ～；傳動比大，從 1/7～7；是一種無滑動的撓性傳動，平均傳動比不變；可實現(xiàn)軸間距大的傳動；瞬時速比波動；磨損后鏈條易伸長，若無張緊裝置，不宜用于方向變換的傳動中。鋼絲繩傳動可用于遠(yuǎn)距離動力傳遞。其缺點是：無預(yù)緊時存在間隙；由于繩索的蠕變和老化會使傳動不穩(wěn)定；傳動效率低。氣壓傳動比起其他傳動運動精度較差，但由于容易達(dá)到高速，所以多數(shù)用在完成簡易作業(yè)的搬運機器人上?？紤]承載和需要轉(zhuǎn)向的功能，采用直徑為6 inch 的絲扣萬向輪。安裝高度：190mm?？紤]后輪是采用差速驅(qū)動，由技術(shù)指標(biāo)可知行走速度v=1m/s，又加上輪子半徑R ，所以輪子角速度10rad/s動輪所需功率42w。c) 所選電機的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩通常要大于所需的峰值轉(zhuǎn)矩，即：MHMmax。其額定轉(zhuǎn)速為6200rpm，滿足電機工作的最大轉(zhuǎn)速要求。；參考選擇手冊，所選減速器減速比略小，在這里選用i=16 的行星齒輪減速器，如果減速比過大，可能工作最大速度達(dá)不到。關(guān)于制動的選擇利用電機自帶的制動器即可。如圖34 所示。由于電機需要頻繁正反轉(zhuǎn)，電機在啟動和停止或者變向時候的最大力矩大于工作力矩，將安全率預(yù)計為10， 10 = 。最大外徑為35mm，小于36mm 都滿足要求。，鏈輪鏈條傳動比取為2。4) 確定實際中心距離a:?查詢MISUMI，選取鏈條型號：CHE4054（節(jié)數(shù)只能取偶數(shù)），與電機減速器軸連接。材料選用45 鋼，熱處理采用調(diào)質(zhì)處理，增大抗彎強度，抗彎許用拉應(yīng)力為275MPa。根據(jù)鋼度條件式：,經(jīng)過受力分析， 考慮安全系數(shù)和充氣輪軸承處為最小軸直徑，配合孔徑最小軸直徑為16彎曲剪切應(yīng)力校核計算如下： 圖32 固定心軸,r= 軸一端為法蘭盤，另一端為螺紋，螺紋端有螺母鎖死，強度足夠，螺紋端直徑取為M12，長15。材料為鑄造鋁合金ZL401。圖35 驅(qū)動模塊 非驅(qū)動輪模塊非驅(qū)動輪模塊主要就是萬向輪和其安裝裝置組成，該模塊設(shè)計的主要考慮其在助行機器人上的固定方式，同時考慮安裝螺母的易拆卸性，保證拆卸空間，同時保證非驅(qū)動輪安裝板設(shè)計強度足夠，并且方便整體裝配性能。升降機構(gòu)主要受彎矩和壓力，助行機器人本身的重量和使用者的重量的沖擊也會對升降機構(gòu)產(chǎn)生很大的傾覆力矩，所以升降結(jié)構(gòu)必須具有足夠的強度和剛度。采用MISUMI 公司的型號為： BSSZ2005500SWC13 的滾珠絲杠機構(gòu)， 靜載荷為1470N，顯然滿足承載要求。代入各項數(shù)據(jù):其工作時的應(yīng)力為:而,滿足條件,。參考輸出扭矩等數(shù)據(jù)。但是齒輪傳動有側(cè)隙，造成反向運動死區(qū)，必須設(shè)法消除，而且這里需要自鎖功能，所以這里不選用齒輪傳動，在這里選擇蝸輪蝸桿機構(gòu)來聯(lián)接電機和絲杠機構(gòu)，這里選用聯(lián)軸器聯(lián)接絲杠機構(gòu)和蝸輪蝸桿機構(gòu)。參照選擇手冊， 的聯(lián)軸器。重量僅為100g。本文尚需完善和應(yīng)進(jìn)一步開展的研究工作如下：1．進(jìn)一步完善調(diào)試平臺，繼續(xù)對樣機電機和樣機運動進(jìn)行分析，進(jìn)而改進(jìn)控制算法和進(jìn)一步發(fā)揮傳感器的作用。參考文獻(xiàn) 參考文獻(xiàn)[1] 謝濤，徐建峰，張永學(xué)等．仿人機器人的研究歷史現(xiàn)狀及展望[J].機器人，2002, , ．[2] 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 年06期．[3] [M]．北京：清華大學(xué)出版社．2003．[4] Shane MacNamara and Gerard Lacey, A Smart Walker for the Frail Visually Impaired. 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Conference on Intelligent Robots and Systems Las Vegas, Nevada, October 2003.[15] 曾翔，楊軍，王景川，袁亮，陳衛(wèi)東．“面向助老助殘的智能輪椅開發(fā)”．電氣自動化，已錄用．[16] 費仁元，張慧慧．機器人機械設(shè)計和分析[M]． 北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社，1998．[17] 戴士杰，栗少云，周國香，岳 宏．移動機器人能源自治研究與進(jìn)展，河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報，第36 卷第1 期2007 年2 月．[18] 林清安著. Pro/Engineer 野火 基礎(chǔ)零件設(shè)計(上、下) [M]. 北京：電子工業(yè)出版社，．[19] 黃海晶，王志彬，金鴻賓．助行器的演變和發(fā)展，中國矯形外科雜志，第14 卷第18 期，2006 年9 月。考慮到助行機器人使用的舒適性、安全性和穩(wěn)定性，機械機構(gòu)需要進(jìn)一步優(yōu)化。設(shè)計的正確性，完成了機器人承載能力實驗。b) 聯(lián)軸器選用型號：MISUMIMCO301412，最大允許轉(zhuǎn)速為6200rpm。所以容許扭矩一定要大于所需要傳遞扭矩。數(shù)量：1 ，重量：420g額定轉(zhuǎn)速為6000r/min。 電機及減速器等的選擇電機是通過連軸器連接并驅(qū)動滾珠絲杠，從而由螺母帶動扶架上下移動的。載荷校驗計算絲杠細(xì)長比:為工作長度， l=359， 為小徑為17mm。圖36 升降機構(gòu) 絲杠螺母選擇由于滾珠絲杠結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、無自鎖功能，但摩擦阻力小、傳動效率高（92%~98%）、傳動精度高[20]，所以本升降平臺采用滾珠絲杠螺母機構(gòu)來實現(xiàn)升降運動。 確定設(shè)計方案按照上面分析的設(shè)計要求，機器人升降機構(gòu)應(yīng)該考慮有一個適當(dāng)?shù)纳仙拖陆蹈叨?。根?jù)傘齒輪的載荷（扭矩 M ）選用傳動比 i = 1 模數(shù) m = 2 的一對KHK傘齒輪： SMS220L 與 SMS220L。l=580mm，b=80m， h=12mm。在這里估算彎曲正應(yīng)力：受力分析見圖如36 所示，F(xiàn)1 為所受彎曲力，F(xiàn)2， F3 分別為驅(qū)動輪內(nèi)部軸承受的徑向力。大鏈輪：型號：SP40B20N40，數(shù)量為2，重量為760g。2) 計算鏈節(jié)數(shù)初步取，取偶數(shù)值，節(jié)。同時鏈傳動能在高溫及速度較低的情況下工作。電機減速器軸為輸入軸為減速器軸，直徑為1 d =10mm ，輸出軸直徑2 d =15mm，選用聯(lián)軸器的型號為MCO341015，為MISUMI 公司生產(chǎn)的產(chǎn)品，重量為155g。減速器軸輸出轉(zhuǎn)速最高為191rpm，選用比電機規(guī)格（直徑36mm）小而且最高允許轉(zhuǎn)速足夠的聯(lián)軸器。額定電壓為5v，離合器總寬為43mm。 重量為：242g。 行星齒輪減速器選擇選用輪子直徑為d=200mm。滿足此機器人輪驅(qū)動工作要求，考慮一定余量， 電機。 直流伺服電機選擇原則：a) 連續(xù)運行的特征是通過工作點(MB, nB)，則在考慮電機型號選擇中，電機的連續(xù)轉(zhuǎn)矩作為主要部分必須要認(rèn)真對待，即：McontMB。 電機驅(qū)動單元的選擇 電機功率的計算：功率計算：由于=M 為電機對輪子產(chǎn)生的驅(qū)動力矩，為傳動總效率，為輪子轉(zhuǎn)速。型號：WL1131A160 40。 底盤模塊的相關(guān)計算與電機選擇 驅(qū)動輪的選擇 考慮對地面的抓地力，驅(qū)動輪選用沖氣輪，直徑為8 inch，采用差速驅(qū)動的方式運動。流體傳動分為液壓傳動和氣壓傳動。這種機構(gòu)主要用于小載荷的傳遞，比如手指的驅(qū)動。五、其他傳動機構(gòu)在機器人傳動機構(gòu)中，常用的還有鋼帶傳動機構(gòu)、鋼絲繩傳動機構(gòu)、連桿傳動機構(gòu)，凸輪傳動及流體傳動等[17]。鏈傳動的種類較多，在機器人中主要使用精密套筒滾子鏈傳動。其缺點是：不自鎖，必須增設(shè)制動或自鎖裝置；結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本高。二、絲杠螺母傳動絲杠螺母傳動有靜壓式、滑動式和滾珠式等。5．蝸桿傳動機構(gòu)蝸桿傳動用于傳遞空間交錯的兩軸間的運動和轉(zhuǎn)矩，常見的是軸交角 90176。4．行星傳動機構(gòu)由于電動機是高轉(zhuǎn)速、小力矩的驅(qū)動器，而機器人通常卻要求低轉(zhuǎn)速、大力矩，因此，常用行星齒輪機構(gòu)減速器來完成速度和力矩的變換與調(diào)節(jié)。3．諧波齒輪傳動機構(gòu)諧波傳動是利用一個構(gòu)件的可控制的彈性變形來實現(xiàn)機械運動的傳遞。2．直齒圓柱齒輪傳動機構(gòu)直齒輪傳動是傳動機構(gòu)中最長見的形式，在機器人中也得到了廣泛的應(yīng)用。下面介紹幾種機器人常用的傳動機構(gòu)。HD 電動機(High Density Motor)是一種小型大轉(zhuǎn)矩(大推力)的電動機，電動機可直接與負(fù)載連接，可應(yīng)用在系統(tǒng)定位精度要求高的機器人產(chǎn)品中。低速電機主要用于系統(tǒng)精度要求高的機器人。直流伺服電機的工作原理和基本結(jié)構(gòu)均與一般動力用直流電機相同。步進(jìn)電機可在很寬的范圍內(nèi)，通過改變脈沖的頻率來調(diào)速，能夠快速起動、反轉(zhuǎn)和制動，有較強的阻礙偏離穩(wěn)定的能力。1．機械時間常數(shù)要小，起動力矩大，慣量?。ㄒ布崔D(zhuǎn)矩慣量比要大），以滿足快速反應(yīng)的要求；2．調(diào)速范圍寬，力矩波動小，低速運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，以滿足各種運動速度和定位精度的要求。助行機器人系統(tǒng)由機器人機械本體、驅(qū)動系統(tǒng)、傳感器和控制系統(tǒng)等組成。不過此結(jié)構(gòu)前輪是采用舵機控制輪子轉(zhuǎn)動，兩后輪為驅(qū)動輪。在之前的方案設(shè)計中，已經(jīng)初步確定助行機器人底盤采用四輪驅(qū)動的想法，不同的助行機器人的底盤輪子布置和驅(qū)動輪個數(shù)都是不同的。根據(jù)以上的設(shè)計原則和要求，本文的助行機器人設(shè)計的整體指導(dǎo)思想是：在一定的安全系數(shù)且能實現(xiàn)預(yù)定功能的前提下，首先從提高助行機器人的運動性能的角度出發(fā)來確定機器人底盤的自由度配置；其次從各零部件的材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計上盡可能減輕整個機器人的重量；最后從助行機器人樣機的應(yīng)用環(huán)境來確定各運動環(huán)節(jié)處的驅(qū)動元件和傳動元件的選擇和空間位置。2．輪子驅(qū)動扭矩的瞬間過程在時域中的變化是非常復(fù)雜的，并且和執(zhí)行件反饋信號有關(guān)。但是對于助行機器人來說，“增加質(zhì)量”的方法雖然可提高機件的局部剛度，但整體的性能可能會因為慣量的隨之增加而惡化，各部分電機的驅(qū)動功率也會隨之提高，不僅會導(dǎo)致電機過大，而且機器人重量上