【正文】 ，傳動(dòng)效率可高達(dá) ～；傳動(dòng)比大，從 1/7～7；是一種無滑動(dòng)的撓性傳動(dòng)，平均傳動(dòng)比不變；可實(shí)現(xiàn)軸間距大的傳動(dòng)；瞬時(shí)速比波動(dòng)；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(dòng)中。鋼絲繩傳動(dòng)可用于遠(yuǎn)距離動(dòng)力傳遞。其缺點(diǎn)是：無預(yù)緊時(shí)存在間隙；由于繩索的蠕變和老化會(huì)使傳動(dòng)不穩(wěn)定；傳動(dòng)效率低。氣壓傳動(dòng)比起其他傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)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(yùn)機(jī)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。考慮后輪是采用差速驅(qū)動(dòng)，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(dòng)輪所需功率42w。c) 所選電機(jī)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(jī)工作的最大轉(zhuǎn)速要求。；參考選擇手冊(cè)，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(dòng)的選擇利用電機(jī)自帶的制動(dòng)器即可。如圖34 所示。由于電機(jī)需要頻繁正反轉(zhuǎn)，電機(jī)在啟動(dòng)和停止或者變向時(shí)候的最大力矩大于工作力矩，將安全率預(yù)計(jì)為10， 10 = 。最大外徑為35mm，小于36mm 都滿足要求。，鏈輪鏈條傳動(dòng)比取為2。4) 確定實(shí)際中心距離a:?查詢MISUMI，選取鏈條型號(hào)：CHE4054（節(jié)數(shù)只能取偶數(shù)），與電機(jī)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(qiáng)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(jì)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(qiáng)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(dòng)模塊 非驅(qū)動(dòng)輪模塊非驅(qū)動(dòng)輪模塊主要就是萬向輪和其安裝裝置組成，該模塊設(shè)計(jì)的主要考慮其在助行機(jī)器人上的固定方式，同時(shí)考慮安裝螺母的易拆卸性，保證拆卸空間，同時(shí)保證非驅(qū)動(dòng)輪安裝板設(shè)計(jì)強(qiáng)度足夠，并且方便整體裝配性能。升降機(jī)構(gòu)主要受彎矩和壓力，助行機(jī)器人本身的重量和使用者的重量的沖擊也會(huì)對(duì)升降機(jī)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(qiáng)度和剛度。采用MISUMI 公司的型號(hào)為： BSSZ2005500SWC13 的滾珠絲杠機(jī)構(gòu)， 靜載荷為1470N，顯然滿足承載要求。代入各項(xiàng)數(shù)據(jù):其工作時(shí)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(dòng)有側(cè)隙，造成反向運(yùn)動(dòng)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(dòng)，在這里選擇蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)來聯(lián)接電機(jī)和絲杠機(jī)構(gòu)，這里選用聯(lián)軸器聯(lián)接絲杠機(jī)構(gòu)和蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)。參照選擇手冊(cè)， 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(tái)，繼續(xù)對(duì)樣機(jī)電機(jī)和樣機(jī)運(yùn)動(dòng)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(jī)器人的研究歷史現(xiàn)狀及展望[J].機(jī)器人，2002, , ．[2] 張葉蓁, 徐 華．淺談老年人助行器設(shè)計(jì)．《藝術(shù)與設(shè)計(jì)(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. Proceedings of the 2000 IEEE International Conference on Robotics B Automaton San Frandsco, CA April 2000.[5] Steven Dubowsky, Frank Genot and et al, PAMMa robotic aid to the elderly for mobility assistance and monitoring: a “helpinghand” for the elderly, Proc. of the 2000 IEEE International Conference on Roboticsamp。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的這段時(shí)間里，邊老師不但在論文的選題、研究、撰寫等方面給予了悉心的指導(dǎo)，而且在學(xué)習(xí)、生活和即將就業(yè)上給了我無微不至的關(guān)懷。最后，再次向所有支持、幫助過我的老師、同學(xué)和朋友們表示衷心的感謝。此外，還要感激我的同期在校同學(xué)給予的支持和幫助，他們是郝鳳乾、李建、吳海燕等同學(xué)，大家相互鼓勵(lì)，共同學(xué)習(xí)和進(jìn)步。Automation, Taipei, Taiwan, September 1419, 2003.[14] Kentaro KAYAMA, Ikuko Eguchi YAIRI, and Seiji IGI, SemiAutonomous Outdoor Mobility Support System for Elderly and Disabled People, Proceedings of the 2003 IEEE/RSJ Intl. 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(dòng)化，已錄用．[16] 費(fèi)仁元，張慧慧．機(jī)器人機(jī)械設(shè)計(jì)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(dòng)機(jī)器人能源自治研究與進(jìn)展，河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，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(jì)(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?？紤]到助行機(jī)器人使用的舒適性、安全性和穩(wěn)定性，機(jī)械機(jī)構(gòu)需要進(jìn)一步優(yōu)化。設(shè)計(jì)的正確性，完成了機(jī)器人承載能力實(shí)驗(yàn)。b) 聯(lián)軸器選用型號(hào)：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(jī)及減速器等的選擇電機(jī)是通過連軸器連接并驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，從而由螺母帶動(dòng)扶架上下移動(dòng)的。載荷校驗(yàn)計(jì)算絲杠細(xì)長比:為工作長度， l=359， 為小徑為17mm。圖36 升降機(jī)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(dòng)效率高（92%~98%）、傳動(dòng)精度高[20]，所以本升降平臺(tái)采用滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)升降運(yùn)動(dòng)。 確定設(shè)計(jì)方案按照上面分析的設(shè)計(jì)要求，機(jī)器人升降機(jī)構(gòu)應(yīng)該考慮有一個(gè)適當(dāng)?shù)纳仙拖陆蹈叨取８鶕?jù)傘齒輪的載荷（扭矩 M ）選用傳動(dòng)比 i = 1 模數(shù) m = 2 的一對(duì)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(dòng)輪內(nèi)部軸承受的徑向力。大鏈輪：型號(hào)：SP40B20N40，數(shù)量為2，重量為760g。2) 計(jì)算鏈節(jié)數(shù)初步取，取偶數(shù)值，節(jié)。同時(shí)鏈傳動(dòng)能在高溫及速度較低的情況下工作。電機(jī)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(hào)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(jī)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(jī)器人輪驅(qū)動(dòng)工作要求，考慮一定余量， 電機(jī)。 直流伺服電機(jī)選擇原則：a) 連續(xù)運(yùn)行的特征是通過工作點(diǎn)(MB, nB)，則在考慮電機(jī)型號(hào)選擇中，電機(jī)的連續(xù)轉(zhuǎn)矩作為主要部分必須要認(rèn)真對(duì)待，即：McontMB。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元的選擇 電機(jī)功率的計(jì)算：功率計(jì)算：由于=M 為電機(jī)對(duì)輪子產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力矩，為傳動(dòng)總效率，為輪子轉(zhuǎn)速。型號(hào)：WL1131A160 40。 底盤模塊的相關(guān)計(jì)算與電機(jī)選擇 驅(qū)動(dòng)輪的選擇 考慮對(duì)地面的抓地力，驅(qū)動(dòng)輪選用沖氣輪，直徑為8 inch，采用差速驅(qū)動(dòng)的方式運(yùn)動(dòng)。流體傳動(dòng)分為液壓傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng)。這種機(jī)構(gòu)主要用于小載荷的傳遞，比如手指的驅(qū)動(dòng)。五、其他傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在機(jī)器人傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，常用的還有鋼帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、鋼絲繩傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，凸輪傳動(dòng)及流體傳動(dòng)等[17]。鏈傳動(dòng)的種類較多，在機(jī)器人中主要使用精密套筒滾子鏈傳動(dòng)。其缺點(diǎn)是：不自鎖，必須增設(shè)制動(dòng)或自鎖裝置；結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本高。二、絲杠螺母傳動(dòng)絲杠螺母傳動(dòng)有靜壓式、滑動(dòng)式和滾珠式等。5．蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)蝸桿傳動(dòng)用于傳遞空間交錯(cuò)的兩軸間的運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩，常見的是軸交角 90176。4．行星傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由于電動(dòng)機(jī)是高轉(zhuǎn)速、小力矩的驅(qū)動(dòng)器，而機(jī)器人通常卻要求低轉(zhuǎn)速、大力矩，因此，常用行星齒輪機(jī)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(dòng)機(jī)構(gòu)諧波傳動(dòng)是利用一個(gè)構(gòu)件的可控制的彈性變形來實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的傳遞。2．直齒圓柱齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)直齒輪傳動(dòng)是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中最長見的形式，在機(jī)器人中也得到了廣泛的應(yīng)用。下面介紹幾種機(jī)器人常用的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。HD 電動(dòng)機(jī)(High Density Motor)是一種小型大轉(zhuǎn)矩(大推力)的電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)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(jī)器人產(chǎn)品中。低速電機(jī)主要用于系統(tǒng)精度要求高的機(jī)器人。直流伺服電機(jī)的工作原理和基本結(jié)構(gòu)均與一般動(dòng)力用直流電機(jī)相同。步進(jìn)電機(jī)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(dòng)、反轉(zhuǎn)和制動(dòng)，有較強(qiáng)的阻礙偏離穩(wěn)定的能力。1．機(jī)械時(shí)間常數(shù)要小，起動(dòng)力矩大，慣量小（也即轉(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(dòng)小，低速運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，以滿足各種運(yùn)動(dòng)速度和定位精度的要求。助行機(jī)器人系統(tǒng)由機(jī)器人機(jī)械本體、驅(qū)動(dòng)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(jī)控制輪子轉(zhuǎn)動(dòng)，兩后輪為驅(qū)動(dòng)輪。在之前的方案設(shè)計(jì)中，已經(jīng)初步確定助行機(jī)器人底盤采用四輪驅(qū)動(dòng)的想法，不同的助行機(jī)器人的底盤輪子布置和驅(qū)動(dòng)輪個(gè)數(shù)都是不同的。根據(jù)以上的設(shè)計(jì)原則和要求，本文的助行機(jī)器人設(shè)計(jì)的整體指導(dǎo)思想是：在一定的安全系數(shù)且能實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能的前提下，首先從提高助行機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)性能的角度出發(fā)來確定機(jī)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(jì)上盡可能減輕整個(gè)機(jī)器人的重量；最后從助行機(jī)器人樣機(jī)的應(yīng)用環(huán)境來確定各運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)處的驅(qū)動(dòng)元件和傳動(dòng)元件的選擇和空間位置。2．輪子驅(qū)動(dòng)扭矩的瞬間過程在時(shí)域中的變化是非常復(fù)雜的，并且和執(zhí)行件反饋信號(hào)有關(guān)。但是對(duì)于助行機(jī)器人來說，“增加質(zhì)量”的方法雖然可提高機(jī)件的局部剛度，但整體的性能可能會(huì)因?yàn)閼T量的隨之增加而惡化，各部分電機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率也會(huì)隨之提高，不僅會(huì)導(dǎo)致電機(jī)過大，而且機(jī)器人重量上