【正文】 定的算法將采集到的編碼器信號進(jìn)行累計(jì)獲得里程計(jì)信息，包括直線位移、角位移、線速度、角速度、線加速度等信息。服務(wù)器上運(yùn)行的Web 程序把機(jī)器人位置監(jiān)控信息和老人健康狀態(tài)信息顯示在網(wǎng)頁上，老人的親屬可以在任何時(shí)候登錄該網(wǎng)站進(jìn)行老人位置和健康查詢。2．環(huán)境適應(yīng)能力差，一般設(shè)計(jì)的助行機(jī)器人大部分只能在室內(nèi)環(huán)境下運(yùn)行，離用戶需要的復(fù)雜環(huán)境或者室內(nèi)/室外多種地面的適用性方面還有不少改進(jìn)空間。由于助行器對于輔助人行走的復(fù)雜性和精確性，需要助行機(jī)器人能完成很多復(fù)雜的空間動(dòng)作，如將助行機(jī)器人原地轉(zhuǎn)圈或者越過一般的房門等，要求助行機(jī)器人具有很好的轉(zhuǎn)向性。而要實(shí)現(xiàn)室外導(dǎo)航，除了上述的傳感裝置外，還采用了GPS 和傾斜儀來實(shí)現(xiàn)室外環(huán)境定位和適應(yīng)不平整的路面。智能助行機(jī)器人樣機(jī)是由機(jī)器人大腦和車體平臺(tái)兩大部分組成?？删幊逃|摸屏安裝在車體頂端正中位置，提供人機(jī)交互平臺(tái)，其通過網(wǎng)口與嵌入式工控機(jī)相連。. 本章小結(jié)本章從助行機(jī)器人的適用環(huán)境、使用人群、運(yùn)行速度和工作時(shí)間和角度出發(fā)，確定了助行機(jī)器人具有的基本功能；從助行機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)分析、驅(qū)動(dòng)方式、整體控制方案等方面分析了本智能助行機(jī)器人的方案；最后通過比較國內(nèi)外優(yōu)缺點(diǎn)，得出本智能助行機(jī)器人樣機(jī)的最終設(shè)計(jì)方案。如果在承受極限負(fù)載的條件下，最薄弱的環(huán)節(jié)不能滿足要求的強(qiáng)度和剛度，通常就要采用“增加質(zhì)量”的方法，比如加大傳動(dòng)軸的直徑，增加箱體或床身的壁厚來解決。升降機(jī)構(gòu)用來控制助行機(jī)器人輔助人站立坐下的動(dòng)作，采取一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)。另外，機(jī)器人是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到結(jié)構(gòu)的緊湊性、運(yùn)動(dòng)靈巧性，以及驅(qū)動(dòng)、控制等方面的問題。從各運(yùn)動(dòng)部件設(shè)計(jì)的先后順序考慮，為了便于各個(gè)部分元件的設(shè)計(jì)和選擇，整個(gè)助行機(jī)器人樣機(jī)的設(shè)計(jì)先從助行機(jī)器人樣機(jī)的核心部件之一底盤的設(shè)計(jì)開始。它的升降機(jī)構(gòu)是傾斜上升，可以減少用戶在站立時(shí)膝蓋負(fù)載，輔助行走功能強(qiáng)大，結(jié)構(gòu)也比較緊湊。. 驅(qū)動(dòng)元件和傳動(dòng)元件的選擇 驅(qū)動(dòng)元件的選擇在總體方案設(shè)計(jì)中已經(jīng)確定了所設(shè)計(jì)的助行機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用電動(dòng)方式。根據(jù)助行機(jī)器人的作業(yè)環(huán)境復(fù)雜、需要進(jìn)行比較精確的控制等特點(diǎn)，在選擇驅(qū)動(dòng)電機(jī)時(shí)要注意滿足以下幾個(gè)基本要求。步進(jìn)電機(jī)可直接將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)角，每輸入一個(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī)就回轉(zhuǎn)一定的角度，其角度大小與脈沖數(shù)成正比，旋轉(zhuǎn)方向取決于輸入脈沖的順序。常用它直接帶動(dòng)滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)手臂關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。交流伺服電機(jī)在機(jī)器人中的應(yīng)用情況與直流伺服電機(jī)相同，但交流伺服電機(jī)與直流伺服電機(jī)相比,，功率大、過載能力強(qiáng)、無電刷、環(huán)境適應(yīng)性好，因而交流伺服電機(jī)是今后機(jī)器人用電機(jī)的發(fā)展方向。環(huán)形超聲波電動(dòng)機(jī)具有低速大轉(zhuǎn)矩的特點(diǎn)，使用在機(jī)器人的關(guān)節(jié)處，不需齒輪減速，可直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，因而可大大改善功率重量比，并可利用其中空結(jié)構(gòu)傳遞信息。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的種類很多，按性能可分為固定速比式和無級變速式；按運(yùn)動(dòng)方式可分為回轉(zhuǎn)－回轉(zhuǎn)、回轉(zhuǎn)－直線、直線－回轉(zhuǎn)、直線－直線。由于傳動(dòng)軸的相對位置和運(yùn)動(dòng)方向不同，齒輪傳動(dòng)的種類很多。在機(jī)器人傳動(dòng)系統(tǒng)中，為了減小齒輪傳動(dòng)空回，必須提高輪及其相關(guān)零件的精度。其缺點(diǎn)是：由于柔輪的疲勞強(qiáng)度問題，限制了輸入速度；扭轉(zhuǎn)剛度低，尤其是在低扭矩情況下，這限制了它在機(jī)器人中的應(yīng)用；當(dāng)輸入轉(zhuǎn)速等于或者是嚙合頻率的 2 倍、4 倍、6 倍時(shí)，會(huì)產(chǎn)生明顯的振動(dòng)，這對于低速運(yùn)動(dòng)的連接件很不利。行星齒輪傳動(dòng)不僅可做定傳動(dòng)比傳動(dòng)(減速器) ，也可作為速度合成或分解的裝置(差速器)，應(yīng)用日益廣泛。蝸桿傳動(dòng)經(jīng)常被用在機(jī)器人關(guān)節(jié)處需要自鎖的地方。滾珠絲杠傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是：摩擦小、效率高、壽命長，一般情況下，其機(jī)械效率在 90％以上；由于是滾動(dòng)摩擦，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)相差很小，無論是在低速或高速時(shí)，摩擦扭矩幾乎不變，因此靈敏度高，傳動(dòng)平穩(wěn)；可通過預(yù)緊完全消除間隙。三、鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)鏈傳動(dòng)用于傳遞平行軸間的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，或把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)。四、齒形帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)齒形帶傳動(dòng)的帶和帶輪的接觸面都制成相應(yīng)的齒形，靠嚙合傳遞功率，這種傳動(dòng)的特點(diǎn)是：傳動(dòng)時(shí)無滑動(dòng)，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，傳動(dòng)平穩(wěn)；速比范圍大可達(dá) i = 10初始拉力小，軸及軸承不易過載；制造安裝要求嚴(yán)格，成本較高。由于其體積小，質(zhì)量輕，在機(jī)器人中得到了廣泛的應(yīng)用。連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是用簡單的機(jī)構(gòu)可得到較大的位移，而凸輪機(jī)構(gòu)具有設(shè)計(jì)靈活、可靠性高和形式多樣等特點(diǎn)。. 底盤模塊的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)助行機(jī)器人的底盤模塊是實(shí)現(xiàn)樣機(jī)助行任務(wù)的關(guān)鍵，本項(xiàng)目采取的是兩輪差動(dòng)驅(qū)動(dòng)的方式驅(qū)動(dòng)樣機(jī)小車，左右驅(qū)動(dòng)輪模塊相同，驅(qū)動(dòng)輪設(shè)計(jì)方案是：要求電機(jī)后面帶有離合器，使得樣機(jī)具有離合功能，離合器通過錐齒輪減速箱帶動(dòng)鏈傳動(dòng)，采用鏈輪鏈條傳動(dòng)，最后通過鏈輪帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。輪子材料為橡膠+鐵芯。M20 安裝螺紋。即單個(gè)電機(jī)功率都要要大于42w。由于石墨電刷具有：－較大的電機(jī)－大電流載荷－頻繁起停－需要反向動(dòng)作的場合根據(jù)工作需要和載荷要求，所以選擇德國saegmotor 石墨電機(jī)，功率確定為。其堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩最大為5740gcm，高于電機(jī)工作的峰值轉(zhuǎn)矩要求。型號是：P36HA_1:16。 離合器的選擇：。 聯(lián)軸器的選用由于電機(jī)減速器輸出軸直徑為10mm，而離合器所選類型最小內(nèi)徑為15mm，故需要裝聯(lián)軸器使得電機(jī)能通過聯(lián)軸器后與離合器聯(lián)結(jié)，達(dá)到控制電機(jī)離合目的。參照選擇手冊， 的聯(lián)軸器。 樣機(jī)重要零部件設(shè)計(jì)、鏈輪鏈條傳動(dòng) 由于電機(jī)軸線擬布置在與驅(qū)動(dòng)輪垂直布置，而且不占用行走通道與屬于摩擦傳動(dòng)的帶傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)無彈性滑動(dòng)和打滑現(xiàn)象，因而能保持準(zhǔn)確的傳動(dòng)比，傳動(dòng)效率較高；又因鏈條不需要象帶那樣張得很緊，所以作用于軸上的徑向壓力較?。辉谕瑯邮褂脳l件下，鏈傳動(dòng)結(jié)構(gòu)較為緊湊。1) 選擇鏈輪齒數(shù)，查表可選得=10， == 20。小鏈輪：型號：SP40B10N12，數(shù)量為2，重量為140g。應(yīng)力主要是彎曲正應(yīng)力和彎曲剪切應(yīng)力決定的。 圖33 受力分析 、 懸臂梁的設(shè)計(jì)電機(jī)是安裝在懸臂梁上的，通過同步帶輪驅(qū)動(dòng)輪運(yùn)動(dòng)，而心軸也是通過螺紋安裝在懸臂梁上面，懸臂梁在整個(gè)機(jī)構(gòu)中主要受彎矩，初步設(shè)計(jì)為梁為12 80 的長方形截面形狀，梁長580mm。F 取25kg 力(由兩根懸臂梁共同承擔(dān)縱向支持力)，代入數(shù)據(jù)得出：得出當(dāng)截面形狀為矩形12 80 時(shí)，圖34 懸臂梁 傘齒輪設(shè)計(jì)利用了一對傘齒輪（小錐齒輪）傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)電機(jī)軸90 度的換向。. 輔助升降機(jī)構(gòu)輔助升降機(jī)構(gòu)是用來實(shí)現(xiàn)助行機(jī)器人輔助用戶站立和坐下動(dòng)作的機(jī)構(gòu)，這個(gè)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)核心是一個(gè)升降機(jī)構(gòu)，對升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要考慮一下幾個(gè)問題： 機(jī)械強(qiáng)度要大，且穩(wěn)定性要高； 升降機(jī)構(gòu)不能出現(xiàn)卡死等情況； 升降高度要足夠支持一個(gè)人從坐下到站起來的高度； 布置要合理，且要考慮自鎖。本文參考了WAR 助行機(jī)器人等多種助行器的結(jié)構(gòu)。選用絲杠為單線，所以導(dǎo)程即螺距P=5。滿足條件。仍舊選用德國saegmotor 石墨電機(jī)，參照其選擇手冊，綜合選用電壓為23V、 的電機(jī)：38SYK70_24V_90w。a) 聯(lián)軸器所需傳遞扭矩計(jì)算：，考慮減速器軸輸出轉(zhuǎn)速最高為120rpm，選用比電機(jī)規(guī)格（直徑53mm）小而且最高允許轉(zhuǎn)速足夠的聯(lián)軸器。電機(jī)減速器軸為輸入軸為減速器軸，直徑為1 d = 14mm ，輸出軸直徑d = 12mm。結(jié)論 結(jié)論本文結(jié)合目前國內(nèi)外助行康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向，依據(jù)人體下肢康復(fù)醫(yī)學(xué)原理，提出了一種集電動(dòng)輪椅、輔助支撐、輔助起坐以及康復(fù)助行訓(xùn)練四個(gè)功能為一體的助行機(jī)器人結(jié)構(gòu)方案，對系統(tǒng)進(jìn)行了建模和仿真分析，并完成了基于樣機(jī)的實(shí)驗(yàn)研究。2．繼續(xù)加強(qiáng)機(jī)器人模塊化設(shè)計(jì)，使得樣機(jī)最終能夠?qū)崿F(xiàn)真正的模塊化設(shè)計(jì)，安裝簡單可靠，并且便于安裝和拆卸。Automation, San Francisco, CA April 2000.[6] HyeonMin Shim, EungHyuk Lee and et al, Implementation of an intelligent walking assistant robot for the elderly in outdoor environment, Proc. of the 2005 IEEE 9th International Conference on Rehabilitation Robotics, Chicago, IL, USA, June 28 July 1, 2005.[7] Kyoungchul Kong and Doyoung Jeon. Design and control of an exoskeleton for the elderly and patients, IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 11(4): 428432, 2006.[8] 王東巖，李慶玲，杜志江，孫立寧．外骨骼式上肢康復(fù)機(jī)器人及其控制方法研究．哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào)第28 卷第9 期，2007 年9 月．[9] Y. Hirata, T. Baba, K. Kosuge, Motion control of omnidirectional type walking support system “walking helper”, Proc. of the 12th International IEEE Workshop on Robot and Human Interactive Communication, Millbrae, CA, Oct. 31Nov. 2, 2003.[10] 朱世強(qiáng)，王宣銀著．機(jī)器人技術(shù)及其應(yīng)用[M]．杭州：浙江大學(xué)出版社，.[11] Daisuke Chugo, Wataru Matsuoka, Songmin Jia and Kunikatsu Takase, Rehabilitation Walker System with Standing Assistance Device, Proceedings of the2007 IEEE International Conference on Mechatronics and Automation, August 5 8, 2007, Harbin, China.[12] Joelle Pineau, Michael Montemerlo and et al, Towards robotic assistants in nursing homes: Challenges and results, Robotics and Autonomous Systems, 42: 271281, 2003.[13] Aaron Morris, Raghavendra Donamukkala and et al, A Robotic Walker That Provides Guidance, Proceedings of the 2003 IEEE International Conference on Robotics amp。更令我感到敬重的是，邊老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)思想、淵博的學(xué)術(shù)水平、誨人不倦的敬業(yè)精神、豁達(dá)的性格、大公無私的工作作風(fēng)和為人師表的道德品質(zhì)都深深地影響了我，使我終身收益。