【正文】 械設(shè)計的成本，還是導(dǎo)航系統(tǒng)的成本，到都盡量在滿足功能的情況下盡量降低成本，以使得本樣機以后能朝著市場化、商業(yè)化的步伐前進。3．有效負(fù)載有效負(fù)載是指機器人工作時機器人能承受的支持力，它表示了機器人的負(fù)載能力。表示機器人特性的基本技術(shù)參數(shù)主要有自由度、工作空間、運動精度、有效負(fù)載、運動特性和經(jīng)濟性指標(biāo)等。本項目研制的助行機器人主要人群針對行走不便、視弱、盲人等的老年人和殘疾人，以日常生活和工作所需要的行走輔助為主要目標(biāo)。39第2章 助行機器人總體設(shè)計方案 第2章 助行機器人的總體設(shè)計方案突破助老/助殘機器人的行走輔助關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合助行任務(wù)的功能要求，實現(xiàn)各項關(guān)鍵技術(shù)的演示驗證，概念樣機的技術(shù)指標(biāo)達到國際先進水平。我國短時間內(nèi)“銀齡”群體的急劇膨脹對老年人助行器設(shè)計的“質(zhì)”與“量”提出更高的要求。這種助行機器人實用性強，能幫助截癱患者或行走功能障礙患者進行行走功能康復(fù)訓(xùn)練和減重訓(xùn)練，還可作為患者日常生活中的代步工具。日本W(wǎng)aseda 大學(xué)于2006 年研發(fā)成功HITACHI 助行機器人。另外，機體內(nèi)部采用平行鏈構(gòu)造，通過左右移動重心時平行鏈向一側(cè)傾斜來檢測駕駛者的轉(zhuǎn)意向。目前這種機器人已經(jīng)投入生產(chǎn)，并且已經(jīng)證實具有比較好的助行效果，不過目前并沒有大規(guī)模生產(chǎn)，這種助行機器人仍舊還需要進行很多的改進。機器人是通過力覺手柄和聲音來傳遞給機器人命令的，價格不超過5000 美金，的確是可以作為盲人的經(jīng)濟實惠的一款機器人。圖11 PAMAID 美國SmartCane 助行機器人這種機器人的研制主要是為了滿足盲人行走障礙，而不再是在PAMAID 中所設(shè)計的為了滿足一些實力受損或者體力不好的用戶。由于視力受損而且體力有限極大的限制了一個人的移動自由，其提供了一個更為安全和享受的步行經(jīng)歷。在這一階段，中國平均每年將新增596萬老年人口，到2020年。機器人底盤有四個輪子，其中由兩個電機分別單獨驅(qū)動前輪，而且電機只負(fù)責(zé)改變輪子轉(zhuǎn)向，并不提供任何動力。機器人還提供了包括健康檢測功能和與管理員電腦通訊的功能。升降機構(gòu)是傾斜上升，可以減少用戶在站立時膝蓋負(fù)載，對一些體力不足的老年人特別有用。不過，二者使用的前提均是人行道圖14 HITACHI 助行機器人和樓內(nèi)等適合步行的場所。Type S 和M 為用雙腳夾住機身不用雙手即可操控、Type L 是用雙手握住操控桿進行操控的類型。機器人共采用4 個Maxon 電機來帶動人體踝關(guān)節(jié)，膝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)運動，能夠提供動力給人體，調(diào)節(jié)人體下肢姿態(tài)?？梢杂糜谙忍煨酝炔繗埣惨约坝赡X血栓后遺癥、脊髓損傷、腦性麻痹、肌肉萎縮、意外事故等。與國外日美韓相比仍有較大差距，目前來說在國內(nèi)尚沒有形成很有體系的研發(fā)高?；蛘哐芯繂挝?，有一些研究仍舊停留在實驗室的階段，還未達到實用階段，要形成成熟并且能夠讓大眾接受還有一段很遠(yuǎn)的距離。目前情況下，不管是在國外還是在國內(nèi)研制的助行機器人，大部分都只能在室內(nèi)環(huán)境運行，對地面平整度要求很高，即使少數(shù)可以在室外運行的助行機器人也還未到很成熟的階段，但是對于使用者來說，一款助行器如果只能在有效而且嚴(yán)格的使用環(huán)境下使用的話，必然沒有什么太大的實用價值。一般助行機器人都是需要自帶電池，一般情況下電池不能太重，不然助行器會顯得很笨重，大部分助行器的連續(xù)作業(yè)時間不超過10 小時，本樣機考慮的連續(xù)作業(yè)時間為大概4 小時。2．工作空間工作空間是指機器人臂桿的末端或手腕中心在一定條件下所能到達空間的位置集合。本文中助行機器人的作業(yè)對象為人，為了能適應(yīng)大多人的重量，助行機器人的有效負(fù)載暫且設(shè)定為80 公斤。底盤行走機構(gòu)主要包括前輪驅(qū)動機構(gòu)、后輪驅(qū)動機構(gòu)以及四輪驅(qū)動機構(gòu)。攙扶機構(gòu)是助行機器人的一個重要功能，對一個缺乏力量，需要輔助轉(zhuǎn)起來的殘疾人來說非常重要。由此可看出液壓驅(qū)動系統(tǒng)適合用于承載能力大、慣量大而運動速度較低的機器人。 在選用機器人的驅(qū)動系統(tǒng)時，要了解各種驅(qū)動系統(tǒng)的特點，再結(jié)合機器人的用途、作業(yè)要求、控制功能、價格等具體條件確定最佳方案。另一方面，助行機器人的強度應(yīng)該滿足縱向能夠足夠支持一個成年人的重量，初步考慮為80 公斤。讀取傾斜傳感器所連的串口數(shù)據(jù)，獲得當(dāng)前車體與水平面的傾斜角，如其超過所設(shè)定的安全閾值，發(fā)出傾翻報警信號。服務(wù)器上運行的Web 程序把機器人位置監(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候登錄該網(wǎng)站進行老人位置和健康查詢。由于助行器對于輔助人行走的復(fù)雜性和精確性，需要助行機器人能完成很多復(fù)雜的空間動作，如將助行機器人原地轉(zhuǎn)圈或者越過一般的房門等，要求助行機器人具有很好的轉(zhuǎn)向性。智能助行機器人樣機是由機器人大腦和車體平臺兩大部分組成。. 本章小結(jié)本章從助行機器人的適用環(huán)境、使用人群、運行速度和工作時間和角度出發(fā)，確定了助行機器人具有的基本功能；從助行機器人的技術(shù)參數(shù)、機構(gòu)設(shè)計分析、驅(qū)動方式、整體控制方案等方面分析了本智能助行機器人的方案；最后通過比較國內(nèi)外優(yōu)缺點，得出本智能助行機器人樣機的最終設(shè)計方案。升降機構(gòu)用來控制助行機器人輔助人站立坐下的動作，采取一個電機驅(qū)動絲桿轉(zhuǎn)動的方式實現(xiàn)。從各運動部件設(shè)計的先后順序考慮，為了便于各個部分元件的設(shè)計和選擇，整個助行機器人樣機的設(shè)計先從助行機器人樣機的核心部件之一底盤的設(shè)計開始。. 驅(qū)動元件和傳動元件的選擇 驅(qū)動元件的選擇在總體方案設(shè)計中已經(jīng)確定了所設(shè)計的助行機器人的驅(qū)動系統(tǒng)采用電動方式。步進電機可直接將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)角，每輸入一個脈沖，步進電機就回轉(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。交流伺服電機在機器人中的應(yīng)用情況與直流伺服電機相同，但交流伺服電機與直流伺服電機相比,，功率大、過載能力強、無電刷、環(huán)境適應(yīng)性好，因而交流伺服電機是今后機器人用電機的發(fā)展方向。傳動機構(gòu)的種類很多，按性能可分為固定速比式和無級變速式；按運動方式可分為回轉(zhuǎn)－回轉(zhuǎn)、回轉(zhuǎn)－直線、直線－回轉(zhuǎn)、直線－直線。在機器人傳動系統(tǒng)中，為了減小齒輪傳動空回，必須提高輪及其相關(guān)零件的精度。行星齒輪傳動不僅可做定傳動比傳動(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。滾珠絲杠傳動的優(yōu)點是：摩擦小、效率高、壽命長，一般情況下，其機械效率在 90％以上；由于是滾動摩擦，動、靜摩擦系數(shù)相差很小，無論是在低速或高速時，摩擦扭矩幾乎不變，因此靈敏度高，傳動平穩(wěn)；可通過預(yù)緊完全消除間隙。四、齒形帶傳動機構(gòu)齒形帶傳動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，這種傳動的特點是：傳動時無滑動，傳動比準(zhǔn)確，傳動平穩(wěn)；速比范圍大可達 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。連桿機構(gòu)的特點是用簡單的機構(gòu)可得到較大的位移，而凸輪機構(gòu)具有設(shè)計靈活、可靠性高和形式多樣等特點。輪子材料為橡膠+鐵芯。即單個電機功率都要要大于42w。其堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩最大為5740gcm，高于電機工作的峰值轉(zhuǎn)矩要求。 離合器的選擇：。參照選擇手冊， 的聯(lián)軸器。1) 選擇鏈輪齒數(shù)，查表可選得=10， == 20。應(yīng)力主要是彎曲正應(yīng)力和彎曲剪切應(yīng)力決定的。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，圖34 懸臂梁 傘齒輪設(shè)計利用了一對傘齒輪（小錐齒輪）傳動實現(xiàn)電機軸90 度的換向。本文參考了WAR 助行機器人等多種助行器的結(jié)構(gòu)。滿足條件。a) 聯(lián)軸器所需傳遞扭矩計算：，考慮減速器軸輸出轉(zhuǎn)速最高為120rpm，選用比電機規(guī)格（直徑53mm）小而且最高允許轉(zhuǎn)速足夠的聯(lián)軸器。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，提出了一種集電動輪椅、輔助支撐、輔助起坐以及康復(fù)助行訓(xùn)練四個功能為一體的助行機器人結(jié)構(gòu)方案，對系統(tǒng)進行了建模和仿真分析，并完成了基于樣機的實驗研究。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. 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