【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 本設(shè)計(jì)由于體積比較?。ǚ旁谀_底下），最好選用體積小巧的電機(jī)，需要的轉(zhuǎn)矩也不大，選用直流伺服電機(jī)比較合適。電機(jī)型號(hào)選擇如下：1. 運(yùn)動(dòng)速度：最高行走速度25步/分（病人不宜太快）,機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)周期T=，ω=，姿態(tài)機(jī)構(gòu)的踏板完成30往返的運(yùn)動(dòng),運(yùn)動(dòng)規(guī)律為余弦函數(shù)。設(shè)姿態(tài)機(jī)構(gòu)的角速度為ω=Acost。由運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律可知，步態(tài)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)1/2周期，姿態(tài)機(jī)構(gòu)也運(yùn)動(dòng)1/2周期，即。 積分可得A=。2. 轉(zhuǎn)矩：人的體重為80Kg，按80％的體重作用在一只承重腳上計(jì)算。，垂直于凸輪時(shí)轉(zhuǎn)矩最大，連桿末端作用力F與腳掌作用于心軸力臂相等，故3. 功率： （） 4. 電機(jī)扭矩：減速器減速比43，總效率為，有： 得到電機(jī)轉(zhuǎn)矩5. 電機(jī)功率： 在比較了各種廠商生產(chǎn)的直流伺服電機(jī)后，發(fā)現(xiàn)了瑞士maxon公司生產(chǎn)的一系列直流電機(jī)。其中RE系列電機(jī)性能非常好，用戶(hù)的反饋也比較好。根據(jù)以上計(jì)算選擇RE40中的148877（定貨號(hào)）。maxon的RE40電機(jī)額定功率150w。并配有專(zhuān)門(mén)的行星輪減速箱，減速比從小到大非常齊全，我們選用GP42C的減速比為43：1的減速箱，這樣就能夠很方便地調(diào)速了，控制時(shí)將很簡(jiǎn)單。 maxon RE40的主要性能指標(biāo)額定功率(W)額 定轉(zhuǎn)矩()瞬時(shí)最大扭矩()額定轉(zhuǎn)速(r/min)額定電流(A)電樞電阻（）額定電壓(V)電樞電感（MH）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量()15020028901000 4833180。104maxon的直流伺服電機(jī)都配有專(zhuān)用的控制卡，這樣控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速等就變的十分簡(jiǎn)便?！”菊滦〗Y(jié)本章介紹了下肢康復(fù)機(jī)器人踝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)的總體構(gòu)成和系統(tǒng)的性能指標(biāo)，詳細(xì)研究和設(shè)計(jì)了下肢康復(fù)機(jī)器人的踝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，凸輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)最終實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)腳踏板與地面的角度變化，輔助患者的踝關(guān)節(jié)進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，幫助下肢有運(yùn)動(dòng)障礙的患者恢復(fù)下肢的運(yùn)動(dòng)機(jī)能。第3章　機(jī)械零件設(shè)計(jì)在機(jī)械產(chǎn)品的有關(guān)設(shè)計(jì)中，其機(jī)械本體的設(shè)計(jì)是最主要的。在這一章中，將對(duì)下肢康復(fù)機(jī)器人姿態(tài)機(jī)構(gòu)機(jī)械本體中一些重要和特殊的零件設(shè)計(jì)進(jìn)行重點(diǎn)說(shuō)明，并對(duì)其一些零件進(jìn)行強(qiáng)度校核?！C(jī)械零件設(shè)計(jì)的一些基本原則避免在預(yù)定壽命期內(nèi)失效的要求：（1）強(qiáng)度零件在工作中發(fā)生斷裂或不允許的殘余變形統(tǒng)屬于強(qiáng)度不足。上述失效形式，除了用于安全裝置中預(yù)定適時(shí)破壞的零件外，對(duì)于任何零件都是可以避免的。因此，具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度是設(shè)計(jì)零件時(shí)必須滿(mǎn)足的基本要求。為了提高零件的強(qiáng)度，在設(shè)計(jì)原則上可以采用以下的措施：采用強(qiáng)度高的材料；使零件具有足夠的截面尺寸；合理的設(shè)計(jì)零件的截面形狀，以增大截面的慣性矩；采用熱處理和化學(xué)處理的方法，以提高材料的力學(xué)性能；提高運(yùn)動(dòng)零件的制造精度，以降低運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)載荷；合理的配置機(jī)器中各零件的相對(duì)位置，以降低作用于零件上的載荷等。（2）剛度零件在工作時(shí)所產(chǎn)生的彈性變形不超過(guò)允許的限度，這就叫做滿(mǎn)足了剛度要求。顯然，只有當(dāng)彈性變形過(guò)大就要影響工作性能的零件，才需要滿(mǎn)足這樣的要求。對(duì)于這類(lèi)零件，設(shè)計(jì)時(shí)除了要做強(qiáng)度計(jì)算外，還必須做剛度計(jì)算。零件的剛度分為整體變形剛度和表面接觸剛度兩種。前者是指零件整體在載荷作用下發(fā)生的伸長(zhǎng)、縮短、扭曲、旋轉(zhuǎn)等彈性變形的程度；后者是指因兩零件接觸表面上的微觀凸峰在載荷作用下發(fā)生變形所致的兩零件變化的程度。原則上說(shuō)，為了提高零件的整體剛度，可采取增大零件的截面尺寸或增大截面的慣性矩；縮短支撐跨矩或采用多支點(diǎn)結(jié)構(gòu)，以縮小撓曲變形等。為了提高接觸剛度，可采取增大精加工以降低表面不平度等。（3）壽命有的零件在工作初期雖然可以滿(mǎn)足各種要求，但在工作一定時(shí)間后，卻可能由于某種（或某些）原因而失效。這個(gè)零件正常工作延續(xù)的時(shí)間就叫零件的壽命。影響零件壽命的主要因素有：材料的疲勞，材料的腐蝕以及相對(duì)運(yùn)動(dòng)零件接觸表面的磨損等三方面。大部分機(jī)械零件均在變應(yīng)力條件下工作，因此疲勞破壞是引起零件失效的主要原因。影響零件材料疲勞強(qiáng)度的主要因素是：應(yīng)力集中、零件尺寸大小、零件表面品質(zhì)及環(huán)境狀況。在設(shè)計(jì)零件時(shí)，應(yīng)努力從這幾個(gè)方面采取措施，以提高零件抵抗疲勞破壞的能力。2. 結(jié)構(gòu)工藝要求零件要有良好的結(jié)構(gòu)工藝性，是指在既定的條件下，能夠方便而經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)出來(lái)，并便于裝配成機(jī)器這一特性。所以，零件的結(jié)構(gòu)工藝性應(yīng)從毛坯制造、機(jī)械加工過(guò)程及裝配等幾個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)加以綜合考慮。工藝性是和機(jī)器生產(chǎn)批量大小及具體的生產(chǎn)條件相關(guān)的。為了改善零件的工藝性，就應(yīng)當(dāng)熟悉當(dāng)前的生產(chǎn)水平及條件。對(duì)零件的結(jié)構(gòu)工藝性具有決定性影響的零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在整個(gè)設(shè)計(jì)工作中占有很大的比重，因此必須予以足夠的重視。3. 經(jīng)濟(jì)性要求零件的經(jīng)濟(jì)性首先表現(xiàn)在零件本身的生產(chǎn)成本上。設(shè)計(jì)零件時(shí)，應(yīng)力求設(shè)計(jì)出耗費(fèi)最少的零件。要降低零件的成本，首先要采用輕型的零件結(jié)構(gòu)，以降低材料消耗；采用少余量或無(wú)余量的毛坯或簡(jiǎn)化零件結(jié)構(gòu)，以減少加工工時(shí)。這些對(duì)降低零件成本均有顯著的作用。工藝性良好的結(jié)構(gòu)就意味著加工及裝配費(fèi)用低，所以工藝性對(duì)經(jīng)濟(jì)性有著直接的影響。采用廉價(jià)而供應(yīng)而充足的材料以代替貴重金屬；對(duì)于大型零件采用組合結(jié)構(gòu)以代替整體結(jié)構(gòu)，都可以在降低材料費(fèi)用方面起到積極的作用。另外，盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)化的零件、部件以取代特殊加工的零、部件，就可在經(jīng)濟(jì)方面取得很大的效益?！C(jī)械零件設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)零件的過(guò)程中，本論文主要采用了Pro/E軟件。而在繪制零件圖時(shí)則使用了Auto CAD軟件?！⊥馆嗇S的設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)凸輪軸時(shí)，首先應(yīng)該對(duì)凸輪的輪廓進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)圓柱凸輪的輪廓曲線(xiàn)，應(yīng)該將其展開(kāi)成平面后變成移動(dòng)凸輪。根據(jù)踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)。凸輪輪廓曲線(xiàn)展設(shè)計(jì)過(guò)程如下，根據(jù)具體尺寸設(shè)計(jì)行程B0B4為62mm，輪軸直徑60mm。 ，，滾子半徑4mm，V是凸輪回轉(zhuǎn)方向，其展開(kāi)輪廓曲線(xiàn)可近似繪制如下：圖 圓柱凸輪輪廓展開(kāi)圖 1. 作OA線(xiàn)垂直于凸輪回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)，作∠OAB0=/2，從而得出從動(dòng)件的初始位置AB0。把從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)周期8等分，根據(jù)踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)規(guī)律可以得到從動(dòng)件的各個(gè)位置AB0、ABABABAB4。 2. 。將B0B0分為與從動(dòng)件位移線(xiàn)圖橫軸對(duì)應(yīng)的八等分，得點(diǎn)CCC…，過(guò)這些點(diǎn)畫(huà)一系列中心在OA線(xiàn)上、半徑等于AB0的圓弧。 3. 自B1作平行OA直線(xiàn)交過(guò)C1的圓弧于點(diǎn)D1，自B2作平行OA直線(xiàn)交過(guò)C2的圓弧于點(diǎn)D2，……。將B0、DD…連成光滑曲線(xiàn)，便得到展開(kāi)圖的理論輪廓曲線(xiàn)。 4. 以理論輪廓曲線(xiàn)上諸點(diǎn)為圓心畫(huà)一系列滾子，而后作兩條包絡(luò)線(xiàn)，即可得凸輪展開(kāi)圖的實(shí)際輪廓曲線(xiàn)。因圓柱凸輪輪廓凹槽位于圓柱面上，當(dāng)與凹槽接觸的圓柱滾子隨從動(dòng)件作平面圓弧運(yùn)動(dòng)時(shí)，滾子將以不同深度插入凸輪槽中。由于上述設(shè)計(jì)過(guò)程未考慮滾子與凸輪之間在從動(dòng)件擺動(dòng)軸線(xiàn)方向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，由此所得凸輪機(jī)構(gòu)，其從動(dòng)件實(shí)際運(yùn)動(dòng)規(guī)律與預(yù)期運(yùn)動(dòng)規(guī)律在理論上即存在偏差，所以是一種近似設(shè)計(jì)方法。欲消除設(shè)計(jì)偏差，必須對(duì)理論輪廓曲線(xiàn)進(jìn)行修正，或者根據(jù)滾子與凸輪間的相對(duì)空間運(yùn)動(dòng)關(guān)系，采用解析法對(duì)凸輪輪廓曲面進(jìn)行精確設(shè)計(jì)。 在輪廓設(shè)計(jì)好之后，應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)矩的大小及凸輪的直徑設(shè)計(jì)凸輪軸的形狀及其尺寸。軸的設(shè)計(jì)和校核：1．求凸輪軸上的轉(zhuǎn)矩T1在之前的設(shè)計(jì)中，已求出 2．求作用在凸輪上的力在凸輪設(shè)計(jì)中，從動(dòng)桿對(duì)凸輪的力是變化的，我們對(duì)軸的設(shè)計(jì)應(yīng)取最大時(shí)刻的力，凸輪輪廓直徑為60mm，因此3．初步確定軸的最小直徑估算軸的最小直徑公式 選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。，取A0=103， 則 軸常用的幾種材料的[T]及A0值軸的材料Q235A、20Q2735（1Cr18Ni9Ti）4540Cr、35SiMn38SiMnMo[τ]/MPa15~2520~3525~4535~55A0149~126135~112126~103112~97凸輪軸的最小直徑顯然是安裝平鍵出的直徑dFG 。綜合考慮選取dFG=20mm。4．軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，下面詳細(xì)說(shuō)明各尺寸的確定過(guò)程。 軸的結(jié)構(gòu)與裝配簡(jiǎn)圖（1）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度：凸輪軸FG段需要與聯(lián)軸器通過(guò)平鍵連接，取FG=45mm。（2）初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用，故選用單列圓錐滾子軸承。參照工作要求，并根據(jù)直徑dEF=40mm。由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游隙組，標(biāo)準(zhǔn)精度的單列圓錐滾子軸承71107E，其尺寸為dDT=35mm62mm19mm，故lAB=20mm，lEF=35mm。兩端滾動(dòng)軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位。由手冊(cè)上查得71107E型軸承的定位軸肩高h(yuǎn)=，在此取直徑dBC=dDE=50mm。（3）取凸輪輪廓所在的CD段的直徑dCD=60mm；（4）凸輪軸根據(jù)軸承寬度取AB段長(zhǎng)度lAB=20mm，并加工l~2mm的退刀槽。（5）根據(jù)軸承端蓋的裝卸及便于對(duì)軸承添加潤(rùn)滑脂的要求，取右軸承蓋的外端面與FG段左端面保持一定的距離，取lEF=30mm。（6）凸輪主體，考慮到凸輪主體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，這一軸段的長(zhǎng)度應(yīng)足夠長(zhǎng)，取lCD=140mm。（7）BC段與D