【文章內(nèi)容簡介】 本設計由于體積比較?。ǚ旁谀_底下），最好選用體積小巧的電機，需要的轉矩也不大，選用直流伺服電機比較合適。電機型號選擇如下：1. 運動速度：最高行走速度25步/分（病人不宜太快）,機構的運動周期T=，ω=，姿態(tài)機構的踏板完成30往返的運動,運動規(guī)律為余弦函數(shù)。設姿態(tài)機構的角速度為ω=Acost。由運動學規(guī)律可知，步態(tài)機構運動1/2周期，姿態(tài)機構也運動1/2周期，即。 積分可得A=。2. 轉矩：人的體重為80Kg，按80％的體重作用在一只承重腳上計算。，垂直于凸輪時轉矩最大，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. 電機扭矩：減速器減速比43，總效率為，有： 得到電機轉矩5. 電機功率： 在比較了各種廠商生產(chǎn)的直流伺服電機后，發(fā)現(xiàn)了瑞士maxon公司生產(chǎn)的一系列直流電機。其中RE系列電機性能非常好，用戶的反饋也比較好。根據(jù)以上計算選擇RE40中的148877（定貨號）。maxon的RE40電機額定功率150w。并配有專門的行星輪減速箱，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速了，控制時將很簡單。 maxon RE40的主要性能指標額定功率(W)額 定轉矩()瞬時最大扭矩()額定轉速(r/min)額定電流(A)電樞電阻（）額定電壓(V)電樞電感（MH）轉動慣量()15020028901000 4833180。104maxon的直流伺服電機都配有專用的控制卡，這樣控制電機的轉速等就變的十分簡便?！”菊滦〗Y本章介紹了下肢康復機器人踝關節(jié)驅動系統(tǒng)機構的總體構成和系統(tǒng)的性能指標，詳細研究和設計了下肢康復機器人的踝關節(jié)驅動機構，凸輪軸的轉動最終實現(xiàn)調節(jié)腳踏板與地面的角度變化，輔助患者的踝關節(jié)進行康復訓練，幫助下肢有運動障礙的患者恢復下肢的運動機能。第3章　機械零件設計在機械產(chǎn)品的有關設計中，其機械本體的設計是最主要的。在這一章中，將對下肢康復機器人姿態(tài)機構機械本體中一些重要和特殊的零件設計進行重點說明，并對其一些零件進行強度校核?！C械零件設計的一些基本原則避免在預定壽命期內(nèi)失效的要求：（1）強度零件在工作中發(fā)生斷裂或不允許的殘余變形統(tǒng)屬于強度不足。上述失效形式，除了用于安全裝置中預定適時破壞的零件外，對于任何零件都是可以避免的。因此，具有適當?shù)膹姸仁窃O計零件時必須滿足的基本要求。為了提高零件的強度，在設計原則上可以采用以下的措施：采用強度高的材料；使零件具有足夠的截面尺寸；合理的設計零件的截面形狀，以增大截面的慣性矩；采用熱處理和化學處理的方法，以提高材料的力學性能；提高運動零件的制造精度，以降低運動時的動載荷；合理的配置機器中各零件的相對位置，以降低作用于零件上的載荷等。（2）剛度零件在工作時所產(chǎn)生的彈性變形不超過允許的限度，這就叫做滿足了剛度要求。顯然，只有當彈性變形過大就要影響工作性能的零件，才需要滿足這樣的要求。對于這類零件，設計時除了要做強度計算外，還必須做剛度計算。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、縮短、扭曲、旋轉等彈性變形的程度；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，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結構，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足各種要求，但在工作一定時間后，卻可能由于某種（或某些）原因而失效。這個零件正常工作延續(xù)的時間就叫零件的壽命。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運動零件接觸表面的磨損等三方面。大部分機械零件均在變應力條件下工作，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度的主要因素是：應力集中、零件尺寸大小、零件表面品質及環(huán)境狀況。在設計零件時，應努力從這幾個方面采取措施，以提高零件抵抗疲勞破壞的能力。2. 結構工藝要求零件要有良好的結構工藝性，是指在既定的條件下，能夠方便而經(jīng)濟的生產(chǎn)出來，并便于裝配成機器這一特性。所以，零件的結構工藝性應從毛坯制造、機械加工過程及裝配等幾個生產(chǎn)環(huán)節(jié)加以綜合考慮。工藝性是和機器生產(chǎn)批量大小及具體的生產(chǎn)條件相關的。為了改善零件的工藝性，就應當熟悉當前的生產(chǎn)水平及條件。對零件的結構工藝性具有決定性影響的零件結構設計，在整個設計工作中占有很大的比重，因此必須予以足夠的重視。3. 經(jīng)濟性要求零件的經(jīng)濟性首先表現(xiàn)在零件本身的生產(chǎn)成本上。設計零件時，應力求設計出耗費最少的零件。要降低零件的成本，首先要采用輕型的零件結構，以降低材料消耗；采用少余量或無余量的毛坯或簡化零件結構，以減少加工工時。這些對降低零件成本均有顯著的作用。工藝性良好的結構就意味著加工及裝配費用低，所以工藝性對經(jīng)濟性有著直接的影響。采用廉價而供應而充足的材料以代替貴重金屬；對于大型零件采用組合結構以代替整體結構，都可以在降低材料費用方面起到積極的作用。另外，盡可能采用標準化的零件、部件以取代特殊加工的零、部件，就可在經(jīng)濟方面取得很大的效益?！C械零件設計在設計零件的過程中，本論文主要采用了Pro/E軟件。而在繪制零件圖時則使用了Auto CAD軟件?！⊥馆嗇S的設計在設計凸輪軸時，首先應該對凸輪的輪廓進行設計。設計圓柱凸輪的輪廓曲線，應該將其展開成平面后變成移動凸輪。根據(jù)踝關節(jié)運動規(guī)律設計。凸輪輪廓曲線展設計過程如下，根據(jù)具體尺寸設計行程B0B4為62mm，輪軸直徑60mm。 ，，滾子半徑4mm，V是凸輪回轉方向，其展開輪廓曲線可近似繪制如下：圖 圓柱凸輪輪廓展開圖 1. 作OA線垂直于凸輪回轉軸線，作∠OAB0=/2，從而得出從動件的初始位置AB0。把從動件的運動周期8等分，根據(jù)踝關節(jié)運動規(guī)律可以得到從動件的各個位置AB0、ABABABAB4。 2. 。將B0B0分為與從動件位移線圖橫軸對應的八等分，得點CCC…，過這些點畫一系列中心在OA線上、半徑等于AB0的圓弧。 3. 自B1作平行OA直線交過C1的圓弧于點D1，自B2作平行OA直線交過C2的圓弧于點D2，……。將B0、DD…連成光滑曲線，便得到展開圖的理論輪廓曲線。 4. 以理論輪廓曲線上諸點為圓心畫一系列滾子，而后作兩條包絡線，即可得凸輪展開圖的實際輪廓曲線。因圓柱凸輪輪廓凹槽位于圓柱面上，當與凹槽接觸的圓柱滾子隨從動件作平面圓弧運動時，滾子將以不同深度插入凸輪槽中。由于上述設計過程未考慮滾子與凸輪之間在從動件擺動軸線方向的相對運動，由此所得凸輪機構，其從動件實際運動規(guī)律與預期運動規(guī)律在理論上即存在偏差，所以是一種近似設計方法。欲消除設計偏差，必須對理論輪廓曲線進行修正，或者根據(jù)滾子與凸輪間的相對空間運動關系，采用解析法對凸輪輪廓曲面進行精確設計。 在輪廓設計好之后，應根據(jù)轉矩的大小及凸輪的直徑設計凸輪軸的形狀及其尺寸。軸的設計和校核：1．求凸輪軸上的轉矩T1在之前的設計中，已求出 2．求作用在凸輪上的力在凸輪設計中，從動桿對凸輪的力是變化的，我們對軸的設計應取最大時刻的力，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，調質處理。，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．軸的結構設計，下面詳細說明各尺寸的確定過程。 軸的結構與裝配簡圖（1）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度：凸輪軸FG段需要與聯(lián)軸器通過平鍵連接，取FG=45mm。（2）初步選擇滾動軸承。因軸承同時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，標準精度的單列圓錐滾子軸承71107E，其尺寸為dDT=35mm62mm19mm，故lAB=20mm，lEF=35mm。兩端滾動軸承采用軸肩進行軸向定位。由手冊上查得71107E型軸承的定位軸肩高h=，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軸承添加潤滑脂的要求，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動規(guī)律，這一軸段的長度應足夠長，取lCD=140mm。（7）BC段與D