【文章內(nèi)容簡介】 長（ mm） 279 289 294 313 333 338 252 262 267 284 303 302 前臂長（ mm） 206 216 220 237 253 258 185 193 198 213 229 234 百分位數(shù) 1 5 10 50 90 95 1 5 10 50 90 95 本章 小 結(jié) 本章 針對康復(fù)機器人的設(shè)計要求，對其總體結(jié)構(gòu)進行了分析，構(gòu)建了機器人的運動形式及外形框架。包括驅(qū)動方式的選取、驅(qū)動系和傳動系的設(shè)計，康復(fù)機器人整體尺寸及外形的設(shè)計。本章基本確定了康復(fù)機器人的運動方案，在接下來的章節(jié)中，將對所需的電機、聯(lián)軸器以及蝸桿的選擇。 黑龍江工程學院學院本科生畢業(yè)設(shè)計 12 第 3章 伺服元件選擇 本章的主要內(nèi)容是通過估算康復(fù)機器人的各個運動參數(shù)，計算出所需直流電機的功率和轉(zhuǎn)矩大小，并對其進行產(chǎn)品選擇，接著對聯(lián)軸器以及蝸輪蝸桿的選擇。 電機選擇 升降 機構(gòu)電機選擇 在立柱升降對患者進行上肢屈伸康復(fù)訓(xùn)練的過程中，考慮到患者的承受能力，設(shè)定其移動速度為 ? m/s ， 立柱以上整體的質(zhì)量 m=50kg，因此，得到功率 1P Fv? （ ） 代入數(shù)據(jù)，得 1P =50W 在立柱的傳動鏈中，選擇絲杠的效率 1? =，滾動軸承的效率 2? =， 齒輪的傳動效率為 3? =， 因此估算得到電機的功率 黑龍江工程學院學院本科生畢業(yè)設(shè)計 13 11 2 3PP ???? （ ） 代入數(shù)據(jù)得到 P=150W 當立柱升降時 ? ， 所受到的垂 直方向的阻力 vL cMFT n??。折算到電動機軸上的負載轉(zhuǎn)矩 LT 應(yīng)滿足折算前后前后的功率不變原則，考慮傳動機構(gòu)的傳動損耗，則有 L cMFvT n?? （ ） 式中 LT —— 折算到電機軸上的負載轉(zhuǎn)矩， N m F—— 工作機構(gòu)直線運動時運動所受到的阻力， N v—— 工作機構(gòu)的線 速度， m/s Mn —— 電動機的轉(zhuǎn)速， r/min c? —— 總的傳動效率 代入數(shù)據(jù)得 5 0 0 0 .19 .5 5 0 .9 10 .3 5 1 5 0 0LT ?? ? ?? N. m 綜合考慮之后，選擇的是淄博床架電機有限公司的產(chǎn)品，其各參數(shù)見表 。 表 電機參數(shù) 型號 輸出轉(zhuǎn)矩 （ N mm） 輸出轉(zhuǎn)速（ r/min） 功率 （ W） 電壓 （ V） 110SZ61 1043 1500 150 12 圖 110SZ61 電機 前后擺機構(gòu)電機選擇 黑龍江工程學院學院本科生畢業(yè)設(shè)計 14 本設(shè)計中，康復(fù)機器人的總體高度大約為 ? m，質(zhì)量 50m? kg，轉(zhuǎn)動角速度w =，轉(zhuǎn)動角度 ? =30176。 對于旋轉(zhuǎn)運動，當系統(tǒng)勻速轉(zhuǎn)動時，機械的負載功率為 g g LP Tw? / ? () 式中 gT —— 負載轉(zhuǎn)矩， N. m Lw —— 旋轉(zhuǎn)角速度， rad/s ? —— 系統(tǒng)的傳動效率 當 ? =30176。時， gT 最大， 且 gT =250Nm，折算到電機上的轉(zhuǎn)矩 LT = gT /（ ? i ） 得到電機的輸出轉(zhuǎn)矩 LT =75Nm，功率 P=40w，轉(zhuǎn)速 n=30rpm； 綜合考慮之后，選擇的是淄博床架電機有限公司的產(chǎn)品，其各參數(shù)見表 。 表 電機參數(shù) 型號 輸出轉(zhuǎn)矩 （ N. mm） 輸出轉(zhuǎn)速（ r/min） 功率 （ W） 電壓 （ V） 110SZ55 83590 40 100 24 圖 110SZ55減速電機 分合機構(gòu)電機選擇 在分合運動的過程中，設(shè)計速度 v=,單只手臂的質(zhì)量 5m? kg， 把手與光桿滑軌的動摩擦因素 ? ，得到運動所受到的阻力 F fN? （ ） 黑龍江工程學院學院本科生畢業(yè)設(shè)計 15 式中 f —— 摩擦系數(shù) N —— 正壓力， N 代入數(shù)據(jù)得 F=15N 因此，分和運動過程當中，所需要的功率 P Fv? （ ） 代入數(shù)據(jù)得到 P= 綜合各方面的因素，所選擇的電機的功率為 P=5W 根據(jù)公式（ ），可得到轉(zhuǎn)換在電機軸上的轉(zhuǎn)矩 LT = 根據(jù)以上所算出的數(shù)據(jù)，選擇的是寧波儀表電機廠的直流減速伺服電機電機，具體各參數(shù)見表 。 表 電機參數(shù) 型號 輸出轉(zhuǎn)矩 （ N. m） 輸出轉(zhuǎn)速（ r/min） 功率 （ W） 電壓 （ V） ZYT20JB60 250 5 12 圖 ZYT20JB60減速電機 手腕轉(zhuǎn)動機構(gòu)電機的選擇 估算手掌的重量 m=1kg，轉(zhuǎn)動的角度 90o?? ，角速度 w =,回轉(zhuǎn)半徑 r=,因此最大功率出即為 90o?? 處，故所需電機的最大功率 P Mw??1W[18] 綜合各方面因素考慮，選擇功率為 2w 的直流伺服減速電機，其廠家為寧波市鄞州易順減速器廠，具體個參數(shù)見表 。 表 電機參數(shù) 黑龍江工程學院學院本科生畢業(yè)設(shè)計 16 減速比 輸出轉(zhuǎn)矩 （ Kg. cm） 輸出轉(zhuǎn)速 （ r/min） 功率 （ W） 電壓 （ V） 1:37~1:388 5 5~500 2 6 圖 手柄處電機 聯(lián)軸器選擇 在升降與前后擺機構(gòu)的聯(lián)軸器選擇中，選擇的是十字滑塊性頂絲式彈性聯(lián)軸器。這種聯(lián)軸器有著許多的優(yōu)點 ① 結(jié)構(gòu)簡單，容易安裝 ② 電器絕緣性能好 ③ 高扭矩、偏心反作用力小、震動吸收性優(yōu) ④ 軸套與滑塊的移動作用、可容許大的偏心與偏角 ⑤ 順時針與逆時針回轉(zhuǎn)特性完全相同。 升降機構(gòu)中，聯(lián)軸器為 G425T；前后擺動機構(gòu)總電機與 渦輪蝸桿連接的減速器是G463T，都是廣州鉅人自動化設(shè)備有限公司的產(chǎn)品，具體各參數(shù)見表 。 在蝸輪蝸桿與前后擺傳動的聯(lián)軸器選擇中，由于其傳動的轉(zhuǎn)矩非常大，故選擇的是 HL 型柱銷彈性聯(lián)軸器，型號是 HL1，其廠家是上海聯(lián)軸器車墩業(yè)務(wù)部 。 表 聯(lián)軸器規(guī)格 型號 最大孔徑mm 容許扭矩 N m 容許偏角（176。） 容許偏心 mm 慣性力矩 質(zhì)量g 經(jīng)彈性系數(shù)Nm/rad 最高回轉(zhuǎn)系數(shù)rpm G425T 10 3 3 10?? 24 125 6000 G463T 25 33 3 10?? 318 1200 2500 蝸輪蝸桿減速器的選擇 在實現(xiàn)康復(fù)機器人前后擺運動的過程當中，為了使患者上肢停在任一位置，本次設(shè)計選擇了用蝸輪蝸桿減速器實現(xiàn)機械自鎖。蝸輪蝸桿具有良好的特性： 黑龍江工程學院學院本科生畢業(yè)設(shè)計 17 ① 零件數(shù)目少，結(jié)構(gòu)緊湊； ② 在蝸桿傳動中，由于蝸桿齒是連續(xù)不斷的螺旋齒，它和蝸輪齒是逐漸進入及逐漸推出嚙合的，同時嚙合的齒對又比較多，故沖擊載荷小，傳動平穩(wěn)，噪聲小； ③ 當蝸桿的螺旋線升角小于嚙合面的當量摩擦角時，蝸桿傳動變具有自鎖性。 在本次設(shè)計中選擇的蝸桿減速器型號是 WD60，廠家是河北橋興減速機制造有限公司。 本章小結(jié) 本章的主要內(nèi)容是對伺服元件進行選擇。在選擇之前，對所需電機的功率、輸出轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等參數(shù)進行了計算，并根據(jù)其結(jié)果進行了相應(yīng)的產(chǎn)品選擇，為下一步的零件設(shè)計奠定了堅實的基礎(chǔ)。 第 4章 機械機構(gòu)設(shè)計與計算 本章對康復(fù)機器人屈伸機構(gòu)中絲杠螺母副、錐齒輪副以及分合運動中同步齒形帶進行了設(shè)計計，并對關(guān)鍵的、受力受扭矩較大的結(jié)構(gòu)進行了相應(yīng)的校核計算。 絲杠設(shè)計 （ 1）耐磨性計算 假定作用于螺桿的軸向力 Fa =250N,螺紋的程艷面積為 A（單位 2mm ），螺紋中徑2d （單位為 mm），螺紋工作高度 h（單位 mm），螺母高度 H（單位 mm），螺紋工作圈 數(shù) Hu P? ，則螺紋工作表面上的耐磨性條件為 ? ?22aaHHF F PFaPPA d h d h??? ? ? ? （ ） 令2Hd?? 則 2Hd?? ，對于梯形螺紋 h=，帶入得 黑龍江工程學院學院本科生畢業(yè)設(shè)計 18 ? ?2 aFPd hP?? ? （ ） 則 ? ?2 aFPd P? ? ，取 Fa =25kg? 10N/kg=250N, 經(jīng)查表取 ? =2，材料為鋼 鑄鐵，速度 v =6~12m/s,??P =4~7MPa，取 ??P =6MPa 2 2500 .8 3 .726d? ? ??mm 根據(jù)實際情況 ，查表選取絲杠公稱直徑 d =16mm, 2d =14mm， P=4mm 螺紋升角 ?=24a r c ta n a r c ta n 3 .1 4 1 4Pd? ? ?=176。 取摩察系數(shù) f = 當量摩擦角 39。? = 0 .1 4a r c ta n a r c ta n 8 .2c o s c o s 3 0f ? ?? ? ?? 絲杠能實現(xiàn)自鎖性能 。 （ 2）螺桿強度計算 由于螺桿所受到的軸向力不是很大，故略 （ 3）螺母螺紋牙強度計算 剪切強度條件 250 0 .2 73 .1 4 1 6 0 .6 5 4 7aFD b u? ?? ? ?? ? ? ?MPa[? ]= 40MPa 螺紋高度 2 2 1 4 2 8Hd? ? ? ? ?，工作圈數(shù) 28 74Hu P? ? ? 彎曲強度 ? ?? ? 22 6 2 5 0 1 6 1 4 / 26 0 . 6 33 . 1 4 1 6 0 . 6 5 4 7ab FlD b u? ? ? ? ?? ? ?? ? ? ?MPa［ b? ］ =45~55MPa