【正文】 最后，再次向所有支持、幫助過我的老師、同學和朋友們表示衷心的感謝。此外，還要感激我的同期在校同學給予的支持和幫助，他們是郝鳳乾、李建、吳海燕等同學，大家相互鼓勵，共同學習和進步。在畢業(yè)設(shè)計的這段時間里，邊老師不但在論文的選題、研究、撰寫等方面給予了悉心的指導(dǎo)，而且在學習、生活和即將就業(yè)上給了我無微不至的關(guān)懷。Automation, Taipei, Taiwan, September 1419, 2003.[14] Kentaro KAYAMA, Ikuko Eguchi YAIRI, and Seiji IGI, SemiAutonomous Outdoor Mobility Support System for Elderly and Disabled People, Proceedings of the 2003 IEEE/RSJ Intl. Conference on Intelligent Robots and Systems Las Vegas, Nevada, October 2003.[15] 曾翔，楊軍，王景川，袁亮，陳衛(wèi)東．“面向助老助殘的智能輪椅開發(fā)”．電氣自動化，已錄用．[16] 費仁元，張慧慧．機器人機械設(shè)計和分析[M]． 北京：北京工業(yè)大學出版社，1998．[17] 戴士杰，栗少云，周國香，岳 宏．移動機器人能源自治研究與進展，河北工業(yè)大學學報，第36 卷第1 期2007 年2 月．[18] 林清安著. Pro/Engineer 野火 基礎(chǔ)零件設(shè)計(上、下) [M]. 北京：電子工業(yè)出版社，．[19] 黃海晶，王志彬，金鴻賓．助行器的演變和發(fā)展，中國矯形外科雜志，第14 卷第18 期，2006 年9 月。參考文獻 參考文獻[1] 謝濤，徐建峰，張永學等．仿人機器人的研究歷史現(xiàn)狀及展望[J].機器人，2002, , ．[2] 張葉蓁, 徐 華．淺談老年人助行器設(shè)計．《藝術(shù)與設(shè)計(理論)》， 2007 年06期．[3] [M]．北京：清華大學出版社．2003．[4] Shane MacNamara and Gerard Lacey, A Smart Walker for the Frail Visually Impaired. Proceedings of the 2000 IEEE International Conference on Robotics B Automaton San Frandsco, CA April 2000.[5] Steven Dubowsky, Frank Genot and et al, PAMMa robotic aid to the elderly for mobility assistance and monitoring: a “helpinghand” for the elderly, Proc. of the 2000 IEEE International Conference on Roboticsamp?？紤]到助行機器人使用的舒適性、安全性和穩(wěn)定性，機械機構(gòu)需要進一步優(yōu)化。本文尚需完善和應(yīng)進一步開展的研究工作如下：1．進一步完善調(diào)試平臺，繼續(xù)對樣機電機和樣機運動進行分析，進而改進控制算法和進一步發(fā)揮傳感器的作用。設(shè)計的正確性，完成了機器人承載能力實驗。重量僅為100g。b) 聯(lián)軸器選用型號：MISUMIMCO301412，最大允許轉(zhuǎn)速為6200rpm。參照選擇手冊， 的聯(lián)軸器。所以容許扭矩一定要大于所需要傳遞扭矩。但是齒輪傳動有側(cè)隙，造成反向運動死區(qū)，必須設(shè)法消除，而且這里需要自鎖功能，所以這里不選用齒輪傳動，在這里選擇蝸輪蝸桿機構(gòu)來聯(lián)接電機和絲杠機構(gòu)，這里選用聯(lián)軸器聯(lián)接絲杠機構(gòu)和蝸輪蝸桿機構(gòu)。數(shù)量：1 ，重量：420g額定轉(zhuǎn)速為6000r/min。參考輸出扭矩等數(shù)據(jù)。 電機及減速器等的選擇電機是通過連軸器連接并驅(qū)動滾珠絲杠，從而由螺母帶動扶架上下移動的。代入各項數(shù)據(jù):其工作時的應(yīng)力為:而,滿足條件,。載荷校驗計算絲杠細長比:為工作長度， l=359， 為小徑為17mm。采用MISUMI 公司的型號為： BSSZ2005500SWC13 的滾珠絲杠機構(gòu)， 靜載荷為1470N，顯然滿足承載要求。圖36 升降機構(gòu) 絲杠螺母選擇由于滾珠絲杠結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、無自鎖功能，但摩擦阻力小、傳動效率高（92%~98%）、傳動精度高[20]，所以本升降平臺采用滾珠絲杠螺母機構(gòu)來實現(xiàn)升降運動。升降機構(gòu)主要受彎矩和壓力，助行機器人本身的重量和使用者的重量的沖擊也會對升降機構(gòu)產(chǎn)生很大的傾覆力矩，所以升降結(jié)構(gòu)必須具有足夠的強度和剛度。 確定設(shè)計方案按照上面分析的設(shè)計要求，機器人升降機構(gòu)應(yīng)該考慮有一個適當?shù)纳仙拖陆蹈叨取D35 驅(qū)動模塊 非驅(qū)動輪模塊非驅(qū)動輪模塊主要就是萬向輪和其安裝裝置組成，該模塊設(shè)計的主要考慮其在助行機器人上的固定方式，同時考慮安裝螺母的易拆卸性，保證拆卸空間，同時保證非驅(qū)動輪安裝板設(shè)計強度足夠，并且方便整體裝配性能。根據(jù)傘齒輪的載荷（扭矩 M ）選用傳動比 i = 1 模數(shù) m = 2 的一對KHK傘齒輪： SMS220L 與 SMS220L。材料為鑄造鋁合金ZL401。l=580mm，b=80m， h=12mm。根據(jù)鋼度條件式：,經(jīng)過受力分析， 考慮安全系數(shù)和充氣輪軸承處為最小軸直徑，配合孔徑最小軸直徑為16彎曲剪切應(yīng)力校核計算如下： 圖32 固定心軸,r= 軸一端為法蘭盤，另一端為螺紋，螺紋端有螺母鎖死，強度足夠，螺紋端直徑取為M12，長15。在這里估算彎曲正應(yīng)力：受力分析見圖如36 所示，F(xiàn)1 為所受彎曲力，F(xiàn)2， F3 分別為驅(qū)動輪內(nèi)部軸承受的徑向力。材料選用45 鋼，熱處理采用調(diào)質(zhì)處理，增大抗彎強度，抗彎許用拉應(yīng)力為275MPa。大鏈輪：型號：SP40B20N40，數(shù)量為2，重量為760g。4) 確定實際中心距離a:?查詢MISUMI，選取鏈條型號：CHE4054（節(jié)數(shù)只能取偶數(shù)），與電機減速器軸連接。2) 計算鏈節(jié)數(shù)初步取，取偶數(shù)值，節(jié)。，鏈輪鏈條傳動比取為2。同時鏈傳動能在高溫及速度較低的情況下工作。最大外徑為35mm，小于36mm 都滿足要求。電機減速器軸為輸入軸為減速器軸，直徑為1 d =10mm ，輸出軸直徑2 d =15mm，選用聯(lián)軸器的型號為MCO341015，為MISUMI 公司生產(chǎn)的產(chǎn)品，重量為155g。由于電機需要頻繁正反轉(zhuǎn)，電機在啟動和停止或者變向時候的最大力矩大于工作力矩，將安全率預(yù)計為10， 10 = 。減速器軸輸出轉(zhuǎn)速最高為191rpm，選用比電機規(guī)格（直徑36mm）小而且最高允許轉(zhuǎn)速足夠的聯(lián)軸器。如圖34 所示。額定電壓為5v，離合器總寬為43mm。關(guān)于制動的選擇利用電機自帶的制動器即可。 重量為：242g。；參考選擇手冊，所選減速器減速比略小，在這里選用i=16 的行星齒輪減速器，如果減速比過大，可能工作最大速度達不到。 行星齒輪減速器選擇選用輪子直徑為d=200mm。其額定轉(zhuǎn)速為6200rpm，滿足電機工作的最大轉(zhuǎn)速要求。滿足此機器人輪驅(qū)動工作要求，考慮一定余量， 電機。c) 所選電機的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩通常要大于所需的峰值轉(zhuǎn)矩，即：MHMmax。 直流伺服電機選擇原則：a) 連續(xù)運行的特征是通過工作點(MB, nB)，則在考慮電機型號選擇中，電機的連續(xù)轉(zhuǎn)矩作為主要部分必須要認真對待，即：McontMB?？紤]后輪是采用差速驅(qū)動，由技術(shù)指標可知行走速度v=1m/s，又加上輪子半徑R ，所以輪子角速度10rad/s動輪所需功率42w。 電機驅(qū)動單元的選擇 電機功率的計算：功率計算：由于=M 為電機對輪子產(chǎn)生的驅(qū)動力矩，為傳動總效率，為輪子轉(zhuǎn)速。安裝高度：190mm。型號：WL1131A160 40。考慮承載和需要轉(zhuǎn)向的功能，采用直徑為6 inch 的絲扣萬向輪。 底盤模塊的相關(guān)計算與電機選擇 驅(qū)動輪的選擇 考慮對地面的抓地力，驅(qū)動輪選用沖氣輪，直徑為8 inch，采用差速驅(qū)動的方式運動。氣壓傳動比起其他傳動運動精度較差，但由于容易達到高速，所以多數(shù)用在完成簡易作業(yè)的搬運機器人上。流體傳動分為液壓傳動和氣壓傳動。其缺點是：無預(yù)緊時存在間隙；由于繩索的蠕變和老化會使傳動不穩(wěn)定；傳動效率低。這種機構(gòu)主要用于小載荷的傳遞，比如手指的驅(qū)動。鋼絲繩傳動可用于遠距離動力傳遞。五、其他傳動機構(gòu)在機器人傳動機構(gòu)中，常用的還有鋼帶傳動機構(gòu)、鋼絲繩傳動機構(gòu)、連桿傳動機構(gòu)，凸輪傳動及流體傳動等[17]。其特點是：體積小，傳遞動力較大，傳動效率可高達 ～；傳動比大，從 1/7～7；是一種無滑動的撓性傳動，平均傳動比不變；可實現(xiàn)軸間距大的傳動；瞬時速比波動；磨損后鏈條易伸長，若無張緊裝置，不宜用于方向變換的傳動中。鏈傳動的種類較多，在機器人中主要使用精密套筒滾子鏈傳動。靜壓絲杠螺母傳動由于絲杠螺母間有剛性的油膜，可用于傳動精度高、定位精度高以及傳動效率要求較高的機器人中。其缺點是：不自鎖，必須增設(shè)制動或自鎖裝置；結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本高。滾珠絲杠傳動是在絲杠螺母間放入適量的滾珠，使絲杠和螺母間的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦的螺旋傳動。二、絲杠螺母傳動絲杠螺母傳動有靜壓式、滑動式和滾珠式等。蝸桿傳動的特點是：傳動平穩(wěn)，振動、沖擊和噪聲都很??；能以單級傳動獲得較大的傳動比，結(jié)構(gòu)緊湊；由于蝸桿螺牙與輪齒面間嚙合摩擦損失較大，因而傳動效率比齒輪傳動低。5．蝸桿傳動機構(gòu)蝸桿傳動用于傳遞空間交錯的兩軸間的運動和轉(zhuǎn)矩，常見的是軸交角 90176。行星齒輪傳動和圓柱齒輪傳動相比具有質(zhì)量輕、體積小、傳動比大、效率高等優(yōu)點；缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求較高。4．行星傳動機構(gòu)由于電動機是高轉(zhuǎn)速、小力矩的驅(qū)動器，而機器人通常卻要求低轉(zhuǎn)速、大力矩，因此，常用行星齒輪機構(gòu)減速器來完成速度和力矩的變換與調(diào)節(jié)。傳動效率高，單級傳動效率約為 65％～90％。3．諧波齒輪傳動機構(gòu)諧波傳動是利用一個構(gòu)件的可控制的彈性變形來實現(xiàn)機械運動的傳遞。的標準齒輪，徑向力大約是傳動力的 ，其缺點是：當傳動比加大時，齒輪的尺寸也加大；為了考慮膨脹和制造安裝的誤差，有齒側(cè)間隙存在。2．直齒圓柱齒輪傳動機構(gòu)直齒輪傳動是傳動機構(gòu)中最長見的形式，在機器人中也得到了廣泛的應(yīng)用。其缺點是：運轉(zhuǎn)中有噪聲、沖擊和振動，并產(chǎn)生動載荷；無過載保護功能。下面介紹幾種機器人常用的傳動機構(gòu)。 傳動元件的選擇為了提高機器人的運動速度和控制精度，要求機器人的傳動機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量輕、無間隙和響應(yīng)快的特點。HD 電動機(High Density Motor)是一種小型大轉(zhuǎn)矩(大推力)的電動機，電動機可直接與負載連接，可應(yīng)用在系統(tǒng)定位精度要求高的機器人產(chǎn)品中。由于齒輪傳動存在間隙，系統(tǒng)精度不易提高，若對功率體積比要求不十分嚴格，而對于精度有嚴格的要求，則最好取消減速齒輪，采用大力矩的低速電機，配以高分辨率的光電編碼器及高靈敏度的測速發(fā)電機，實現(xiàn)直接驅(qū)動。低速電機主要用于系統(tǒng)精度要求高的機器人。在機器人驅(qū)動系統(tǒng)中多采用永磁式直流伺服電機。直流伺服電機的工作原理和基本結(jié)構(gòu)均與一般動力用直流電機相同。直流伺服電機在機器人中應(yīng)