編號(hào)： 畢業(yè)設(shè)計(jì)( 論文)任務(wù)書題 目： 康復(fù)機(jī)器人的設(shè)計(jì) 學(xué) 院：專 業(yè)：學(xué)生姓名：學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)教師單位：姓 名：職 稱：題 目 類 型 ： ?理 論 研 究 ?實(shí) 驗(yàn) 研 究 ?工 程 設(shè) 計(jì) ?工 程 技 術(shù) 研 究 ?軟 件 開(kāi) 發(fā)一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容隨著社會(huì)老齡化、疾病、事故造成的人體肢體運(yùn)動(dòng)功能障礙的增加以及人們對(duì)身體健康、康復(fù)質(zhì)量的重視，可以有效提高患者康復(fù)效果和效率的康復(fù)機(jī)器人成為康復(fù)工程領(lǐng)域的重要研究?jī)?nèi)容。采用治療師為運(yùn)動(dòng)功能障礙患者進(jìn)行一對(duì)一訓(xùn)練時(shí)，訓(xùn)練效果受治療師水平的影響，而且缺乏評(píng)價(jià)訓(xùn)練參數(shù)和康復(fù)效果關(guān)系的客觀數(shù)據(jù)，難以對(duì)訓(xùn)練參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化以獲得最佳治療方案。 因此，人們開(kāi)始研制患者運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)機(jī)器人。開(kāi)展能夠?qū)崿F(xiàn)人機(jī)交互、協(xié)調(diào)的踝關(guān)節(jié)康復(fù)機(jī)器人的設(shè)計(jì)研究具有重要現(xiàn)實(shí)意義。具體內(nèi)容如下：1、了解上肢運(yùn)動(dòng)功能障礙的主要原因和所需康復(fù)的運(yùn)動(dòng)方法，進(jìn)行調(diào)研；2、研究針對(duì)上肢功能障礙的康復(fù)機(jī)器人結(jié)構(gòu)；3、設(shè)計(jì)康復(fù)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)，繪制零部件圖和裝配圖。二、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的要求與數(shù)據(jù)1、分析人體上肢的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)學(xué)，結(jié)合人機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，機(jī)器人的設(shè)計(jì)為輔助人體上肢肩、肘、腕三個(gè)關(guān)節(jié)同時(shí)參與運(yùn)動(dòng)的外骨骼式機(jī)器人；2、康復(fù)機(jī)器人至少為 3 個(gè)以上自由度，具有良好的人機(jī)協(xié)調(diào)功能；3、結(jié)構(gòu)合理，零部件設(shè)計(jì)要綜合考慮制造工藝的因素；4、用三維軟件建立康復(fù)機(jī)器人的模型；三、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）應(yīng)完成的工作整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)應(yīng)該完成以下工作：1、完成二萬(wàn)字左右的畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文） ；在畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（論文）中必須包括詳細(xì)的 300-500 個(gè)單詞的英文摘要；2、獨(dú)立完成與課題相關(guān)，不少于四萬(wàn)字符的指定英文資料翻譯（附英文原文） ；3、設(shè)計(jì)裝配圖及零件圖。4、完成繪圖工作量折合 A0 圖紙 3 張以上，其中必須包含兩張 A3 以上的計(jì)算機(jī)繪圖圖紙；四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)[1] 任仲貴. CAD/CAM 原理 [M]. 北京：清華大學(xué)出版社，1991.9.[2] 王明強(qiáng). 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)[M]. 北京：科學(xué)出版社，2002.[3] [Hong-Chao Zhang and Enhao Lin. A hybrid-graph approach for automated setup planning in CAPP. Robotics and Computer Integrated Manufacturing [J], 1999, 15: 89?100.[4] Y. Zhang, W. Hu and Y. Rong et al. Graph-based set-up planning and tolerance decomposition for computer-aided fixture design. International Journal of Production Research [J], 2001, 39(14): 3109?3126.[5] 吳宗澤. 機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.五、試驗(yàn)、測(cè)試、試制加工所需主要儀器設(shè)備及條件計(jì)算機(jī)一臺(tái)SolidWorks 軟件一套AutoCAD 軟件一套任務(wù)下達(dá)時(shí)間：2012 年 01 月 09 日畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)始與完成時(shí)間：2012 年 01 月 09 日至 2012 年 06 月 03 日組織實(shí)施單位：教研室主任意見(jiàn)：簽字： 2011 年 12 月 30 日院領(lǐng)導(dǎo)小組意見(jiàn)：簽字： 2012 年 01 月 05 日編號(hào)： 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)說(shuō)明書題 目： 康復(fù)機(jī)器人的設(shè)計(jì) 院 （系）：專 業(yè)：學(xué)生姓名：學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)教師：職 稱：題 目 類 型 ： ?理 論 研 究 ?實(shí) 驗(yàn) 研 究 ?工 程 設(shè) 計(jì) ?工 程 技 術(shù) 研 究 ?軟 件 開(kāi) 發(fā)編號(hào)： 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告題 目： 康復(fù)機(jī)器人的設(shè)計(jì) 院 （系）：專 業(yè)：學(xué)生姓名：學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)教師單位：姓 名：職 稱：題 目 類 型 ： ?理 論 研 究 ?實(shí) 驗(yàn) 研 究 ?工 程 設(shè) 計(jì) ?工 程 技 術(shù) 研 究 ?軟 件 開(kāi) 發(fā)- 1 -1．畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容、重點(diǎn)和難點(diǎn)等主要任務(wù)：1、擬定傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)方案； 2、電動(dòng)機(jī)型號(hào)的選擇；3、傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)參數(shù)的選擇及計(jì)算； 4、繪制裝配圖、零件圖；5、康復(fù)機(jī)器人至少為 3 個(gè)以上自由度，具有良好的人機(jī)協(xié)調(diào)功能；6、結(jié)構(gòu)合理，零部件設(shè)計(jì)要綜合考慮制造工藝的因素；7、本設(shè)計(jì)為輔助人體上肢肩、肘、腕三個(gè)關(guān)節(jié)同時(shí)參與運(yùn)動(dòng)的外骨骼式機(jī)器人；8、利用 UG 繪制設(shè)計(jì)好的零件并裝配仿真； 9、編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書；重點(diǎn)：1、康復(fù)機(jī)器人的各傳動(dòng)部件機(jī)械設(shè)計(jì)與計(jì)算、校核；2、運(yùn)用 UG 軟件完成三維實(shí)體的建模，零件裝配；難點(diǎn)：1.康復(fù)機(jī)器人的各個(gè)零件機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算與校核；2. UG 三維軟件的學(xué)習(xí)與應(yīng)用；3. 設(shè)計(jì)方案的驗(yàn)證與分析；2．準(zhǔn)備情況（查閱過(guò)的文獻(xiàn)資料及調(diào)研情況、現(xiàn)有設(shè)備、實(shí)驗(yàn)條件等）- 2 -查閱過(guò)的文獻(xiàn)資料：1. 任仲貴. CAD/CAM 原理[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，1991.9.2. 王明強(qiáng). 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)[M]. 北京：科學(xué)出版社，2002.3. Hong-Chao Zhang and Enhao Lin. A hybrid-graph approach for automated setup planning in CAPP. Robotics and Computer Integrated Manufacturing [J]4. Y. Zhang, W. Hu and Y. Rong et al. Graph-based set-up planning and tolerance decomposition computer-aided fixture design. International Journal of Production Research [J], 2001, 39(14): 3109?3126.5. Robert L.Mott. Machine Elements in Mechanical Design[M].Beijing:China6. 吳宗澤. 機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.7. 金春林，邱慧芳，張皆喜.AVR 系列單片機(jī) C 語(yǔ)言編程與應(yīng)用實(shí)例[M].清華大學(xué)出版社，2003.8. 孫桓、陳作模 葛文杰 機(jī)械原理 第七版 高等教育出版社 20079. 王昆、何小柏 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 高等教育出版社 2006現(xiàn)有設(shè)備：計(jì)算機(jī)一臺(tái) SolidWorks 和 AutoCAD 軟件各一套實(shí)驗(yàn)條件：機(jī)械創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室3、實(shí)施方案、進(jìn)度實(shí)施計(jì)劃及預(yù)期提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)資料2 月 23 日—2 月 29 日 收集資料和撰寫開(kāi)題報(bào)告3 月 01 日—4 月 01 日 資料的整理及軟件的學(xué)習(xí)4 月 02 日—4 月 30 日 對(duì)相關(guān)零部件以及結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算、校核5 月 01 日—5 月 11 日 繪制三維實(shí)體并進(jìn)行仿真分析5 月 12 日—5 月 25 日 整理全部資料，初步形成報(bào)告，交與老師檢查5 月 26 日—5 月 31 日 提交全部畢業(yè)設(shè)計(jì)文件及進(jìn)行答辯準(zhǔn)備指導(dǎo)教師意見(jiàn)指導(dǎo)教師（簽字）：2012 年 2 月 日- 3 -開(kāi)題小組意見(jiàn)開(kāi)題小組組長(zhǎng)（簽字）：2012 年 月 日院（系、部）意見(jiàn)主管院長(zhǎng)（系、部主任）簽字：2012 年 3 月 日第 1 頁(yè) 共 2 頁(yè)進(jìn)度計(jì)劃表學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào) 序號(hào) 起止日期 計(jì)劃完成內(nèi)容 實(shí)際完成內(nèi)容 檢查日期檢查人簽名1 1.09-1.15 查找翻譯資料 在圖書館查看到 3 篇與本畢設(shè)相關(guān)英文文摘2 2.20-2.26 翻譯英文資料并排版 翻譯 3 篇英文文摘，并對(duì)其進(jìn)行排版3 2.27-3.4 了解畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)，查閱 畢業(yè)設(shè)計(jì)相關(guān)資料 開(kāi)始著手查找有關(guān)畢業(yè)設(shè)計(jì)的相關(guān)書籍及資料4 3.5-3.11 撰寫并提交開(kāi)題報(bào)告 寫開(kāi)題報(bào)告，查找相關(guān)康復(fù)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)資料5 3.12-3.18 收集與整理資料 對(duì)查找到的資料進(jìn)行匯總以及相關(guān)軟件的學(xué)習(xí)掌握6 3.19-3.25 設(shè)計(jì)方案的評(píng)定與選擇 對(duì)相關(guān)資料進(jìn)行篩選7 3.26-4.1 康復(fù)機(jī)器人整體框架 參考相關(guān)產(chǎn)品對(duì)康復(fù)機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)初步定型8 4.2-4.08 康復(fù)機(jī)器人的機(jī)械手指機(jī)構(gòu) UG 繪制機(jī)械手指的三維效果圖(本表同時(shí)作為指導(dǎo)教師對(duì)學(xué)生的 16 次考勤記錄)第 2 頁(yè) 共 2 頁(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度計(jì)劃表（續(xù)）學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 序號(hào) 起止日期 計(jì)劃完成內(nèi)容 實(shí)際完成內(nèi)容 檢查日期檢查人簽名9 4.09-4.15 康復(fù)機(jī)器人的上肢鍛煉模 塊 UG 繪制機(jī)械手臂并考慮所選擇的驅(qū)動(dòng)形式10 4.16-4.22 下肢鍛煉模塊 動(dòng)感單車突發(fā)靈感，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造 UG 繪制11 4.23-4.29 傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)方案 各個(gè)模塊的傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)12 4.30-5.6 各部件的強(qiáng)度校核 各個(gè)部件的材料選擇以及強(qiáng)度校核13 5.7-5.13 繪制二維圖 通過(guò) UG 導(dǎo)出二維圖，并對(duì)導(dǎo)出圖進(jìn)行修改14 5.14-5.20 撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 參考查找的資料，撰寫說(shuō)明書，并按要求排版15 5.21-5.26 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，提交論文 提交畢業(yè)設(shè)計(jì)的相關(guān)資料任務(wù)下達(dá)時(shí)間：2012 年 01 月 09 日 編號(hào)： 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)說(shuō)明書題 目： 康復(fù)機(jī)器人的設(shè)計(jì) 院 （系）：專 業(yè)：學(xué)生姓名：學(xué) 號(hào)：指導(dǎo)教師：職 稱：題 目 類 型 ： ?理 論 研 究 ?實(shí) 驗(yàn) 研 究 ?工 程 設(shè) 計(jì) ?工 程 技 術(shù) 研 究 ?軟 件 開(kāi) 發(fā)編號(hào)： 摘 要康復(fù)機(jī)器人的相關(guān)技術(shù)是集機(jī)械學(xué)、醫(yī)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)以及機(jī)器人技術(shù)等諸多學(xué)科為一體的新型交叉科研領(lǐng)域，伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，康復(fù)機(jī)器人技術(shù)得到了空前快速的發(fā)展，人們對(duì)康復(fù)醫(yī)療機(jī)械的技術(shù)要求也伴隨著生活水平的提高而日益增加，其目的主要在于克服及治療人類肢體功能障礙，使其最大極限地恢復(fù)原有的功能，實(shí)現(xiàn)最大程度的生活自理，提高生活質(zhì)量。對(duì)于市面上現(xiàn)有的康復(fù)設(shè)備而言，產(chǎn)品功能過(guò)于單一，并且體積比較龐大，沒(méi)能實(shí)現(xiàn)整個(gè)手臂和手指關(guān)節(jié)及下肢康復(fù)的集成產(chǎn)品。在這樣的技術(shù)背景下，我國(guó)的康復(fù)器械正處于起步階段，伴隨著患者數(shù)量增加，醫(yī)療師資源的匱乏。就此現(xiàn)狀，發(fā)展康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的實(shí)際意義變得更加重大。不過(guò)隨著康復(fù)機(jī)器人的研究和技術(shù)的發(fā)展，有望進(jìn)一步化簡(jiǎn)醫(yī)生和患者“一對(duì)一”的繁重醫(yī)療過(guò)程，推動(dòng)患者享有最優(yōu)質(zhì)的康復(fù)服務(wù)的目標(biāo)。所以本設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外康復(fù)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用等方面的總結(jié)，提出了一種新型綜合的康復(fù)機(jī)器人康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人設(shè)計(jì)方案，主要針對(duì)上肢運(yùn)動(dòng)功能障礙患者的康復(fù)訓(xùn)練，在上肢康復(fù)的同時(shí)也可以進(jìn)行下肢的鍛煉，能夠更好的幫助患者早日恢復(fù)健康，身體恢復(fù)原有的運(yùn)動(dòng)能力。具體工作如下:依據(jù)康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人的應(yīng)用對(duì)象和應(yīng)用場(chǎng)合的不同，首先分析了現(xiàn)有康復(fù)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn).通過(guò)對(duì)各種設(shè)計(jì)方案的比較，確定了機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)方案，包括機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)部件強(qiáng)度的分析、驅(qū)動(dòng)方式的選擇、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及選擇等。關(guān)鍵詞：醫(yī)療器械；康復(fù)機(jī)器人；機(jī)械手指ABSTRACTRehabilitation robot technology mechanics, medicine, computer science and robotics technology, capacity and many other disciplines as one of the new cross-field of scientific research, along with the development of science and technology, rehabilitation robotics has been an unprecedented rapid development, people the technical requirements of the mechanical rehabilitation therapy along with the improvement of living standards and increasing its main purpose is to overcome and treatment of human dysfunction or disease, so that the maximum limit to replace or restore the original function, to achieve the greatest degree of self-care, improve quality of life.For today's social rehabilitation equipment, the product is relatively homogeneous and relatively large size, have not been able to achieve the integrated product of the entire arm and finger joints and lower limb rehabilitation. This technical background, the rehabilitation of machinery in China today is in its infancy, along with the increase in the number of patients, lack of resources for medical division. This stat us the development of training robot even more significant. But with the rehabilitation robot research and technology development is expected to further of Jane doctors and patients, “one to one“ heavy medical procedures, and promote the goal of patients enjoy the highest quality rehabilitation services. This design is a summary of the domestic and international development and application of the rehabilitation robot, a new rehabilitation robotRehabilitation training robot design, mainly for the rehabilitation training of the upper limb motor function disorders, while the upper limb rehabilitation can also lower limb exercise, better able to help patients recover soon, the body to restore the original athletic ability.Specific activities include the following:According to the application objects and the different applications in rehabilitation training robot, first analyzes the characteristics of the mechanical structure of the existing rehabilitation robots through the comparison of various design options to determine the overall design of the robot, including the design of mechanical structures, intensity analysis of the robot moving parts, the choice of the drive mode, the transmission structure design and selection.Key words Medical equipment；Rehabilitation robot ；Mechanical finger mechanism 目 錄第一章 緒論 11.1 課題背景.11.2 研究的目的和意義.21.3 背景分析.3第二章 機(jī)械手指結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 52.1 產(chǎn)業(yè)化機(jī)械手指的結(jié)構(gòu).52.2 人手的生物學(xué)特性分析.62.3 傳動(dòng)系統(tǒng)的比較.72.4 外骨骼手指機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)102.5 錐齒輪選擇和強(qiáng)度校核122.6 電動(dòng)機(jī)類別的選擇15第三章 機(jī)械手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .183.1 連桿及自由度的設(shè)計(jì)183.2 手臂的運(yùn)動(dòng)模式193.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)193.4 關(guān)節(jié)電機(jī)的選擇19第四章 鏈輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 214.1 鏈傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和應(yīng)用214.2 鏈傳動(dòng)的受力分析224.3 滾子鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算234.4 鏈的尺寸計(jì)算26第五章 軸的設(shè)計(jì) 275.1 軸的概述275.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)275.3 軸的校核275.4 軸的材料選擇 31第六章 下肢康復(fù)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) .326.1 飛輪設(shè)計(jì)326.2 調(diào)速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)33謝 辭 36參考文獻(xiàn) 37第一章 緒論1.1 課題背景第二次抽樣調(diào)查統(tǒng)計(jì)的結(jié)果顯示，我國(guó)各類殘疾人總數(shù)已達(dá)到 8200 萬(wàn)之多，占據(jù)全國(guó)總?cè)丝诘?6.34%。殘疾人的總數(shù)與 1987 年中國(guó)進(jìn)行第一次抽查時(shí)相比，已增加了3000 多萬(wàn)，其中肢體殘疾人數(shù)超過(guò) 2412 萬(wàn)。此外，由中風(fēng)引起的殘疾人數(shù)近年來(lái)也呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，我國(guó)中風(fēng)病患者每年增加 660 多萬(wàn)，其中 1/3 以上的患者最終會(huì)導(dǎo)致死亡，當(dāng)下中風(fēng)已成為導(dǎo)致死亡的第三大罪魁禍?zhǔn)?，其致殘率甚至高達(dá) 75%。在青壯年人群中，由于交通事故、工傷等原因，也會(huì)出現(xiàn)了許多的肢體殘疾者?？祻?fù)機(jī)器人技術(shù)研究是近 30 年來(lái)迅速發(fā)展起來(lái)的一門綜合性較強(qiáng)的學(xué)科。它綜合了機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)、力學(xué)、機(jī)構(gòu)學(xué)人工智能、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)工程、傳感技術(shù)、仿生學(xué)等學(xué)科，該項(xiàng)學(xué)科已經(jīng)嫣然成為最新的技術(shù)研究成果，它充分的體現(xiàn)了機(jī)電一體化多學(xué)科互相滲透，結(jié)合的特點(diǎn)，代表了機(jī)電一體化的最高成就?？祻?fù)訓(xùn)練機(jī)器人是近些年來(lái)才涌現(xiàn)的一種新型機(jī)器人。本文主要是研究外骨骼康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人，康復(fù)機(jī)器人正是機(jī)器人技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。伴隨著人民生活水平的提高和科技進(jìn)步，我國(guó)和世界上的許多國(guó)家一樣，正逐漸步入老齡化，而在老齡人群之中有大量的腦血管疾病和神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者，這類患者多數(shù)會(huì)伴有偏癱癥狀。與此同時(shí)，由于交通運(yùn)輸工具的迅速增長(zhǎng)，因?yàn)榻煌ㄊ鹿识鴮?dǎo)致神經(jīng)性損傷或者是肢體損傷的人數(shù)也在呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。醫(yī)學(xué)理論和臨床醫(yī)學(xué)證實(shí)，這類患者除了必要的臨床手術(shù)治療和必要的藥物治療以外，科學(xué)、正確、有效的康復(fù)訓(xùn)練對(duì)于那些肢體運(yùn)動(dòng)功能有障礙的患者起到非常重要的恢復(fù)和提高的作用.康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人作為一種機(jī)電結(jié)合的自動(dòng)化康復(fù)醫(yī)療儀器，以醫(yī)學(xué)理論為治療的依據(jù)，幫助患者進(jìn)行有效而又科學(xué)的康復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而使患者的運(yùn)動(dòng)機(jī)能得到最大限度的恢復(fù)?？祻?fù)機(jī)器人由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制，康復(fù)訓(xùn)練在設(shè)定的程序下自動(dòng)進(jìn)行，根據(jù)病人的實(shí)際的情況，調(diào)節(jié)其運(yùn)動(dòng)的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)最佳的康復(fù)訓(xùn)練效果。此外康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人還可以作為健康的老年人體育運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練器械?？祻?fù)機(jī)器人的研究貫穿了多個(gè)研究領(lǐng)域，儼然已經(jīng)成為了國(guó)際機(jī)器人領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)、焦點(diǎn)。康復(fù)的含義是受創(chuàng)傷或者得了某些疾病后通過(guò)治療，又恢復(fù)了患者肢體或器官的正常的功能或形狀。通俗的來(lái)講，康復(fù)工程主要是致力于為患者提供諸如此類輔助裝置。從而把那些先進(jìn)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)引入到醫(yī)療康復(fù)工程中來(lái)，最終在康復(fù)機(jī)器人的機(jī)構(gòu)中得以很好的體現(xiàn)，形成了康復(fù)醫(yī)學(xué)和機(jī)器人技術(shù)的完美結(jié)合。目前來(lái)說(shuō)康復(fù)機(jī)器人已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到了康復(fù)護(hù)理、裝配人體假肢、康復(fù)治療、康復(fù)訓(xùn)練等各個(gè)方面，這不僅促進(jìn)了康復(fù)機(jī)械在醫(yī)學(xué)的發(fā)展，也帶動(dòng)了相關(guān)領(lǐng)域的理論和新技術(shù)發(fā)康復(fù)機(jī)器人是醫(yī)用機(jī)器人和工業(yè)機(jī)器人的完美結(jié)合。人們第一次想要嘗試把為殘疾人服務(wù)的機(jī)器人產(chǎn)品化還要追溯到在上世界 60 年代到 70 年代。當(dāng)時(shí)的一些實(shí)踐證明那個(gè)時(shí)期人們的嘗試都是以最后的失敗而告終，其失敗的原因主要有兩方：第一個(gè)方面就是機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不理想，不夠人性化，尤其是沒(méi)有良好的控制系統(tǒng)；第二個(gè)方面主要是技術(shù)的原因，單價(jià)太高導(dǎo)致了康復(fù)機(jī)器人最終想要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化的目標(biāo)失敗。上世紀(jì) 80 年代是康復(fù)機(jī)器人研究的起步階段，美國(guó)、英國(guó)和加拿大等一些發(fā)達(dá)國(guó)家在康復(fù)機(jī)器人研究方面已經(jīng)處于世界的領(lǐng)先地位。在 1990 年以前全球的 56 個(gè)康復(fù)機(jī)器人研究中心分布在 5 個(gè)工業(yè)區(qū)內(nèi)：英聯(lián)邦，加拿大，斯堪的納維亞半島，歐洲大陸和北美及日本。在 1990 年以后一些發(fā)達(dá)國(guó)家在康復(fù)機(jī)器人方面的研究就進(jìn)入到全面發(fā)展時(shí)期。1.2 研究的目的和意義為了能夠幫助眾多肢體殘疾病人得到有效、及時(shí)的治療，特別是提高肢體殘疾人生活自理的能力，使更多殘疾人的肢體功能得以恢復(fù)原有的運(yùn)動(dòng)能力，所以康復(fù)機(jī)器人便騰空出世，使那些失去部分人體機(jī)能的病人得到一部分肢體功能的補(bǔ)償?？梢钥闯鰴C(jī)電結(jié)合的康復(fù)機(jī)器人對(duì)肢體功能有障礙的病人的康復(fù)起到了十分重要的作用。目前國(guó)內(nèi)外研究表明，大腦的神經(jīng)系統(tǒng)具有一定的可塑性，大腦運(yùn)動(dòng)神經(jīng)功能的萎縮主要源于長(zhǎng)期的不運(yùn)動(dòng)，然而數(shù)據(jù)表明通過(guò)行之有效的治療，能夠恢復(fù)受損運(yùn)動(dòng)神經(jīng)的部分功能，而且 90%的中風(fēng)患者可以恢復(fù)其獨(dú)自步行的能力和生活自理的能力，有些人還能恢復(fù)其工作能力。醫(yī)療器械的康復(fù)機(jī)器人不同于普通的工業(yè)機(jī)器人，康復(fù)機(jī)器人需要與人體直接進(jìn)行作用接觸，因此，如何保證病人在康復(fù)訓(xùn)練過(guò)程中既安全又舒適，便成為康復(fù)機(jī)器人設(shè)計(jì)中需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題之一。為了更好的適應(yīng)人體的運(yùn)動(dòng)模式，必須針對(duì)康復(fù)機(jī)器人的使用特點(diǎn)進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)，對(duì)其整體機(jī)械結(jié)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行部位的特殊設(shè)計(jì)。在病人康復(fù)訓(xùn)練初期，康復(fù)機(jī)器人需要帶動(dòng)患者的肢體運(yùn)動(dòng)，以一定的運(yùn)動(dòng)力實(shí)現(xiàn)安全的主動(dòng)運(yùn)動(dòng);在患者肢體功能逐漸恢復(fù)以后，為了能夠更好的增強(qiáng)康復(fù)訓(xùn)練效果，康復(fù)機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)給患肢施加一定的附加載荷，實(shí)現(xiàn)由肢體帶動(dòng)的被動(dòng)運(yùn)動(dòng)?？祻?fù)機(jī)器人在外骨骼輔助患者肢體運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，其整體的機(jī)械結(jié)構(gòu)也能夠很好的主動(dòng)順應(yīng)肢體的動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)康復(fù)訓(xùn)練安全性和舒適性的根本保證，同時(shí)這也是康復(fù)機(jī)器人機(jī)構(gòu)區(qū)別于一般傳統(tǒng)機(jī)器人機(jī)構(gòu)的根本特征，而且這也是制約康復(fù)機(jī)器人應(yīng)用的一個(gè)瓶頸問(wèn)題。研究設(shè)計(jì)實(shí)用的符合病人康復(fù)理念的康復(fù)機(jī)器人，必須要先設(shè)計(jì)出安全可靠、符合人體工程學(xué)要求的康復(fù)機(jī)器人。整體結(jié)構(gòu)及其各個(gè)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)模式?？祻?fù)機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)要同時(shí)具備外骨骼式的可穿戴，重量較輕等特質(zhì)。康復(fù)運(yùn)動(dòng)的形式要綜合，康復(fù)訓(xùn)練過(guò)程中要有安全舒適等特點(diǎn)。要想更加全面的研究康復(fù)機(jī)器人必須要先解決其整體結(jié)構(gòu)以及驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使它的在可穿戴性及舒適性方面能夠滿足人體工程學(xué)的要求，否則將會(huì)嚴(yán)重影響到康復(fù)機(jī)器人的臨床應(yīng)用的效果，進(jìn)而影響了康復(fù)機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，鑒于當(dāng)今社會(huì)的研制康復(fù)機(jī)器人市場(chǎng)需求的迫切性，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)研究具有人體工程學(xué)特點(diǎn)康復(fù)機(jī)器人的整體結(jié)構(gòu)及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，勢(shì)必具有較好的市場(chǎng)前景及應(yīng)用的前景。而且對(duì)緩解康復(fù)醫(yī)療師的工作壓力、降低康復(fù)機(jī)器人的生產(chǎn)成本，同時(shí)對(duì)促進(jìn)康復(fù)機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)也起到了非常重要的作用?，F(xiàn)根據(jù)我國(guó)的實(shí)際國(guó)情， 2010 年康復(fù)機(jī)器人的產(chǎn)量以達(dá)到 30000 臺(tái)，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)的康復(fù)機(jī)器人，勢(shì)必將很大程度上提升我國(guó)在康復(fù)機(jī)器人領(lǐng)域的自主研發(fā)的能力，促進(jìn)康復(fù)機(jī)器人在我們國(guó)家的產(chǎn)業(yè)化，從而使其在這一領(lǐng)域縮小與那些發(fā)達(dá)國(guó)家之間的技術(shù)差距。并且開(kāi)發(fā)出成本較低的康復(fù)機(jī)器人，來(lái)迎合我國(guó)大多數(shù)家庭的需要。這對(duì)于振興和發(fā)展民族高科技工業(yè)將起到?jīng)Q定性的作用，同時(shí)對(duì)提升民族工業(yè)的自信心也有著重要的意義。連鎖反應(yīng)，康復(fù)機(jī)器人的技術(shù)的發(fā)展在不斷的創(chuàng)新、研究及產(chǎn)業(yè)化，這對(duì)構(gòu)建和諧社會(huì)的大環(huán)境也起到了極大的促進(jìn)作用，全社會(huì)將更多地形成幫助與關(guān)心殘疾人這一特殊的社會(huì)群體氛圍。綜上所述，研發(fā)面向殘疾人的機(jī)電結(jié)合的機(jī)器人產(chǎn)品，并實(shí)現(xiàn)康復(fù)機(jī)器人產(chǎn)品化，不僅對(duì)硬件的控制系統(tǒng)提供了驗(yàn)證的平臺(tái)，還緩解康復(fù)醫(yī)師工作的壓力、降低了康復(fù)機(jī)器人的生產(chǎn)成本、促進(jìn)了康復(fù)機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)化具有重要的世紀(jì)意義。1.3 背景分析康復(fù)機(jī)器人國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀康復(fù)醫(yī)療機(jī)器人應(yīng)屬于醫(yī)療機(jī)器人范疇之內(nèi)的，康復(fù)機(jī)器人如果說(shuō)從功能上分的話，可分為外骨骼輔助型康復(fù)機(jī)器人和實(shí)用性康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人，是機(jī)器人技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域新的應(yīng)用?？祻?fù)訓(xùn)練機(jī)器人的主要功能應(yīng)該是幫助患者完成各種機(jī)體損傷功能的恢復(fù)訓(xùn)練，如行走訓(xùn)練、手臂運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練、脊椎運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練等。本論文主要是針對(duì)手指關(guān)節(jié)，肘關(guān)節(jié)，肩關(guān)節(jié)以及下肢康復(fù)訓(xùn)練的儀器。而對(duì)該康復(fù)機(jī)器人的主要研究方面包括康復(fù)機(jī)器人的機(jī)械機(jī)構(gòu)、動(dòng)力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)等。數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)今社會(huì)康復(fù)醫(yī)療機(jī)器人主要是用于中風(fēng)病患者、神經(jīng)功能損傷患者、肢體運(yùn)動(dòng)功能損傷患者的康復(fù)治療。而我國(guó)的中風(fēng)病可以說(shuō)是世界高發(fā)病地區(qū)之一，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，中風(fēng)患者的幸存者中約有 70%-80%的患者會(huì)有不同程度的殘疾。對(duì)與這些病人來(lái)說(shuō)，針對(duì)他偏袒部位進(jìn)行及早的治療及康復(fù)訓(xùn)練是十分重要和關(guān)鍵的醫(yī)療技術(shù)手段，可以很大程度上減少殘疾的可能性。為了克服傳統(tǒng)醫(yī)療手段的弊端，那么進(jìn)一步開(kāi)發(fā)研究康復(fù)醫(yī)療機(jī)器人的必要性就不言而喻了。醫(yī)療康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人經(jīng)過(guò)了幾十年的發(fā)展，其實(shí)從整體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上分，主要包括三個(gè)階段:本地的康復(fù)醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制的康復(fù)醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)以及基于虛擬環(huán)境的康復(fù)醫(yī)療訓(xùn)練機(jī)器人系統(tǒng)。其中有兩種主要工作模式:關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練模式和肢體肌力訓(xùn)練模式。我國(guó)發(fā)展肢體康復(fù)醫(yī)療機(jī)器的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和一些發(fā)達(dá)的國(guó)家相比較還處于起步階段，近些年來(lái)，這一問(wèn)題也引起了國(guó)內(nèi)有關(guān)人士的重視，但較國(guó)外的發(fā)展水平還有一定的距離，大多為一些簡(jiǎn)易型康復(fù)訓(xùn)練器械，智能化程度非常低，國(guó)外發(fā)展較早，相關(guān)的技術(shù)都已經(jīng)比較成熟。所以綜上所述我們不難看出，在醫(yī)療器械康復(fù)機(jī)器人的這一領(lǐng)域我們的發(fā)展前景還是非常可觀的，下面就讓我來(lái)為大家簡(jiǎn)單的介紹一種由自己設(shè)計(jì)的新型康復(fù)機(jī)器人。下面為大家介紹一下本人在這次畢設(shè)中所設(shè)計(jì)的康復(fù)機(jī)器人，以下就是一個(gè) UG 渲染的三維效果圖，從這個(gè)圖中我們可以看到他的整體框架以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過(guò)這樣一個(gè)康復(fù)訓(xùn)練器材，病人可以鍛煉自己的手臂、手指、下肢等功能有障礙的部位。圖 1-1 康復(fù)機(jī)器人三維效果圖第二章 機(jī)械手指結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 產(chǎn)業(yè)化機(jī)械手指的結(jié)構(gòu)目前，對(duì)于康復(fù)機(jī)器人的研究主要集中在醫(yī)院機(jī)器人系統(tǒng)、康復(fù)機(jī)械手、智能輪椅、轉(zhuǎn)配智能假肢和康復(fù)治療機(jī)器人等幾個(gè)使用性領(lǐng)域。隨著外骨骼康復(fù)機(jī)器人康復(fù)理論研究和外骨骼機(jī)械裝置臨床實(shí)踐的不斷發(fā)展，外骨骼機(jī)械康復(fù)裝置的發(fā)展呈現(xiàn)幾個(gè)小方面發(fā)展。①康復(fù)鍛煉小關(guān)節(jié)以及多關(guān)節(jié)的方向發(fā)展；②向嵌入式、小型化、便攜的形式發(fā)展；③開(kāi)發(fā)復(fù)合更有效的結(jié)構(gòu)形式；④開(kāi)發(fā)和應(yīng)用新的動(dòng)力源和傳動(dòng)方式； 國(guó)內(nèi)的哈爾濱工程大學(xué)和哈爾濱工業(yè)大學(xué)等學(xué)校都已經(jīng)進(jìn)行了康復(fù)機(jī)器人的相關(guān)研究，并對(duì)現(xiàn)有的康復(fù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了必要的機(jī)械結(jié)構(gòu)改進(jìn)，而且集成了多種傳感器如角度、力等微型傳感器等。通過(guò)簡(jiǎn)單的機(jī)械配合與執(zhí)行機(jī)構(gòu)巧妙的結(jié)合在一起，雖然機(jī)構(gòu)整體的重量變輕了，但是對(duì)那些肢體功能有損傷的患者治療康復(fù)效果卻變得越來(lái)越好。就目前市場(chǎng)上出現(xiàn)了適合手指關(guān)節(jié)康復(fù)的外骨骼機(jī)械儀器來(lái)看，如下圖所示，需要的價(jià)格非常昂貴，并且多個(gè)手指通過(guò)較復(fù)雜的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用一個(gè)電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)，雖然實(shí)現(xiàn)所謂的康復(fù)運(yùn)動(dòng)，但運(yùn)動(dòng)不夠精確，機(jī)械結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)的康復(fù)功能較為單一，而且不能對(duì)康復(fù)過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控，缺乏感知信息。圖 2-1 機(jī)械手指產(chǎn)品綜合以上實(shí)例分析得出以下結(jié)論，現(xiàn)有的手部外骨骼康復(fù)儀器大多存在下列的缺點(diǎn)以及不足：1、康復(fù)儀器的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜；2、不能很好的使五個(gè)手指同時(shí)得到康復(fù)訓(xùn)練目的；3、康復(fù)儀器體積較大，攜帶不便；4、運(yùn)動(dòng)不夠精確；5、安全性能較差2.2 人手的生物學(xué)特性分析人類的手部具有非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，手部是由作為動(dòng)力機(jī)構(gòu)的肌肉、連接骨骼的韌帶、骨骼、和把肌肉與骨骼連在一起的肌腱以及手上的皮膚和軟組織等（在這里我們忽略神經(jīng)以及血液系統(tǒng)）組成。手指的骨骼是在關(guān)節(jié)處相連，其大小尺寸沒(méi)有變化。肌肉產(chǎn)生了力矩，手部通過(guò)肌膜控制關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，對(duì)與每一條肌肉都會(huì)有一條或者多條與其力矩相反的肌肉相互作用。由于骨骼在整體運(yùn)動(dòng)中發(fā)揮著支撐以及各種姿態(tài)的主導(dǎo)作用，所以對(duì)于手部運(yùn)動(dòng)的研究也勢(shì)必需要以其骨骼的構(gòu)造為主要對(duì)象。在事實(shí)上，不同部位的功能與關(guān)節(jié)的形狀的不同，則決定手部各部位的最終姿態(tài)。其中主要的原因就是處于各個(gè)關(guān)節(jié)之間的骨骼不會(huì)自身產(chǎn)生變化，所以這種連接可以認(rèn)為屬于剛體性質(zhì)的鏈接。因而各個(gè)部位的運(yùn)動(dòng)完全取決于關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)本體。一般來(lái)說(shuō)，手部的關(guān)節(jié)至多是內(nèi)收外運(yùn)動(dòng)和伸展彎曲運(yùn)動(dòng)。彎曲運(yùn)動(dòng)是指在手掌自然平面相縱向垂直的平面上的運(yùn)動(dòng)。這主要是通過(guò)手背的指間關(guān)節(jié)和腕部關(guān)節(jié)來(lái)完成。除了能夠完成相應(yīng)需求運(yùn)動(dòng)之外，手背及手掌與手指連接的關(guān)節(jié)，還能進(jìn)行內(nèi)外伸展運(yùn)動(dòng)。應(yīng)當(dāng)在之前說(shuō)明的是，這類關(guān)節(jié)的彎曲運(yùn)動(dòng)與內(nèi)收外展運(yùn)動(dòng)間有著非常特定的約束關(guān)系，即彎曲運(yùn)動(dòng)完成以后，一般不會(huì)再有內(nèi)收外展軸向的轉(zhuǎn)動(dòng)。除大拇指以外，其他四個(gè)手指相對(duì)于手掌的運(yùn)動(dòng)由指掌關(guān)節(jié) MP、指間關(guān)節(jié) PIP、指端關(guān)節(jié) DIP 決定手指具有 4 個(gè)自由度，其中 MP 處有 2 個(gè)自由度；PIP 和 DIP 處各有1 個(gè)自由度；大拇指有 2 個(gè)自由度，整個(gè)手部的手指共有 18 個(gè)自由度，如下圖所示。圖 2-2 人手機(jī)構(gòu)模型手指運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)主要包括：①手指關(guān)節(jié)彎曲伸展的范圍和內(nèi)收外展的范圍有限，如 MP 關(guān)節(jié)的最大彎曲角度一般不大于 90 度；②各段手指骨可以在同一個(gè)平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)；③大拇指外伸的兩段指骨可以在同一平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)；④手指骨 MP 處彎曲的軸線以及內(nèi)收外展的軸線幾乎垂直；⑤手指骨的 PIP 和 DIP 關(guān)節(jié)之間的運(yùn)動(dòng)相互約束，即使沒(méi)有外力的作用下，當(dāng)彎曲 PIP 關(guān)節(jié)的同時(shí)，DIP 關(guān)節(jié)也必然會(huì)隨之彎曲；⑥反之也是一樣的。根據(jù)正常成年男女手指功能模型，手指運(yùn)動(dòng)角度我們給出了下面這個(gè)手部的尺寸圖供參考。圖 2-3 手指的尺寸如上圖所示，我們可以很清楚看出大部分人在各個(gè)年齡段手部的各個(gè)關(guān)節(jié)相關(guān)尺寸長(zhǎng)度，根據(jù)對(duì)上面的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析，從而機(jī)械手指的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按照?qǐng)D表尺寸一步一步的完善，最終可以達(dá)到滿足不同病人使用的需要。2.3 傳動(dòng)系統(tǒng)的比較外骨骼機(jī)械手指康復(fù)儀器的傳動(dòng)系統(tǒng)，根據(jù)其動(dòng)力源的不同，可以把它大體分為五種形式，即電動(dòng)、液壓、氣壓、氣液聯(lián)合和電液聯(lián)合傳動(dòng)等多種方式。目前采用的主要是前三種。（1）液壓傳動(dòng)液壓傳動(dòng)是目前用得非常多的一種傳動(dòng)方式，壓力為5～140公斤／厘米 2，臂力最大可以達(dá)到100公斤以上。液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：① 壓力高(一般在20～40公斤／厘米 2，有的可以高達(dá)140公斤／厘米 2)?？梢詫?shí)現(xiàn)較大的驅(qū)動(dòng)力，用其設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)可做得比較輕小、緊湊。②定位精度高、無(wú)級(jí)變速，可以實(shí)現(xiàn)任意中間位置的停止。系統(tǒng)的固有振動(dòng)頻率較高，容量、壓力調(diào)節(jié)容易。③ 重量小、慣性較小，可以做到多次及快速且無(wú)沖擊的變速、換向。比較容易操控，功作平穩(wěn)，遲滯小。④ 有良好潤(rùn)滑性能、壽命較長(zhǎng)。⑤ 可以采用伺服型定位控制方式，達(dá)到連續(xù)的控制。⑥ 可以把直線油缸以及回轉(zhuǎn)油缸直接做成手臂的一部分，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，剛性較好。液壓傳動(dòng)缺點(diǎn)：① 需配備壓力源，管路系統(tǒng)復(fù)雜，成本較高。② 油溫變化影響液壓系統(tǒng)的性能，不適用于高溫或低溫的環(huán)境。③ 對(duì)于中型高速動(dòng)作的外骨骼康復(fù)的機(jī)械手指，如果需要實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，那么油泵、電機(jī)和油箱都要需要較大，增加了系統(tǒng)壓力，密封困難。④ 油液容易泄漏，這不僅影響工作的穩(wěn)定性和定位精度，而且會(huì)污染環(huán)境。⑤ 油液中容易混入水分、氣泡，使系統(tǒng)剛度下降，快速響應(yīng)特性及定位精度變壞。⑥ 容易燃燒，工作的噪聲較大。（2）氣壓傳動(dòng)氣壓傳動(dòng)在工業(yè)機(jī)械于中用得也是比較多。它的壓力一般在4～6公斤／厘米 2，個(gè)別的可以達(dá)到8～10公斤／厘米 2。臂力一般是在30公斤以下。高速機(jī)械手采用氣壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的較多。執(zhí)行的元件主要包括氣缸、氣馬達(dá)、氣閥等。氣壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：① 該機(jī)構(gòu)不需要增速機(jī)構(gòu)就可以獲得較高的運(yùn)動(dòng)速度，這個(gè)其實(shí)正是簡(jiǎn)易型機(jī)械手的一項(xiàng)主要的性能，使其可以適應(yīng)各種速度非常快的自動(dòng)搬運(yùn)工作；② 氣源比較方便，一般工廠都會(huì)有壓縮空氣站；③ 空氣的泄漏基本是無(wú)害，因此對(duì)管路要求比較低；④ 適應(yīng)易燃、易爆等惡劣環(huán)境下工作；⑤ 結(jié)構(gòu)、保養(yǎng)都很簡(jiǎn)單，成本較低；⑥可以將直線風(fēng)缸和擺動(dòng)風(fēng)缸做成手臂的一部分，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，剛性較好。氣壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)：① 壓力較低，出力較小，體積較大。② 空氣可以壓縮性較大，粘滯性比油要低，阻尼效果較差，對(duì)于定位控制和低速運(yùn)動(dòng)不利，實(shí)現(xiàn)中間位置的停止很難。而且需要付出很高代價(jià)才能夠在一個(gè)循環(huán)系統(tǒng)中得到不同的速度，因此該系統(tǒng)不能用于控制連續(xù)軌跡，只合適于點(diǎn)位控制。③ 可以采用簡(jiǎn)易型“開(kāi)一關(guān)”控制。④ 潤(rùn)滑性能較差，壓縮空氣中含有水分，氣動(dòng)系統(tǒng)的元件易銹蝕，低溫時(shí)水分結(jié)冰，并且起動(dòng)困難。⑤ 使用后的壓縮空氣可以直接排入大氣．會(huì)引起噪聲污染。（3）電動(dòng)傳動(dòng)電動(dòng)傳動(dòng)系統(tǒng)是利用各種電機(jī)產(chǎn)生的力矩，通過(guò)直接或間接的機(jī)械傳動(dòng)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功能。像這類驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)不需要能量轉(zhuǎn)換，因此效率比氣動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)較高，而且具有使用方便、噪聲低和控制靈活等諸多優(yōu)點(diǎn)，在各類工業(yè)機(jī)器人中得到了廣泛應(yīng)用。電機(jī)傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：① 動(dòng)力源非常簡(jiǎn)單，維護(hù)及使用也是極其方便；② 控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以同時(shí)采用一種型式的動(dòng)力；③ 動(dòng)作準(zhǔn)確性可靠，工作速度可以選用的種類較多，成本也較低。電機(jī)傳動(dòng)的缺點(diǎn)：①該機(jī)構(gòu)需要具有減速裝置和把電機(jī)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)龐大，速度不容易控制。② 如果需要變換程序時(shí)，要改變連桿尺寸和凸輪形狀。因此，如果結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的話，調(diào)整不夠靈活，通用性較差。③ 當(dāng)機(jī)構(gòu)慣性力大時(shí)，元件容易磨損，而影響定位精度。綜上所述，考慮到需要輸出較大的力矩，便于檢測(cè)，容易控制，維修方便，體積小以及成本低等方面考慮，最終選用電動(dòng)作為動(dòng)力源。2.4 外骨骼手指機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖 2-4 機(jī)械手指三維效果圖1 伺服電機(jī) 2 手指固定架 3 電機(jī)座 4 齒輪架 5 錐齒輪 6 連桿旋轉(zhuǎn)板 7 長(zhǎng)套筒8 螺釘 9 中套筒 10 彎連桿 11 手指套 12 手指墊板 13 軸承 1 4 手指套固定板15 旋轉(zhuǎn)固定板 16 短套筒 17 直連桿 18 拇指固定板 19 機(jī)械手指底板如上圖所示，由于機(jī)械結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)力是伺服電機(jī)提供的，所以比較容易得到，不需要附加其他形式驅(qū)動(dòng)力。本課題選擇了由一對(duì)傳動(dòng)比為 1 的錐齒輪作為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，將伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)化為整個(gè)手指上下擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)形式，結(jié)構(gòu)由 7 個(gè)可以變化的連桿組成，可以迎合不同尺寸的手指，不僅可以實(shí)時(shí)改變手指的長(zhǎng)度還可以改變手指的角度?？梢宰畲笙薅鹊臐M足人們的需要，工作過(guò)程如下：當(dāng)伺服電機(jī) ECMA C-206 按照所編寫的程序有規(guī)律轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)錐齒輪的傳動(dòng)，從而帶動(dòng)了平行于固定架的錐齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，與該錐齒輪通過(guò)鍵配合的平行連桿一隨著錐齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣手指的整體機(jī)構(gòu)按一定規(guī)律上下擺動(dòng)，連桿一將這一運(yùn)動(dòng)形式最終傳遞到了與病人的手指固定在一起的手指套上面，進(jìn)而帶動(dòng)手指的上下擺動(dòng) 從而實(shí)現(xiàn)鍛煉手指關(guān)節(jié)的目的。-圖 2-5 ABS 樹(shù)脂材料性能連桿及套筒所用的材料為 ABS 樹(shù)脂材料， ABS 樹(shù)脂是以丁二烯、苯乙烯、丙烯腈為原料。采用乳液聚合法制成聚丁二烯膠乳，再用此膠乳與苯乙烯和丙烯腈進(jìn)行乳液接枝共聚，就制得 ABS 粉料。采用懸浮聚合法制成 AS（SAN）乳料。然后將 ABS 粉料、SAN 乳料和各種添加劑按一定配比摻混，經(jīng)擠出造粒，最終得到 ABS 樹(shù)脂產(chǎn)品。ABS 樹(shù)脂是丙烯腈—丁二烯—苯乙烯的三元共聚物。ABS 樹(shù)脂外觀微黃不透明，相對(duì)密度1.04。它具有良好尺寸穩(wěn)定性，突出的耐沖擊性、耐熱性、介電性、耐磨性，表面光澤性好，易涂裝和著色等優(yōu)點(diǎn)。2.5 錐齒輪選擇和強(qiáng)度校核2.5.1 齒輪材料的選擇考慮到設(shè)計(jì)的齒輪傳遞的功率不大，速度不高，采用含碳量在 0.15%～0.6%的碳鋼制造齒輪，為提高齒輪耐磨性和輪齒強(qiáng)度，對(duì)齒面采用滲碳、表面淬火等熱處理，硬度可以達(dá)到 200HBS。2.5.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) ≥2.921d??3 212u)5.0(RRHETKZφφσ ????????（1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值①試選 K＝1.3②齒輪(1)傳遞的轉(zhuǎn)矩。 mN??6.0T1③選取尺寬系數(shù) φ R＝1/3④查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)到材料的彈性影響系數(shù) ZE＝189.8Mpa⑤通過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得按齒面硬度查得.齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 MPa（碳鋼調(diào)質(zhì)曲線） ；601lim?H?⑥計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)＝60n1jLh＝60 25 1 （2 8 365 10）＝3.41N???910992 04.30.?⑦查得接觸疲勞壽命系數(shù)由手冊(cè)查得接觸疲勞壽命系數(shù): ＝0.92； =0.921HNK2HN⑧計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為 1％，安全系數(shù) S＝1，由公式得＝0.92×600MPa ＝552MPa1][H?＝0.92×600MPa＝552MPa2（2）計(jì)算①試算齒輪分度圓直徑 d1t，代入 中較小的值。][H?≥2.921d??3 212u)5.0(RRHETKZφφσ ????????= =10.5mm328.19·6./5092. ??????②計(jì)算圓周速度v= = =0.014m/s106?ndπ 025.?π③計(jì)算齒寬 bR= =10.5× =5.99mm211?ud21?b=φ RR= ×5.99mm=1.99mm3④計(jì)算齒寬與齒高之比分度圓錐角 =arctan =4501???21/?平均分度圓直徑 dm1=d1(1-0.5φ R)=8.715mmmT= =0.618，則：1z75.0?齒高 h=2.25m T=2.25×0.618mm=1.4mmb/h=10.5/1.4=7.5mm⑤計(jì)算載荷系數(shù)根據(jù) v=0.014m/s,7 級(jí)精度，由機(jī)械手冊(cè)可以查得動(dòng)載系數(shù) =1vK（工作機(jī)器屬于伺服電機(jī)） ；機(jī)械手冊(cè)查得 =1.2 屬于經(jīng)表面硬化 查得使用系數(shù)由于速度計(jì)較小所以?FHK?KA=1 故載荷系數(shù) =1.198 K′ = =1.725?k??HVA⑥按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑得= = mm=11.54mm1d3/t‘3.1/72501?⑦計(jì)算模數(shù) m m= 68./54.1?z2.5.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)m≥ ??321·)5.0(4FSaRRYuzKTσφφ ??（1）確定公式內(nèi)的計(jì)算數(shù)值①由機(jī)械手冊(cè)查得齒輪 1 的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 =540Mpa；齒輪 2 德?tīng)枏澢?FE?極限強(qiáng)度 =540MPa2FE?②查得彎曲壽命系數(shù) =0.86 =0.861FNK2FN③計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取安全系數(shù) S=1.4 =（ ）/S= =331.7Mpa1][FE?1FEN??4.5086?= （ ）/S= =331.7Mpa2][FE2FENK.1④計(jì)算載荷系數(shù)K= =1.25*1.15*1.1*1.08=1.708??FVAK⑤查取應(yīng)力校正系數(shù)由機(jī)械手冊(cè)查得 =2.97； =2.971SaY2Sa⑥查取齒形系數(shù)同時(shí)可以查得 =1.525.1?Fa2Fa⑦計(jì)算齒輪的并 ??FSaYσ= =0.0136??1FSaYσ 3.752*9(2)設(shè)計(jì)計(jì)算m≥ ??321·)5.0(4FSaRRYuzKTσφφ ??即： m≥ =0.538mm0.1367)6(38.22?對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù) m 大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù) m 的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù) 0.538，并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 m=0.6mm。 2.6 電動(dòng)機(jī)類別的選擇本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所使用的電機(jī)都為伺服電機(jī)，主要是考慮到伺服電機(jī)比較容易控制，可以通過(guò)脈沖來(lái)確定位置，所以定位比較準(zhǔn)確，伺服電機(jī)接收到 1 個(gè)脈沖，就會(huì)旋轉(zhuǎn)1 個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的角度，從而實(shí)現(xiàn)相對(duì)位移的變化，因?yàn)?，伺服電機(jī)本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，都會(huì)發(fā)出對(duì)應(yīng)數(shù)量的脈沖，這樣，和伺服電機(jī)接受的脈沖形成了呼應(yīng)，或者叫閉環(huán)，如此一來(lái)，系統(tǒng)就會(huì)知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機(jī)，同時(shí)又收了多少脈沖回來(lái)，這樣，就能夠很精確的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)精確的定位，伺服電機(jī)的定位精度可以達(dá)到 0.001mm。直流伺服電機(jī)分為有刷和無(wú)刷電機(jī)。有刷電機(jī)成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護(hù)，但維護(hù)不方便（換碳刷） ，產(chǎn)生電磁干擾，對(duì)環(huán)境有要求。因此它可以用于對(duì)成本敏感的普通工業(yè)和民用場(chǎng)合。 1、無(wú)刷電機(jī)體積小，重量輕，出力大，響應(yīng)快，速度高，慣量小，轉(zhuǎn)動(dòng)平滑，力矩穩(wěn)定?？刂茝?fù)雜，容易實(shí)現(xiàn)智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或正弦波換相。電機(jī)免維護(hù)，效率很高，運(yùn)行溫度低，電磁輻射很小，長(zhǎng)壽命，可用于各種環(huán)境。 2、交流伺服電機(jī)也是無(wú)刷電機(jī)，分為同步和異步電機(jī)，目前運(yùn)動(dòng)控制中一般都用同步電機(jī)，它的功率范圍大，可以做到很大的功率。大慣量，最高轉(zhuǎn)動(dòng)速度低，且隨著功率增大而快速降低。因而適合做低速平穩(wěn)運(yùn)行的應(yīng)用。 3、伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動(dòng)器控制的 U/V/W 三相電形成電磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子在此磁場(chǎng)的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)電機(jī)自帶的編碼器反饋信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)） 。選擇電動(dòng)機(jī)，首先要確定電機(jī)工作點(diǎn)的力矩有多大，及在這個(gè)力矩下需要的電機(jī)轉(zhuǎn)速（即額定轉(zhuǎn)速）是多少。依此可以確定需要什么型號(hào)以及什么類型的的電機(jī)能滿足這個(gè)要求。根據(jù)工作環(huán)境及條件，本次設(shè)計(jì)是選用伺服電機(jī)，它不僅體積小，重量輕，力矩比較大而且平穩(wěn)，速度高相應(yīng)快，可以通過(guò)硬件電路的設(shè)計(jì)以及程序的設(shè)計(jì)來(lái)控制脈沖數(shù)，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度及轉(zhuǎn)動(dòng)方向。確定電動(dòng)機(jī)功率和型號(hào)①工作機(jī)所需功率：P w =FV=52W②電動(dòng)機(jī)輸出功率： ?dP?電動(dòng)機(jī)所需的功率為： w5497.02?由題意知，選擇電動(dòng)機(jī)額定功率 Ped=100w。③電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇選擇電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 25r/min由公式 可以算出它的扭矩 通過(guò)改變nPT950?T=0.6 mN?選定伺服電機(jī)型號(hào),參數(shù)如下圖：電動(dòng)機(jī)型號(hào) 額定功率（W）電動(dòng)機(jī)質(zhì)量（kg）額定轉(zhuǎn)矩（NM）ECMA C-206 100 0.3 0.7下面簡(jiǎn)單的介紹一下，機(jī)械手指機(jī)構(gòu)在整個(gè)康復(fù)機(jī)器人中的位置情況以及工作的性質(zhì)。圖 2-7 康復(fù)機(jī)器人整體框架圖通過(guò)圖 2-7 康復(fù)機(jī)器人整體二維圖的框架,可以清晰的看到機(jī)械手指是通過(guò)螺栓安裝固定在機(jī)械手臂的前端，機(jī)械手臂的前端有一個(gè)可以旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件也是通過(guò)螺栓與機(jī)械手臂鉸接在一起，機(jī)械手指的整體機(jī)構(gòu)采用 4 個(gè)螺栓緊固在這個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，這樣機(jī)械手指機(jī)構(gòu)可以根據(jù)不同人的手腕的角度需求，自己進(jìn)行必要的調(diào)整，最終實(shí)現(xiàn)了機(jī)械手指的旋轉(zhuǎn)功能。第三章 機(jī)械手臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 連桿及自由度的設(shè)計(jì) 圖 3-1 三維效果圖手臂承受載荷的能力大、自重輕。手臂的運(yùn)動(dòng)性能直接影響到動(dòng)作的平穩(wěn)性、運(yùn)動(dòng)的速度和定位精度。如剛性差則會(huì)引起手臂在垂直平面內(nèi)的彎曲變形和水平面內(nèi)的側(cè)向扭轉(zhuǎn)變形，手臂就要產(chǎn)生振動(dòng)，或動(dòng)作時(shí)工件卡死無(wú)法工作。手臂的運(yùn)動(dòng)速度要適當(dāng)，慣性要小。機(jī)械手的運(yùn)動(dòng)速度要適當(dāng)尤其是在外骨骼手臂更是如此，如果轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)快就會(huì)導(dǎo)致病人在康復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中手臂受傷，所以不宜盲目地追求高速度。手臂自重輕，其啟動(dòng)和停止的平穩(wěn)性就好。位置精度要高。機(jī)械手臂要獲得較高的位置精度，除采用脈沖來(lái)控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方法以外，在機(jī)械結(jié)構(gòu)上機(jī)械手臂也要有剛度、偏重力矩、慣性力及緩沖效果都直接影響手臂的位置精度。行程檢測(cè)機(jī)構(gòu)。機(jī)械手臂是機(jī)械手的主要部分，它不僅支撐手腕，機(jī)械手指機(jī)構(gòu)還可以使他們?cè)谝欢ǚ秶鷥?nèi)有規(guī)律的運(yùn)動(dòng)，機(jī)械手臂的連桿結(jié)構(gòu)可以通過(guò)調(diào)整變位條在軌道中的位置 改變螺栓位置從而改變連桿的長(zhǎng)度尺寸，來(lái)適應(yīng)不同長(zhǎng)度的手臂。自由度是機(jī)械手設(shè)計(jì)的關(guān)鍵參數(shù)，自由度越多，機(jī)械手臂的靈活性就越大，對(duì)病人的治療也就非常有幫助。不僅能夠使患者手臂的各個(gè)關(guān)節(jié)都能參與到運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，而且對(duì)損傷部位的康復(fù)治療也起到及其重要的作用，所以本次設(shè)計(jì)的整個(gè)機(jī)械手臂的自由度為 3。整個(gè)機(jī)械手臂的連桿材料為鈦合金 TA6，密度為 4.4g/cm ，選擇該材料的主要原因是密度較小，3在相同體積的情況下，質(zhì)量小并且硬度非常大，它的 Rm 要大于 685N/mm ,所以使用這2種鈦合金材料足夠支撐整個(gè)上肢機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。3.2 手臂的運(yùn)動(dòng)模式 機(jī)械手臂的結(jié)構(gòu)決定了手臂的運(yùn)動(dòng)模式，在肩部和肘部各安置有一個(gè)型號(hào)是 MPF-B330P-SJ22AA，MPF-A330P-MJ22AA 伺服電機(jī)，康復(fù)機(jī)器人通過(guò)控制系統(tǒng)來(lái)控制電機(jī)的脈沖，從而控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向以及轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，在后期制作中可以在這里安裝一個(gè)力傳感器 型號(hào) K1-GMC250 通過(guò)該力傳感器實(shí)時(shí)的測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)的部位受力情況，當(dāng)該傳感器測(cè)到的數(shù)值達(dá)到一定極限時(shí)，證明現(xiàn)在病人的手臂已經(jīng)達(dá)到了轉(zhuǎn)動(dòng)極限，那么將該信號(hào)回饋到控制系統(tǒng)，這樣通過(guò)程序控制使相應(yīng)關(guān)節(jié)的伺服電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)外骨骼手臂的擺動(dòng)的效果，最終達(dá)到康復(fù)手臂功能的作用。型號(hào)為 MPF-B330P-SJ24AA 的伺服電機(jī)的底部與座椅的靠背通過(guò)螺栓緊固在一起，各個(gè)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)方式均屬于直接驅(qū)動(dòng)方式，所謂直接驅(qū)動(dòng)就是電機(jī)與其所驅(qū)動(dòng)的負(fù)載直接耦合在一起，直接驅(qū)動(dòng)的方式不存在其他的復(fù)雜機(jī)構(gòu)，這種設(shè)計(jì)理念消除了繁瑣的間接的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)部件，如齒輪變速箱、皮帶、滑輪等。直接驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)為設(shè)計(jì)者和試用者帶來(lái)許多好處，其實(shí)直接驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)技術(shù)不僅從根本上提高了機(jī)器的可靠性，而且減少了維護(hù)時(shí)間和不必要的麻煩。通過(guò)消除機(jī)械傳動(dòng)帶來(lái)的柔性，直接驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)模式避免了對(duì)電機(jī)和負(fù)載進(jìn)行慣性匹配的麻煩，同時(shí)電機(jī)的定位和速度精度也可以提高 50 倍。直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)還帶來(lái)另外一個(gè)好處，聽(tīng)覺(jué)噪聲降低高達(dá) 20dB。3.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 機(jī)械手臂主要由與主伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)固定座，小臂連桿和大臂連桿等運(yùn)動(dòng)構(gòu)件組成，動(dòng)力源來(lái)自不同型號(hào)的伺服電機(jī)，這樣的驅(qū)動(dòng)形式屬于直接驅(qū)動(dòng)。機(jī)械手臂能夠?qū)崿F(xiàn)3 個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)（由于機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)確定，因此機(jī)構(gòu)的自由度等于機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)構(gòu)件數(shù)目）中間的關(guān)節(jié)部分分別由型號(hào)是 MPF-B330P-SJ22AA 伺服電機(jī)、MPF-A330P-MJ22AA 伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，根據(jù)控制系統(tǒng)的程序的有效控制，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)械手臂與人體手臂的和諧統(tǒng)一。在機(jī)械手臂各個(gè)關(guān)節(jié)電機(jī)設(shè)計(jì)中，整個(gè)機(jī)械手臂有 3 個(gè)自由度，相當(dāng)于 3 個(gè)獨(dú)立的關(guān)節(jié)。每個(gè)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)原理都屬于直接驅(qū)動(dòng)形式，所以省去了一些傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，這樣不僅使整個(gè)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且便于操控及設(shè)計(jì)。 3.4 關(guān)節(jié)電機(jī)的選擇 3.4.1 肘關(guān)節(jié)電機(jī)選擇電動(dòng)機(jī)類型選擇：根據(jù)工作環(huán)境以及工作條件選擇，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是選用瑞士 ABB伺服電機(jī)，它具有國(guó)際互換性，工作能力可以滿足設(shè)計(jì)要求。整個(gè)機(jī)械手指的質(zhì)量估算為 2.5Kg 前手臂重量為 2.4Kg 共計(jì) 5Kg 前段質(zhì)心到關(guān)節(jié)電機(jī)的距離約為 280mm 通過(guò)公式 T=FL=8*9.8*0.28=21.952Nm。后半段質(zhì)心到關(guān)節(jié)電機(jī)的距離約為 300mm，通過(guò)公式 T=FL=20*9.8*03=58.8Nm伺服電機(jī)的選擇型號(hào)，如下表所示1-電動(dòng)機(jī)型號(hào) 輸出功率 電動(dòng)機(jī)質(zhì)量（kg） 轉(zhuǎn)矩（NM）MPF-B330P-SJ22AA 7KW 4.8 302-電動(dòng)機(jī)型號(hào) 輸出功率 電動(dòng)機(jī)質(zhì)量（kg） 轉(zhuǎn)矩 （NM）MPF-A330P-MJ22AA 12KW 8.6 803.4.2 肩關(guān)節(jié)電動(dòng)機(jī)選擇電動(dòng)機(jī)類型選擇：根據(jù)工作電機(jī)的工作條件及環(huán)境，選用瑞士 ABB 伺服電機(jī)品牌，它具有國(guó)際互換性，工作能力可以滿足技術(shù)要求。而且結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單 在控制速度方面可以很容易的實(shí)現(xiàn)控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度以及轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，并且伺服電機(jī)的內(nèi)部可以向系統(tǒng)發(fā)送脈沖，這樣系統(tǒng)也可以實(shí)時(shí)的檢測(cè)電機(jī)的工作情況，有利于康復(fù)訓(xùn)練的安全進(jìn)行。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇 需要的力矩 T=FL/2 T=FL=30*9.8*0.4=117.6Nm選定伺服電機(jī),參數(shù)如下表所示： 電動(dòng)機(jī)型號(hào)輸出功率 力矩（NM）電動(dòng)機(jī)質(zhì)量（kg）MPF-B330P-SJ24AA 15.7KW 150 15.8第四章 鏈輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)4.1 鏈傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和應(yīng)用鏈傳動(dòng)是一種柔性傳動(dòng)，它由鏈條和鏈輪（大鏈輪和小鏈輪）組成 通過(guò)鏈輪輪齒與鏈條鏈節(jié)的嚙合來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，鏈傳動(dòng)在機(jī)械制造中應(yīng)用廣泛與摩擦型帶傳動(dòng)比，鏈傳動(dòng)無(wú)彈性滑動(dòng)和整體打滑現(xiàn)象，因而能保持準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比，傳動(dòng)效率較高；又因鏈條不需要像帶那樣張得很緊，所以作用于軸上的景象壓力較?。绘湕l采用金屬材料制造，在同樣的使用條件下 鏈傳動(dòng)的整體尺寸較小 ，結(jié)構(gòu)較為緊湊；同時(shí)看，鏈傳動(dòng)能在高溫和超市的環(huán)境中工作。與齒輪傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)的制造與安裝精度要求較低，成本也低，在遠(yuǎn)距離傳動(dòng)時(shí)，其結(jié)構(gòu)比齒輪傳動(dòng)就、輕便很多。鏈傳動(dòng)的主要缺點(diǎn)是：只能實(shí)現(xiàn)平行軸間鏈輪的同向傳動(dòng)；運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不能保持恒定的瞬時(shí)傳動(dòng)比；磨損后容易發(fā)生跳齒；工作時(shí)有噪聲；不宜用在載荷變化很大、高速和急速反響的傳動(dòng)中。鏈傳動(dòng)主要用在要求工作可靠，兩軸相距較遠(yuǎn)，低速重載，工作環(huán)境惡劣，以及其他不宜采用齒輪傳動(dòng)的場(chǎng)合。例如在摩托車上應(yīng)用了鏈傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)上大為簡(jiǎn)化，而且使用方便可靠；掘土機(jī)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)就采用了鏈傳動(dòng)，他居然經(jīng)常受到土塊、泥漿和瞬時(shí)過(guò)載等的影響，依然能很好地工作鏈條按用途不同可以分為傳動(dòng)鏈、輸送鏈和起重鏈。輸送鏈和起重鏈主要用在運(yùn)輸和起重機(jī)械中。在一般機(jī)械傳動(dòng)中，常用的是傳動(dòng)鏈傳動(dòng)又可以分為短節(jié)距滾子鏈（簡(jiǎn)稱滾子鏈） 、齒形鏈等類型。起重滾子鏈常用在傳動(dòng)系統(tǒng)的低速級(jí)，一般傳遞的功率在 100Kw 以下，鏈速不超過(guò) 15m/s，推薦使用的最大傳動(dòng)比為 8.齒形鏈應(yīng)用較少⑴滾子鏈滾子鏈?zhǔn)怯蓾L子 1、套筒 2、銷軸 3、內(nèi)鏈板 4 和外鏈板 5 組成。內(nèi)鏈板和套筒之間、外鏈板與銷軸之間分別用過(guò)盈聯(lián)接固聯(lián)。滾子與套筒之間、套筒與銷軸之間均為間隙配合。當(dāng)內(nèi)、外鏈板相對(duì)撓曲時(shí)，套筒可繞銷軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)。滾子活套在套筒上，工作時(shí)，滾子沿鏈輪齒廓滾動(dòng)，減輕了齒廓的磨損。鏈的磨損主要發(fā)生在銷軸與套筒的接觸面上。因此，內(nèi)、外鏈板間應(yīng)留少許間隙，以便潤(rùn)滑油滲入銷軸和套筒的摩擦面間。內(nèi)、外鏈板制成 8 字形，是為了使鏈的各剖面具有相近的抗拉強(qiáng)度，也可減輕鏈的質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性力。傳動(dòng)鏈?zhǔn)褂脮r(shí)首尾相連成環(huán)形，當(dāng)鏈節(jié)數(shù)為偶數(shù)時(shí)，接頭處可用內(nèi)、外鏈板搭接，插入開(kāi)口銷或彈簧夾鎖住。若鏈節(jié)為奇數(shù)，需采用一個(gè)過(guò)渡鏈節(jié)才能首尾相連，鏈條受拉時(shí)，過(guò)渡鏈節(jié)將受附加彎矩，所以應(yīng)盡量采用偶數(shù)鏈節(jié)的鏈條。滾子鏈與鏈輪嚙合的基本參數(shù)是節(jié)距 p、滾子外徑 d1 和內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬 b1。其中，節(jié)距是滾子鏈的主要參數(shù)。節(jié)距增大時(shí)，鏈條中各零件的尺寸也要相應(yīng)增大，可傳遞的功率也隨之增大。但當(dāng)鏈輪齒數(shù)一定時(shí)，節(jié)距越大，鏈輪直徑 D 也越大，為使 D 不致過(guò)大，當(dāng)載荷較大時(shí)，可用小節(jié)距的雙排鏈或多排鏈。多排鏈的承載能力與排數(shù)成正比，列數(shù)越多，承載能力越高。但由于制造、安裝誤差，很難使各排的載荷均勻，列數(shù)越多，不均勻性越嚴(yán)重，故排數(shù)不宜過(guò)多，一般不超過(guò)四列?？紤]到我國(guó)鏈條生產(chǎn)的歷史和現(xiàn)狀，以及國(guó)際上幾乎所有國(guó)家的鏈節(jié)距均用英制單位，我國(guó)鏈條標(biāo)準(zhǔn) GB1243.1-83 中規(guī)定節(jié)距用英制折算成米制的單位。鏈號(hào)與相應(yīng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)鏈號(hào)一致，鏈號(hào)數(shù)乘以 25.4/16mm 即為節(jié)距值。后綴 A 或 B 分別表示 A 或B 系列。A 系列用于重載、重要、較高速的傳動(dòng)，B 系列用于一般的傳動(dòng)中。滾子鏈標(biāo)記：鏈號(hào)---排數(shù)*鏈節(jié)數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)編號(hào) 例：10A—1*88 GB1243.1--83⑵齒形鏈齒形鏈又稱無(wú)聲鏈。由一組帶有兩個(gè)齒的鏈板左右交錯(cuò)并列鉸接而成。每個(gè)齒的兩個(gè)側(cè)面為工作面，齒形為直線，工作時(shí)鏈齒外側(cè)邊與鏈輪輪齒相嚙合來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。特點(diǎn)：工作平穩(wěn)，噪音小，允許的鏈速高，承受沖擊能力好，傳動(dòng)效率一般為0.95~0.98，潤(rùn)滑良好的傳動(dòng)可達(dá) 0.98~0.99。但價(jià)格較高，重量較大，對(duì)安裝、維護(hù)要求較高。應(yīng)用：適宜于高速傳動(dòng)；又實(shí)用于傳動(dòng)比大和中心距較小的場(chǎng)合，多用于高速或運(yùn)動(dòng)精度要求較高的傳動(dòng)裝置中。本設(shè)計(jì)用滾子鏈傳動(dòng)。4.2 鏈傳動(dòng)的受力分析鏈傳動(dòng)在安裝時(shí)，應(yīng)使鏈條受一定的張緊力，其張緊力是通過(guò)使鏈保持適當(dāng)?shù)拇苟人a(chǎn)生的懸垂拉力獲得的。鏈傳動(dòng)張緊的目的主要是使松邊不致太松，以免影響鏈條正常退出嚙合和產(chǎn)生振動(dòng)、跳齒或脫鏈現(xiàn)象，因而所需的張緊力比帶傳動(dòng)小得多。鏈在工作過(guò)程中，緊邊和松邊的拉力不等。若不計(jì)傳動(dòng)中的動(dòng)載荷，鏈的緊邊受到的拉力 F1 是由鏈傳遞的有效圓周力 Fe、鏈的離心力 Fc 及鏈條松邊垂度引起的懸垂拉力 Ff 三部分組成。fceF??1鏈的松邊所受的拉力 F2 由 Fc 及 Ff 兩部分組成。fc2有效圓周力 N 式中：P---鏈傳動(dòng)所傳遞的功率，kW； v---鏈速，m/s。vPFe10?離心力引起的拉力 N2qvFc?式中：q---單位長(zhǎng)度鏈條的質(zhì)量，kg/m。 v---鏈速，m/s。懸垂拉力 Ff 的大小與鏈條松邊垂度及傳動(dòng)的布置方式有關(guān)，在 F’f 和 F”f 中選大者。式中：a---鏈傳動(dòng)的中心距，mm。 q---單位長(zhǎng)度鏈條的質(zhì)量，kg/m。 Kf—垂度系數(shù)。4.3 滾子鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算已知；傳動(dòng)用途、工作情況、原動(dòng)機(jī)種類、傳遞的功率 P、鏈輪轉(zhuǎn)速 n1、n2（或i） ，結(jié)構(gòu)尺寸要求等。設(shè)計(jì)內(nèi)容：鏈條節(jié)距 p、列數(shù)、鏈條鏈節(jié)數(shù) Lp、傳動(dòng)中心距 a；大、小鏈輪齒數(shù)z1 、z2；軸向壓力 Q；潤(rùn)滑方式。設(shè)計(jì)步驟：① 鏈輪齒數(shù) z1 、z2 和傳動(dòng)比 i小鏈輪齒數(shù) z1 對(duì)鏈傳動(dòng)的平穩(wěn)性和使用壽命有較大影響。齒數(shù)少，外廓尺寸小，但齒數(shù)過(guò)少，運(yùn)動(dòng)不均勻性加劇，動(dòng)載荷和沖擊加大；鏈條進(jìn)入和退出嚙合時(shí)，鏈節(jié)間的相對(duì)轉(zhuǎn)角增大，鉸鏈的磨損加劇；鏈傳遞的圓周力增大，加速了鏈條和鏈輪的損壞。2“2' 10*)sin(????qaKFffff ?齒數(shù)過(guò)多，將增大傳動(dòng)尺寸和質(zhì)量，鏈條磨損后節(jié)距的伸長(zhǎng)容易發(fā)生跳齒和脫鏈，同樣會(huì)縮短鏈條的使用壽命。齒數(shù)的選取原則：（1）鏈傳動(dòng)速度高時(shí)，齒數(shù)多些；（2）為考慮磨損均勻，鏈輪齒數(shù)應(yīng)取與鏈節(jié)數(shù)互為質(zhì)數(shù)的奇數(shù)，并優(yōu)先選用以下數(shù)列：17、19、21、23、25、38、57、76、95、114。（取整） ，且 。由表 9-8，試選 v—選取 z1，z 1盡量用奇數(shù)。12min1,7izz?120?z，推薦=2~3.5。當(dāng) v2m/s 且載荷平穩(wěn)時(shí)，可達(dá) 10。過(guò)大時(shí)，鏈條在小鏈輪上6?i的包角過(guò)小，將減少嚙合齒數(shù)，因而易出現(xiàn)跳齒或加速輪齒的磨損，故可用二級(jí)或二級(jí)以上的傳動(dòng)。② 確定計(jì)算功率 Pca計(jì)算功率 Pca是根據(jù)傳遞的功率 P，并考慮到載荷性質(zhì)和原動(dòng)機(jī)的種類而確定，即kWKAca?③ 初選中心距 a0a 小，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊，但 a 太小，鏈條總長(zhǎng)太短，單位時(shí)間里每一鏈節(jié)參與嚙合次數(shù)過(guò)多，加劇鏈的磨損和疲勞。a 過(guò)大，承載好，但鏈條長(zhǎng)，橫向振動(dòng)大。一般（張緊或托板） ，中心距不可調(diào)時(shí)， 。??p80,5~30max?? pa30mx?④ 鏈節(jié)數(shù) Lp （ 取整，最好取偶數(shù)）⑤ 節(jié)距和排數(shù)的確定一定條件下，節(jié)距越大，鏈傳動(dòng)承載能力越強(qiáng)，但節(jié)距越大，鏈傳動(dòng)的多邊形效應(yīng)越嚴(yán)重，動(dòng)載荷、沖擊、振動(dòng)越嚴(yán)重。所以，為使鏈傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊、壽命長(zhǎng)，盡量取小節(jié)距的單排鏈。021210.apzzp ?????????