上下肢康复机器人的结构设计与开发
开题报告
班级/学号：机械1101班/2011010015姓名：陈炜
指导教师：刘相权
一、综述
1.1研究的背景和意义
随着医疗卫生条件的发展和经济条件的改善，人类平均寿命不断增长，老年人口日益增多，老龄人群的健康问题也成了人们共同关心和面临的问题。其中，对老年人造成严重伤害的一种疾病就是中风。中风，属于脑血管疾病的一种，其所出现的脑血液循环障碍将直接对人的大脑组织造成不可恢复的损伤，从而导致偏瘫后遗症的产生，偏瘫后遗症的康复治疗更是广大医护工作者和患者所面临的棘手问题。因此，中风由于它的高致残率、高复发率和高死亡率等特点，被世界卫生组织确定为危害当今人类健康的第一杀手。
在当前医疗条件下，医护人员对于患者的急性中风能够采取比较有效的治疗手段来保证患者的生命安全。但是，中风所引起的诸如偏瘫、运动功能障碍、语言功能障碍、神志障碍等后遗症，却成为当今医疗界所面临的一个难题。在中风后遗症患者中，大多属于运动功能障碍，资料显示中风后因运动功能障碍而生活不能自理的高达42.5%。这不仅使得患者生活不能自理，而且也为患者家庭带来极大的心理与经济负担。临床研究表明，对中风后遗症患者，必须争取早期康复治疗，尤其在发病后的前三个月内进行康复治疗是获得理想功能恢复的最佳时机，治疗总有效率可达92.4%。因此，我们迫切需要寻求一种有效的康复手段，使得中风后遗症患者能够最大限度的恢复到正常状态，以减轻患者的生理和心理痛苦，减轻家庭和社会的负担。
目前，在偏瘫上下肢康复训练方面，国内外医疗界所采用的主要是康复训练师亲自对患者进行康复指导和训练。这种治疗方式虽然取得较好的治疗效果，但是仍然存在下述三方面的问题：
（1）患者较多的情况下，一名康复训练师不可能在同一时间对多名患者进行有效地康复训练，治疗效率低下。即便是技术娴熟的康复训练师可以同时照顾多名患者，那么由于其体力的限制，也不能保证每个患者都能得到足够强度的康复训练。此外，康复训练师的技术能力不尽相同，不同康复训练师的治疗效果也有很大差异，很难保证每个患者都能得到高效合理的康复治疗。
（2）因为技术差异，一些康复训练师不能根据患者病况程度精确拿捏康复治疗方法和力度，不能准确记录患者康复进程中的各种病况数据，从而导致康复评价指标不够客观合理，影响治疗方案的进一步完善和改进，耽误患者的康复治疗。
（3）由于现在人力成本的不断提高，康复训练师的服务费用也不断增加，对于经济条件较差的患者，其家庭将无力承担高昂的康复训练费用，这也无疑会耽误患者治疗，影响患者一生的幸福。
综上所述，仅依靠康复训练师亲自对患者进行的康复指导和训练，无疑会制约偏瘫后
遗症康复训练手段的进一步发展，影响患者康复治疗的效果，增加患者家庭负担和社会的医疗成本。因此，有必要将先进的技术手段应用到偏瘫康复治疗领域，以替代康复训练师而进行新型的康复指导和训练，从而为广大患者送去健康的福音。在这种背景下，康复机器人应运而生了。
康复机器人是将机器人技术应用到康复工程的产物。与传统的康复治疗手段相比，康复机器人具有以下四个优势：
（1）利用康复机器人进行康复治疗，不会由于康复训练师的个人原因而造成患者的康复训练达不到足够的强度。
（2）患者可以购买或者租赁一台康复机器人，按照使用说明和医生给出的治疗方案，在家里进行自主的康复训练，而不受治疗地点的限制，治疗时间也能得到保障。
（3）康复机器人可以通过一些高科技的技术手段，在患者康复训练的同时为患者提供一些丰富多彩的训练内容和患者感兴趣的放松娱乐内容，使治疗过程不再那么枯燥乏味，提高患者参与治疗的积极性。
（4）康复机器人能将治疗效果信息及时反馈至身在异地的康复医生，以便其根据患者康复情况制定出更合理的治疗方案，实现远程治疗。
然而，目前国内外已有的康复治疗机器人，结构庞大，系统复杂，而且费用比较昂贵，不够简洁轻便，并且大都为只针对上肢或者只针对下肢的两钟类别的康复机器人，这使得康复机器人的适用范围受到了限制。基于此，本文拟设计一种结构简单，稳定度高，安全性好，易于操作的集上下肢于一体的康复辅助训练机器人，为广大偏瘫患者带去康复的希望。因此，本课题的研究具有重要的现实意义。
1.2国内外研究现状及发展趋势
目前，康复机器人技术是医工交叉结合的崭新领域，将先进的机器人技术应用在医疗领域中的康复机器人，是机器人技术和康复医学完美结合的体现。康复机器人分为：康复训练机器人和功能辅助型机器人。康复训练机器人能够辅助患者进行如：人的下肢行走、手臂运动、颈部运动等功能的恢复性训练；功能辅助型机器人有机器人假肢、导盲手杖、智能轮椅等，主要用来帮助有肢体运动功能障碍的患者实现各种运动。本文设计的是上下肢康复辅助训练机器人，用来帮助上肢和下肢有运动功能障碍的偏瘫后遗症患者进行康复训练，以达到恢复人体肌体组织的运动机能，实现肌体组织自然化动作的最终目标。
1.2.1国外研究现状
欧美国家在康复机器人的相关研究工作方面起步较早，而且得到了机器人研究者和医疗机构的普遍重视。从20世纪60年代开始，许多研究者就尝试将用于残疾人康复治疗的机器人系统产品化，虽然取得一定的研究成果，但是康复机器人的发展仍然比较缓慢。直到20世纪80年代，康复机器人研究仍然处于起步阶段。但是进入20世纪90年代以后，康复机器人的研究步入了全面发展的快车道。
（1）上肢康复辅助训练机器人国外研究现状
1991年，麻省理工学院设计制作了第一台上肢康复训练机器人系统MIT-MANUS，如图1.1所示。该机器人主要用于病人的肩、肘康复治疗，其原理上采用五连杆机构，有效降低了机器人末端执行器的阻抗，实现了康复训练的安全性、舒适性和平稳性，在临床应用中取得了良好的治疗效果。此外，MANUS还可以利用计算机准确测量手臂的平面运动参数，该参
数可以通过人机交互界面直接反馈给患者。
图 1.1MIT-MANUS上肢康复机器人图 1.2ARM-Guide 1999年，美国加州大学Reinkensmeyer与芝加哥康复研究所Kahn等联合研发
了一种辅助康复和测量向导的设备ARM-Guide，如图 1.2所示。该设备主要用来测定患者上肢的活动空间。2000年，他们在ARM-Guide的基础上进行了优化改进，设计出了一种新的ARM-Guide，用以辅助治疗和测量脑损伤患者上肢运动功能。这种新设备具有三个自由度，采用电机驱动，其姿态可以通过一个直线轨道进行调整。而且还可以通过传感器测量患者前臂所产生的力，但是这种设备运动和训练方式比较单一。
图 1.31DOF腕关节康复机器人图 1.42DOF肩肘关节康复机器人2005年，意大利的Roberto Colombo等人设计了腕关节康复机器人（图 1.3所示）和肩肘关节康复机器人（图 1.4所示）。两者分工完成各自的训练任务，以实现对患者腕关节和肩肘关节的康复训练。其中腕关节康复机器人可以借助自身良好的控制系统实现±90范围内的康复训练，肩肘关节康复机器人则主要实现肩肘关节在二维空间的自然伸缩。
图 1.5ARMin上肢康复机器人
2006年，瑞士苏黎世大学的Nef等研制了一种新型上肢康复机器人ARMin，如图 1.5所示。该机器人采用不完全外骨骼结构，具有六个自由度，能够实现肘部屈伸和肩膀的空间运动。使用过程中，可以分别选择不同的适合患者的康复训练模式，完成对上肢损伤患者的康复训练。
此外，还有其他很多研究者或研究机构对上肢康复训练机器人进行了大量研究，取得丰硕的成果。如：荷兰代夫特技术大学设计了一种可穿戴式机器人，它能像衣服一样穿在患者的肢体上，与患者的上肢一起运动，从而达到康复治疗的效果。某研究者设计了一种利用控制患者腕关节运动位置的机器人，实现患者手臂康复训练。
（2）下肢康复辅助训练机器人国外研究现状
现在很多下肢康复器械的设计方案都是将助行机构与跑步机和悬吊系统相结合，例如图1.2.1所示是由瑞士苏黎世联邦工业大学设计研制的一款LOKOMAT全自动机器人步态训练与评估系统。该系统主要包括步态矫正装置、减重悬挂系统和智能跑台等装置，该系统可以调整步态训练模式，使步态矫正装置带动病人的双腿在跑台上作不同的锻炼，控制系统可以控制步态矫正机构上的执行元件，驱动患者的髋关节和膝关节作相应运动，动力电机可以精确地控制跑台运行速度，使之与病人的行走速度相耦合。其控制系统可以精确调整，使之可以适应不同患者的康复训练。在矫正装置的各个关节上均安装有压力传感器，可实时精确地监控矫正装置对患者的作用力。目前，LOKOMAT系统已经成功地被全球100多家有名的研究所和康复医院引进使用。
还有一种常见的设计方案是外骨骼动力辅助系统，其代表是日本筑波大学（Tsukuba University）大学设计开发的机器人装混合助力腿（HAL），如图1.2.2所示，HAL主要结构包括背包、感应控制装置和分布在髋关节和膝关节两侧的4个电机，该产品主要用于帮助步态没有协调性的患者行走，可以帮助患者以4千米每小时的速度行走，并且能完成上下楼梯等复杂动作，其运动由患者通过控制器控制，无需任何操纵台，也不需要外接任何控制设备。该装置配备了很多传感器，如地面传感器、肌电传感器、角辨向器等，可以辅助控制器根据生理反馈调整人的姿态，使人感到舒适。
上述两种典型设备控制可实现的功能多、康复功效好，但系统庞大且复杂、价格昂贵，只适合康复医疗中心引进以供患者使用，对于一般患者难以承受,因此市场上还有多种简单便携式的下肢康复设备。
图1.2.3所示装置是德国OPED公司生产的主被动活动器CAM0PED，该装置针对不同
患者的情况可实现不同的康复模式。对于下肢瘫痪情况较为严重的患者，可以采用完全电机驱动模式；对于单侧腿瘫痪的患者，可以采用以健康腿的运动带动患腿运动的模式。如此可以有效地帮助患者恢复肢体感觉，对于患者恢复腿部机能也有较好的帮助。这种产品的特点是重量轻、结构简审，小巧便携。
图1.2.4所示器械为日本东京大学研制出的一种主动力型康复医疗器械HartWalker，其结构主要包括两个竖直的KAF矫形器和一个支撑减重兼平衡作用的四轮车。此器械在使用时，人的重量主要集中在中间的竖直杆上，如此设计的作用是可以解放出人的双手进行一些辅助的操作。
总之，国外下肢康复器械新产品的一些主要特点有：
（1）智能化。传统机械与计算机技术紧密结合，利用先进的传感器技术和控制技术使康复器械达到各种预期功用；
（2）人机一体化。将生物工程技术用于人体康复工程，使康复者能够在舒适的前提下进行康复训练。
1.2.2国内研究现状
（1）上肢康复辅助训练机器人国内研究现状
与国外相比，我国在康复辅助训练机器人领域的探索和研究开始较晚。但是近年来，随着我国经济的发展和人民群众对健康关注程度的提高，国内的一些科研院所以及高等学校在康复辅助训练机器人方面相继开展了大量的设计研究，开发和研制出了多种型号的用于上肢康复辅助训练的机器人样机。目前，国内的康复辅助训练机器人研究已经取得巨大发展，但是相比国外仍然有较大差距，仍需国内科技工作人员投入更多的物力和精力进行相关研究。
上海交通大学和复旦大学的科研专家联合开展了一项研究，该研究的目的是通过提取患者的神经信息，然后利用该信息来实现电子假手的控制，以完成对患者的康复训练。该研究的原理是利用相关仪器，有意识地控制患者进行反复训练，在康复训练的同时，连续调整和适当加强大脑指令，以达到提高中枢神经系统和骨骼肌肉系统支配和控制能力的目的，使患者逐步消除运动障碍。
图 1.7上肢复合运动康复训练机器人
自2000年开始，清华大学就组织了一支科研力量，致力于机器人辅助神经康复的研究，并在该方面取得了丰硕成果。其目前已经成功研制了包括肩肘复合运动康复机器人、肩关节康复机器人和手康复训练器在内的多种康复机器人,如图 1.7所示。2004年初，清华大学将自己的科研成果在中国康复研究中心进行临床应用，取得了一定的康复效果，并获得了大量非常具有现实指导意义的临床数据。
图 1.8哈尔滨工业大学研制的五自由度上肢康复机器人哈尔滨工业大学研制了一种具有五个自由度的上肢康复机器人，如图 1.8所示。其结构采用了外骨骼式，各关节利用电机驱动，能够完成肩部、肘部和腕部的伸/屈以及肩部的外摆/内收、腕部的旋转等动作，使患者能够完成一些日常生活中简单的功能性动作的练习。
华中科技大学研发的一种上肢康复机器人，与以往的康复机器人有很大的区别，其采用了独特的气动肌肉驱动方式，而且可以在三个自由度空间内运动，如图 1.9所示。该气动肌肉采用拮抗肌对的方式来实现单关节的双向运动。
图 1.9基于气动肌肉驱动的3DOF上肢康复机器人
此外，东南大学、河北工业大学等高校也开展了很多关于康复机器人技术的研究，并取得了一定的成果。其中，东南大学成功研制了一套可以实现被动、主动和带阻尼主动三种锻炼模式和一对多的训练模式的上肢康复训练机器人系统。河北工业大学设计了一种可以通过虚拟现实系统模拟患者动作的手臂外骨骼康复机器人，并取得了良好的效果。
（2）下肢康复辅助训练机器人国内研究现状
我国对下肢康复器械的研究比较晚，如今在各种因素的刺激下，康复医学工程虽然得到了普遍的重视，但我国在康复机器人领域的研究仍处于起步阶段。近几年我国已经在康复工程方面的研究取得了一定的进展，并且已经取得了不少成果，填补了一些空白，特别是中档产品发展较快，成果比较喜人。
清华大学在国家科技支撑计划和国家自然基金的支持下率先开始了下肢康复器械的研究开发工作，成功研制了康复机器人GRTS，制造出了样机并进行了大量的临床应用，取得了一些患者的临床数据，测试结果显示GRTS在下肢偏瘫患者的康复方面已经起到良好的效果。图1.2.6为GRTS康复机器人的三维造型图，髋关节和膝关节的驱动方式为直接电机驱动，这样的结构比较紧凑，且控制方便。
哈尔滨工程大学的张立勋教授团队近十年来一直在从事下肢康复器械的研究，其研究方向较为宽泛，在关节液压驱使驱动康复机器人、电机驱动康复机器人、绳索牵引式康复器械、人机合作机器人等国内外重点研究方向上均有所涉猎，成果丰富。图1.2.7所示的助行康复机器人是其较新的研究成果，此康复器械主要由三部分组成：助行机构、起坐装置以及可移动座椅，可以完成助行、帮助人起坐等辅助作用，还可以作为电动轮椅进行直行、拐弯等动作，功能颇为丰富，成果申请了多项专利，具有较强的创新性与实用性。
哈尔滨工业大学研制的下肢康复助行机构能够同时对患者的髋关节、膝关节和踝关节进行康复训练，主要由两个部分组成：穿戴式助行行走机构以及用于减重作用的抬升机构。通过这两部分装置的共同作用，患者可以无需别人帮助自行进行腿部关节锻炼以期恢复健康。
除上述院校，中科院合肥智能机械研究所、浙江大学机电所、上海大学机电工程与自动化学院也均针对偏瘫患者的康复需要提出了不同的解决方案，并取得了不少研究成果。
如今类型各异的下肢康复器械已经得到了一定的应用,并且在临床上具有良好的表现。在今天这个以人为本的社会当中,随着人们生活水平越来越提高,对健康问题也会愈发重视,这是康复医疗器械发展的重要契机。以往依赖治疗师一对一徒手治疗的工作必将逐步被康复医疗器械所取代。
1.3目前存在的主要问题
（1）上肢康复辅助训练机器人目前存在的主要问题
经过国内外专家多年的设计研究以及临床应用，康复机器人技术已经取得巨大的发展，但是仍然存在不少问题，有待进一步研究解决。本文在对现有文献和康复机器人临床应用情况深入研究调查的基础上，对目前国内康复机器人所存在的问题总结归纳如下：
（1）结构庞大，系统复杂，应用范围受到限制。
（2）训练活动范围及幅度较小，训练方式简单，不能实现部分关节大范围活
动和多关节复杂活动，以达到为中枢神经提供足够强度刺激的目的。
（3）机器人的适用性不强，不能很好地适用于不同患者之间，同一患者不同
的恢复时期等情况。
（2）下肢康复辅助训练机器人目前存在的主要问题
下肢康复助行器械设计的主要问题主要体现在以下三个方面:
(1)机械结构
机械结构设计是下肢康复器械设计的第一步，也是最重要的一步，结构设计是否合理将会直接影响到整个装置能否实现康复医疗目的。现有的下肢康复器械就其结构设计而言，大致可分为四类:①脚踏板类；②骨盆操作器配合减重踏步车类；③下肢外骨骼配合减重踏步车类；④悬吊减重系统配合可控移动车类。这四类结构各有优缺点，四前机构方面的研究重点主要集中在能够设计出一种更适于人机交互的结构，最大程度地辅助患者进行康复训练，而非限制患者的运动。
(2)步态规划
结合康复训练要求，根据捕获的人体运动步态数据，为康复器械设定好运动数掘，并能够在线进行姿态调整,以保证患者的平衡和步态协调，这两个问题统称为步态规划问题。目前国内外主流的步态规划方法主要可分为基于运动捕捉数据、基于简化动力学模型、基于动态稳定判据、基于人工智能以及基于仿生原理五类。其中有的步态规划方法己经发展成熟，而有的还与现实有很大差距。无论采用怎样的步态规划方法，其首要原则都要满足人的生理特征，并能够保证患者的安全。
(3)控制策略
下肢康复器械能否达到预定的康复目标，从一定程度上能够取代医疗师实现各种医疗模式，主要取决于其康复策略的制定，此问题也是康复医疗器械研发的难点所在。根据不同患者的情况，以及根据同一患者步态康复阶段的康复情况，适当地使患者发挥自主意愿,完成各种康复医疗模式，这是针对下肢康复器械制定控制策略所要解决的基本问题。高水准的控制策略应当能够根据患者的表现判断患者的康复现状，并自动调整训练参数，加速患者的康复进程。
1.4前景展望
上下肢康复机器人能给患者带来美好生活的期望,其研究开发具有重大的社会意义和市场价值,也是时下一个热门研究领域,因此有必要研究深入以期能够对广大截瘫患者带来康复福音。并且，根据现有的国内外设计方案，各国的学者进行更加深入的了解和研究，并且进行优化完善，进一步优化上下肢康复辅助训练机器人的结构、材料，以减轻机器人的重量，提高机器人的动力学性能；同时对患者上下肢施加的力进行控制，与人体上下肢接触的部分选取舒适度高的上下肢康复辅助训练机器人的设计材料，以进一步提高患者在康复训练过程中的舒适性；不仅如此，为了达到最佳的康复训练效果，适时监控患者在康复训练过程
中的身体适应情况，应适当引入表面肌电数据采集系统。
二、研究内容
1、设计技术参数：
（1）承载能力：85Kg以上；
（2）占地面积：小于1平方米；
（3）能康复下肢髋、膝、踝关节；
（4）能近似模拟正常人行走步态轨迹和脚步位姿；
（5）能进行主被动训练。
2、设计内容
（1）完成上下肢康复机器人的结构设计；
（2）建立三维虚拟模型并对其进行运动仿真；
（3）完成上下肢康复机器人的运动仿真。
三、实现方法及预期目标
1、预计实现方法
（1）上肢运动结构设计
由人体上肢运动特点可知，上肢运动功能组件必须有三个转动副，并且通过一定的组合方式将这三个转动副组合起来，以模拟人体上肢的运动。此外，各个转动副的中心必须与上肢对应关节的转动中心重合。通过以上分析可知：康复训练机器人实现肩部屈/伸、外摆/内收的转动副的转动轴线应与肩关节屈/伸、外摆/内收的转动轴线重合，实现肘部屈/伸的转动副的转动轴线应与肘关节屈/伸的转动轴线重合。
1）肘关节屈/伸运动机构设计
康复训练机器人采用外骨骼结构，将大小臂分别固定在大小臂托盘上，使上肢随着托盘的运动而运动。大、小臂托盘以转动副连接，转动副的轴线与肘关节屈/伸运动轴线相重合。考虑到单纯的一个转动副承受小臂重量可能刚性不足，且驱动力矩太大，出于安全性设计，在此采用四杆机构，如图 2.6所示。
此四杆机构将大臂托盘作为机架，小臂托盘作为连架杆，另一连架杆与驱动相连。这样，四杆机构的运动带动肘关节实现屈/伸运动，整个机构的刚性将大大增强，运动可靠性与安全性也大大提高。
2）肩关节屈/伸、外摆/内收运动机构设计
由于肩关节有两个运动副，且这两个运动副的轴线垂直相交于一点，而这一点为肩关节运动过程中的不动点，所以肩关节屈/伸、外摆/内收运动机构设计是康复训练机器人设计的难点，也是创新点。在此我们设计了一种L型结构的连接件，如图 2.7所示。
图 2.7可知，L型连接件两端的两个运动副实现了肩关节的屈/伸、外摆/内收运动构成转动副1的两构件为基台和L型连接件，构成转动副2的两个构件为大臂托盘和L型连接件。这样，转动副1带动L型连接件和肘关节四杆机构实现肩关节的屈/伸运动，转动副2带动肘关节四杆机构实现肩关节的外摆/内收运动。
（2）下肢运动结构设计
下肢康复器械一般可分为两种类型,即主动型和被动型,这里所说的主动、被动均是相对于患者而言的。主动型下肢康复器械由下肢障碍患者带动器械进行训练,常见的有椭圆机等形式,主要用于人体肌肉的正常训练以及保健运动;被动型下肢成复器械装打电源和执行元件,由器械带动患者下肢做反复的运动。
由于偏瘫或瘫换患者的下肢没有运动能力或者运动能力很微弱,患者几乎不可能主动投入到康复训练中去,所以至少在康复训练的前期应采用被动训练的方法。被动康复训练时应注意,应尽量与生理运动规律一致,在无痛范围内进行训练,而且应当避免频繁更换动作姿势,尽量保持同一体位进行康复训练。
由于下肢康复器械的使用对象具有特殊性,在设计过程中要充分考虑到以下问题:
第一,下肢康复器械的设计应当充分考虑到人体工程学和仿生学。设计出的产品的运动特征必须符合正常人的运动步态,迎合了正常人行走的特性,才能使患者的康复过程感到舒适,并且避免了患者后期步态畸形,从而可以免去后期的矫正行走步态训练。
第二,对于下肢障碍患者而言，其下肢神经功能发生了障碍，从而没有支撑能力，患者无法自己保持平衡。如何让患者保持平衡也是一个重要设计要点。
第三,一般下肢障碍患者的上肢比较完好，可以充分利用其这个特征让其利用其上肢进行人机互动，完成简单的壁障、紧急停车等功能，有利于提高患者的反应能力、积极性以及康复的趣味性。
如前叙述，本文的设计目标是要尽量能够模拟人体的正常步态。由于正常人下肢关节自由度多，运动灵活多变，简单的助行器械很难满足多种步态，况且考虑到患者不宜频繁更换运动姿势，因此本文仅针对正常步态进行设计。由图2.1.4的正常步态实测曲线可以看出，髋关节q1在一个步行周期内仅有2个极值点，其变化规律较为简单，类似于余弦曲线，因此可以选用一个曲柄连杆机构来实现大腿的运动规律；膝关节角q2的运动规律较为复杂,在一个步行周期内出现了4个极值点,不可能由一个四杆机构来实现,可以由两个四杆机构的耦合机构作为膝关节的再现机构,其形式如图2.2.1所示,图中杆1为曲柄,杆7即为带动大腿运动的杆。
从节约成本、降低控制难度以及器械轻量化的角度出发,本文采用由一个驱动提供匀速动力同时驱动两个关节的设计,如图2.2.2所示。
根据上述分析,考虑到应用的特殊性以及设汁的要求,对下肢康复器械的驱动和传动装置提出以下要求:
(1)传动效率高、输出力矩大,质量轻；
(2)过载能力良好,安全可靠；
(3)控制方便,精度较高。
2、最终实现方法
通过对以上方案和查阅其他资料得到的方案进行细致的比较，我得出了自己最终的结构设计方案。如下图所示：
如上图所示，根据任务需求设计出来的样机结构包括四大部分：
1）底座与机架部分：是康复训练器的支撑部分。在其上面安装其他的部件及控制电路。它是由方钢管通过焊接而成的一个框架。
2）上肢训练部件：包括手柄、手柄臂、转轴、轴承、上肢离合器、锥齿轮等零部件。
3）下肢训练部分：包括脚蹬、脚蹬连杆、连杆轴、轴承、下肢离合器、锥齿轮等零部件。
4）减速传动部分：主要由上下伺服电机、减速器、上锥齿轮传动、下锥齿轮传动组成。
3、预期目标
（1）完成上下肢康复机器人的结构设计，其中包括装配图及关键的零件图；
（2）对上下肢康复机器人进行三维建模、虚拟装配与仿真。
四、对进度的具体安排
第1-2周，完成文献调研，开始英文翻译。
第3-4周，完成开题报告，完成英文翻译。
第5-9周，完成原理分析，方案设计，准备期中检查。
第10-12周，完成整机草图设计及零件图设计。
第13-14周，完成装配图设计及零件图设计。
第15周，开始撰写论文，并完成论文最后修改和图纸修改，提交论文最终稿。
第16周，完成毕业论文答辩。
五、参考文献
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XYKXZFK-9型智能下肢反馈康复训练系统 1. 产品研发背景 1. 我国每年新发脑卒中病例120-150万人，死亡者80-100万人，死亡率高达 66.7%! 存活者中约75%致残，丧失了行走的能力。 另外造成下肢瘫痪的疾病还有脊髓损伤、外伤、比如下肢关节性疾病(如膝关节退 行性骨关节炎、脊髓性肌萎缩症、多发性硬化症等。 下肢康复机器人作为一种自动化的康复治疗设备，可以帮助患者进行科学有效的康复训练，使患者的运动功能得到更好的恢复。20 世纪80 年代是康复机器人研究的起步阶段,美国、英国和加拿大在康复机器人方面的研究处于世界领先地位，1990 年以后康复机器人的研究进入到全面发展时期。目前，康复机器人已经广泛应用到康复治疗方面，不仅促进了康复医学的发展,同时带动了相关领域的新技术和新理 论的发展。 研发背景： 1.我国每年新发脑卒中病例120-150万人，死亡者80-100万人，死亡率高达66.7%! 存活者中约75%致残，丧失了行走的能力。另外造成下肢瘫痪的疾病还有脊髓损伤、外伤、比如下肢关节性疾病(如膝关节退行性骨关节炎、脊髓性肌萎缩症、多 发性硬化症等。 2. 下肢活动障碍导致的严重并发症，长期卧床，下肢静脉血液回流受阻，下肢生理功能衰退，下肢组织血液供应不足，废用综合症 3. 传统康复训练治疗存在严重不足医护人员劳动强度大且不能保证稳定持续的运动训练 4. 单纯的直立床训练也存在着缺陷。患者下肢关节活动度得不到锻炼 下肢康复机器人应运而生 二. 产品设计原理：
按照正常行走时不同肌肉收缩的时序 通过预先设定的程序在预定的时间内刺激各组肌肉群产生一种协调动作模拟正常的行走动作 3. 产品参数及优势： XYKXZFK-9型智能下肢反馈康复训练系统 技术参数 ·电源电压：220V 50／60Hz 功率400VA
1绪论 1.1工业机器人概述 工业机器人由操作机(机械本体)、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作，自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。特别适合于多品种、变批量的柔性生产。它对稳定、提高产品质量，提高生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。机器人技术是综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力。从某种意义上说它也是机器进化过程的产物，它是工业以及非工业领域的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。机械手是模仿人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为“工业机械手”。工业机械手可以提高生产的自动化水平和劳动生产率；可以减轻劳动强度、保证产品质量、实现安全
生产，尤其在高温、高压、低温、低压、粉尘、易爆、有毒气体和放射性等恶劣的环境中，由它代替人进行正常的工作，意义更为重大。因此，工业机械手在机械加工、冲压、铸、锻、焊接、热处理、电镀、喷漆、装配以及轻工业、交通运输业等方面得到越来越广泛的应用。工业机械手的结构形式开始比较简单专用性较强，仅为某台机床的上下料装置，是附属于该机床的专用机械手。随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的应用。 1.2工业机器人的组成和分类 1.2.1工业机器人的组成 机械手主要由执行机构、驱动系统、控制系统以及位置检测装置等组成。各系统相互之间的关系如方框图1.1所示。 图1.1机器人组成系统
建筑结构设计不规则性问题的分析董良 发表时间：2018-06-15T09:59:12.437Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第1期作者：董良[导读] 建筑结构不规则性就是指在建筑工程之中，由于受到平面布局、水平或者垂直受力影响。 山东文孚建筑设计有限公司山东济南 250000 摘要：伴随着我国现代化建筑行业的不断发展,同时其结构空间也得到不断进步,然而在对建筑结构进行设计过程中,不仅只是简单的进行对称的设计,已经开始进行不规则结构设计,针对不规则设计而言,在很多方法依然存在一些问题,并且对建筑结构也存在不良影响。对此在本文中笔者将从建筑结构设计不规则性分类出发，从而提出以下解决建筑结构设计不规则性问题措施，希望能够满足建筑结构稳定性要 求。 关键词：建筑结构设计；不规则性；问题 建筑结构不规则性就是指在建筑工程之中，由于受到平面布局、水平或者垂直受力影响，从而导致建筑结构不规则，这对于建筑结构质量或者稳定性造成了严重的影响，因此在今后的建筑结构设计过程中，必须要加强建筑结构设计不规则性问题研究，从而为建筑企业创造更高的经济效益，推动我国建筑行业稳固发展。 1 建筑结构设计不规则性分类 在建筑结构设计中,对于建筑结构的不规则性问题必须采取合理的计算方法以及计算参数,不断优化设计方案,同时加大对于建筑结构的重点部位以及薄弱部位的分析,从而保证不规则结构设计具有合理性,最大程度的提高不规则建筑的安全性以及稳定性。 在进行建筑结构设计时，所表现出的不规则性主要分为两种，即平面结构不规则与竖向结构不规则，首先平面结合不规则是最常见的一种建筑结构设计不规则表现，具体而言主要体现在以下三个方面，①不规则扭转，在对不规则扭转进行判断时，设计者可以从建筑物的弹性水平位移进行判断。②不规则凹凸，在进行建筑结构设计时，设计者可以从建筑物的投影方向以及投影尺寸去进行对凹凸值进行判断，并且在这个过程中要求建筑结构中凹进去的一侧不能小于30％，这样可以防止建筑出现变形。③局部楼板不连续性，关于不连续判断可以从建筑物结构的平面刚度变化或者楼面面积出发。其次是竖向结构不规则，体现在以下四个方面，①不规则倾向刚度，在设计过程中要求不规则设计刚度值要小于70％，并且建筑物本身与周边建筑物的平均刚度值控制在80％以内。②竖向抗侧力构建不连续性，建筑物的竖向结构，抗侧力构建应该注重从水平方向到垂直方向的传递。③楼层承载能力不均匀，这要求设计人员楼层受力程度应该低于80％。④楼层质量不均匀性，也就是和下一层相比，应该高出上一层的1.5倍。 2 解决建筑结构设计不规则性问题措施 2.1 减少偏心距 有数据显示建筑结构之所以会出现扭转与建筑物偏心距有着绝对的关系，并且两种之间呈线性函数关系，因此在进行建筑结构设计时，为了防止出现扭转现象，提升建筑物结构设计规则性，在进行建筑结构设计时，就必须要不断的减少偏心距，这样才能通过线性函数调节，从而使整体的建筑结构更加的平均分布，而减少偏心距的方法有很多种，如通过详细的数据计算，从而对主体结构以及平面空间分布进行调整，并且在设计图纸之中，将建筑结构的重量核心与刚度中心位置进行标注，除此之外，在进行偏心距调节时，还可以采用数据分析的方式，从而对建筑结构刚度进行重新分布，这样可以对核心较远的抗侧力进行调整。 2.2 提高建筑结构抗扭承载力 在进行建筑结构设计时，会受到很多的因素影响，这些因素造成了建筑结构的不规则性转变，因此在进行建筑结构设计时提高建筑结构抗扭承载力就显得越发重要[2]。对此美国IBC规范曾经做出一个这样的调查，其发现在进行建筑结构设计时，每增加一个计算扭矩，地震扭矩也就是质心与刚心不重合时，就会与附加扭矩等比例放大，并且当位移小于等于1.2时，放大系数就会等于1，而当位移大于1.2时，位移系数也会大于1，由此可以看出，在附加扭矩不断增大的过程中，抗承载能力也会不断增加，而这会增加偏心距，而通过上述文章介绍也可以发现，偏心距是导致建筑结构设计不规则的主要原因，因此提高建筑结构抗扭承载力，是可以解决建筑结构设计不规则性问题的有效措施。 2.3 提高建筑物抗震性能 在进行建筑物结构设计时，可以分为主体设计与基础设计两个部分，其中主体设计是建筑结构设计的重点内容，而在进行建筑物主体设计时，绝对不能忽视建筑物边缘构件的设计内容，因此从某个角度分析，建筑结构边缘设计对于建筑结构物的整体质量具有绝对的影响，而通过以往的相关研究中发现，建筑结构抗剪性设计有利于提升建筑边缘结构性能，尤其是当建筑物长期处于非弹性阶段时，当受到地震或者外力作用时，易出现一些偏心问题，从而导致建筑结构出现不规则性，因此在进行建筑结构设计时，能够提升抗震性能，强化建筑物边缘结构设计的抗剪强度，这可以从本质上提升建筑物的抗外力作用，从而发挥出建筑物的弹性作用，满足建筑物规则性要求[3]。 2.4 提高建筑抗侧刚度 在进行建筑结构设计时，提高建筑物的抗侧刚度是有助于解决建筑物结构设计不规则性问题的，并且通过以往的数据调查研究发现，当建筑物主体结构出现扭转效应时，会与自我震动周期出现一个平方值函数关系，利用这种比例关系进行建筑结构设计可以减低建筑结构自我诊断周期，并且消除主体结构的扭转效应，为此在进行建筑结构设计时，应该采用科学的计算调整方法，从而对墙体长度与墙体厚度进行调节，进而使建筑结构刚度远离中心墙体，并且采取边缘装置柱梁的方式，从而对主体结构震动周期进行调整，这样有利于建筑结构刚度值的提升，从而实现改善扭转刚度的目的。 3 总结 在经济建设迅速发展的过程中，建筑行业迅速崛起，在这个过程中对于建筑结构设计要求也在不断的提升，而在进行建筑结构设计过程中，不可避免的会出现一些不规则设计现象，这也为建筑结构设计增添了难度，因此为了能够更好的满足建筑结构合理设计要求，设计人员必须要加大建筑结构设计不规则性问题分析研究，从而不断的提高建筑结构设计的质量，满足建筑结构设计的需求，从而实现建筑结构设计工作的顺利完成，促进建筑行业长远发展。
精品文档毕业设计(论文)开题报告 题目名称：商务楼设计 题目来源：实际工程 题目类别：毕业设计 学院（系）：X X学院 专业班级：土木X X班 学生姓名：X X 指导教师：X X 开题报告时期：
一，题目来源： 实际工程 二，研究的目的和意义： 毕业前的最后一次大型课程设计，此次设计的意义重大，也许也是最后一次在老师的指导下学习，土木工程专业决定了我们将来要从事的工作：就是运用我们所学的专业知识来指导将来的民用及工业建筑物的设计，施工，管理等各个环节。毕业设计的实质目的就是让我们深入了解了工程建设设计与施工的过程，对一般框架类型的房屋有更深刻的认识，以自己的课题出发，学会应用知识于现代建筑的具体实践之中，从设计之中来提升自己的能力，获取间接经验。 随着中国城市化程度的提高，大批人员涌入城市，随之而来的住宅问题成为越来越多人关注的焦点。可以毫不夸张的说，住宅已经成为全中国最热点的话题之一。对于这样一个与全社会人民息息相关的产品，如何设计使其更经济，更安全，更舒适，是一个至关重要的问题。 土地资源的紧缺，使低层住宅在城市里销声匿迹。对于多层住宅，传统的砌体结构由于承重墙体自身巨大的自重，以及粘土砖的禁用，渐渐淡出舞台。而钢筋混凝土结构与砌体结构相比较具有承载力大、结构自重轻、抗震性能好、建造的工业化程度高等优点；与钢结构相比又具有造价低、材料来源广泛、耐火性好、结构刚度大、使用维修费用低等优点。因此，在我国钢
筋混凝土框架结构是多层住宅最常用的结构型式。近年来，世界各地的钢筋混凝土多层框架结构的发展很快，应用很多，对其受力的研究已经相对成熟。 然而框架结构的侧向刚度小，属柔性结构框架，在强烈地震作用下，结构所产生水平位移较大，易造成严重的非结构性破性。汶川地震后，结构的抗震能力被大大重视。对于框架结构而言，抗震构造措施尤其重要，在这方面的优化，也是目前研究的方向之一。抗震设计需遵循“三水准，两阶段”设计方法： 1.，做好“强柱弱梁”的设计 由于框架受轴向压力的作用，其延性通常比梁的延性小，一旦框架柱限于框架梁出现塑性铰，就会产生较大的层间位移，甚至形成同层各柱上下端同时出现塑性铰的“柱较结构”，从而危及结构承受垂直荷载的能力。 2.，做好“强剪弱弯”的设计 为防止梁端，柱端在弯曲屈服前出现脆性剪切破坏，在设计中要求做到“强剪弱弯”，即构件的受剪承载力要大于构件弯曲时实际达到的剪里。 3，做好“强节点弱构件”的设计，还要对节点进行抗震构造设计，要求框架节点核心区不先于梁柱破坏。 综上，本次设计中，除了在设计前通过阅读相关书籍资料，更深刻的了解框架结构的有关知识，巩固课堂上所学的理论知识外，在设计中，通过熟练操作建筑学基本软件，掌握将来从事本行业的实践能力，并通过与手算结果进行对比的方式，锻炼自己发现问题和解决问题的能力。因此，本次课题是步入社会前的一次演习，是为以后的路预先而作的一次必不可少的锻炼。三，阅读的主要参考文献及资料名称
1、等效荷载 利用荷载效应相等的原则将复杂荷载等效为均布荷载。针对不同的效应会等效出不同的均布荷载，过分追求计算结果的精度意义不大。实际中主要是确定最不利的荷载效应。根据实际设计要求，效应包括内力(剪力、弯矩)和变形(挠度、裂缝)。计算中等效的结果与结构的跨度直接相关，因此等效的结果的应用位置需注意。相同的复杂荷载对于不同的效应会等效出不同的等效荷载，因此不同的结构构件计算时此效应不能通用。另外计算的等效荷载还与结构的边界条件有直接关系。等效荷载只是一种假象荷载，不能追求等效的精度，以满足结构的计算精度要求为宜。 2、汽车荷载 汽车轮压的等效荷载大小与结构的跨度成反比。规范中的汽车等效荷载为直接作用的楼板的荷载，另外考虑了汽车荷载的动力系数。汽车荷载的动力系数与楼板的覆土厚度直接相关，当结构的覆土厚度大于时，结构的动力系数取。计算梁柱时要考虑活荷载的折减系数。 3、消防车等效荷载计算 (1)、等效荷载的大小与板跨（非柱网）的大小有直接关系。 (2)、等效荷载的大小与覆土厚度有直接关系。 (3)、消防车的作业区域应该是消防车能够到达的任何区域。对消防车经 常出现的场所(主要消防通道、消防中心)，消防车荷载是一种出现频率很高的荷载，此时应该考虑构件的裂缝和挠度，对消防车不经常出现的住宅小区，可不考虑消防车对构件裂缝和挠度的影响。但要是但考虑经常出现的车辆荷载的影响(一般控制首层地面活荷载不小于5KN/m2)。 (4)、地下是外墙的计算中，《全国民用建筑设计技术措施》中规定：地下 室外墙计算时，室外地面荷载取值不小于10kN/m2，汽车通道还应考虑汽车荷载的影响。 4、抗震设防类别 商业建筑《建筑抗震设防分类标准》规定：人流密集的大型的多层商场抗震分类标准应划为重点设防类。其中人流密集和大型的解释为一个区段人流5000人换算成建筑面积17000m2或营业面积7000m2以上的商业建筑。 这里的一个区段考察的是人员的聚集程度，与建筑的功能区分和区段的出口有关，与结构的分缝没有直接关系。高层建筑中，结构单元内经常使用的人数超过8000人，抗震分类标准应划为重点设防类。这里的结构单元也不是以结构缝作为划分，还是应该以建筑功能和区段划分作为依据。 5、地震动参数 多遇地震参数应根据场地安全评价报告和《抗震规范》合理取用，并不应该小于规范数值，设防烈度和罕遇地震参数应该参考规范数值。一个地区的抗震设防烈度是基本固定不变的，而抗震设防的分类标准时可以调整的。根据地区的抗震设防烈度、场地类别和结构的设防类别确定结构的抗震措施和抗震构造措施。抗震措施是除地震作用计算和抗力计算以外的所
结构设计开题报告 开题报告要明确提出论文所要解决的具体学术问题，也就是论文拟定的创新点。以下是为大家推荐的结构设计开题报告，希望能帮到大家，更多精彩内容可浏览。 1.设计(或研究)的依据与意义： 本工程为某城区办公楼采用多层框架结构，为永久性建筑。该楼总建筑面积为8000㎡，拟建位置另行给定，抗震设防烈度为8度。 根据城市城市规划.建筑规模和要求以及现有的气象条件(气温.相对湿度.主导风向.基本雪压).工程场地地质条件.及材料供应和施工条件进行设计。西城区办公楼由主楼和会议中心两部分组成，主体结构为7层，内外装修均为一般装修。 相关设计依据： (1).《建筑地基设计规范》50007 (2).《混凝土结构设计规范》500010 (3).《建筑结构荷载规范》50009 (4)、《建筑抗震设计规范》500011 (5).《砌体结构设计规范》50003 (6).《房屋建筑制图统一标准》50001 (7).《建筑结构制图标准》、50105
(8).《建筑设计防火规范》50045-1995 (9).有关标准图集、相关教科书和及相关规定。 意义： 近年来框架结构在世界各地又有了很大的发展，许多城市普遍兴建了包括商场、住宅、旅馆、办公楼和多功能建筑等各种类型的框架建筑。土木工程专业学生毕业后参加或从事框架结构设计已成为必须面对的现实之一。 通过毕业设计对大学期间所学的知识做一个系统的总结和应用，通过自己对在熟悉任务书的基础上参观、比较同类建筑，查阅、搜集有关设计资料使我的所学的知识得以综合的应用，提高综合知识的应用能力，对所学过的知识得以系统的深化。并培养我独立解决建筑设计、结构设计的内容和步骤，及掌握建筑施工图结构施工图绘制的方法，为今后工作打下良好的基础。 同时毕业设计是学生在毕业前半年的最后学习和综合训练的实践性学习环节，是学习深化、拓宽、综合教学的重要过程;是学生学习、研究与实践成果的全面总结;是学生综合素质与实践能力培养效果的全面检验;是学生毕业及学位资格认定的重要依据;也是衡量高等教育质量和办学效益的重要评价内容。所以我们每一个毕业生都应该认真的努力完成自己的毕业设计，使自己成为社会需要的人才。
专题(康复医学) Thematic Forum(Rehabilitation Medicine) 收稿日期：2010-02-08 作者简介：谢欲晓，教授，硕士生导师，主任医师，中日友好医院物理康复科主任，中国康复医学会理事，副秘书长、科普工作委员 康复机器人(rehabilitation robots)是近年出现的一种新型机器人，它属于医疗机器人范畴。它分为康复训练机器人和辅助型康复机器人，康复训练机器人 的主要功能是帮助患者完成各种运动功能的恢复训练，如行走训练、手臂运动训练、脊椎运动训练、颈部运动训练等；辅助型康复机器人主要用来帮助肢体运动 有困难的患者完成各种动作，如机器人轮椅、导盲手杖、机器人假肢、机器人护士等[1]。 传统的康复程序依赖于治疗师的经验与徒手操作技术。随着病人数目迅速增大，节省治疗时间越来越成为关注的问题。如果机器人可以协助执行康复评估与治疗程序，应该是一个很大的进步。近年来，已经有很多研究涉及机器人在协助残疾者康复训练的作用[2,3]。康复机器人能通过机器带动肢体做成千上万的重复性的运动, 对控制肢体运动的神经系统刺激并重建, 从而恢复肢体功能运动的一种新的临床干预手段。 1 康复训练机器人的研发沿革 康复机器人技术是国际前沿技术，它的历史虽然很短，但发展的速度却很快，近一两年来不断有新的研究成果出现。从第一台在商业上获得巨大成功的康复机器人一Handy [4]至今，康复机器人的研究获得了巨大的发展。为了更好地促进运动康复和实现运动控制，自动化和机器人辅助的运动康复从上世纪90年代开始出现[5]。 1993年，Lum 等就研制了一种称作“手——物体——手”的系统(hand —object —hand system)，尝 试对一只手功能受损的患者进行康复训练。1995年，Lum 等又研制了一种双手上举的康复器(bimanual lifting rehabilitation)，用来训练患者用双手将物体上 举这一动作[6]。Hogan 与Krebs 等于研制出一种称作MIT-MANUS 的脑神经辅助康复机器人。MANUS 提供平面运动和手部三维运动两个训练模块，具有反向 可驱动性并可以通过阻抗控制实现训练的安全性、稳定性和平顺性。MANUS 具有辅助或阻碍手臂的平面运动功能，也可以精确测量手的平面运动参数，并为患者提供视觉反馈。MANUS 的不足在于，它实现的动作基本上是平面的，这就限制了训练方案的改进；而且它向患者提供的训练动作不是从患者本身的需要出发，因而不能达到最佳的训练效果。 2000年，美国国家航空航天局(NASA)喷气推进实验室和加州大学洛杉矶分校(UCLA)研制了一种用于脊椎神经受损病患者下肢康复的机器人设备，它运用一对机械臂引导下肢在脚踏车上运动，并且通过几个 传感器来测量病人的力、速度、加速度以及运动阻力。在国内，哈尔滨工业大学研制了一种下肢康复训练机器人，对下肢运动障碍者在机器人辅助运动过程中的重心控制进行了研究[7] 总结康复机器人的研发现状，下肢康复机器人以被动运动模式为主，但现有运动模式单一，缺乏目标导向训练设计；上肢康复机器人已实现主动、被动、助动三种模式相结合的运动，并实现神经控制参与的目标导向运动，将对临床治疗有突破性的贡献，应大力推广；而手部康复机器人是目前国际研究的难点，暂无突破性的产品。
分析建筑结构设计中的常见问题及其应对措施 发表时间：2016-08-22T13:42:43.237Z 来源：《低碳地产》2015年第11期作者：谷峰云 [导读] 由于市场经济的高速运行，人们的物质生活水平得到了显著的提高。 信阳市水利勘测设计院 【摘要】由于市场经济的高速运行，人们的物质生活水平得到了显著的提高，特别是在工程建筑工作中，针对相关建筑项目的结构设计问题也提出了更深层次的要求。建筑结构设计是一项繁重而又责任重大的工作，直接影响到建筑物的安全、适用、经济和合理性。本文对建筑结构设计的方法进行了分析总结，并详细分析了建筑结构设计中存在的问题，希望相关研究工作可为设计师提供一定的帮助。 【关键词】建筑结构设计；问题；应对措施 1.引言 近年来，社会不断发展前行，人们生活水平日益提高，生活环境也不断改善，建筑工程的规模也在不断攀升，人们对建筑结构质量的要求也越来越高。在建筑的设计中，结构设计是一个关键的环节，也是一项复杂、全面并且系统的工作，需要加强对其的重视，认真分析结构设计中的问题，并采取有针对性的措施来保证结构设计的合理性，保证建筑的整体质量，同时，做到美观、经济和适用。但现阶段，在我国建筑结构设计的过程中仍然存在着诸多的问题，特别是使用最多的框架结构建筑存在许多令人不满意的缺陷。此外，现代化的建筑结构设计理念较之前并没有较大的突破，工程人员只是单纯凭借单一的设计模式来建筑项目构建，在一定程度上极大地限制了建筑项目的设计质量。因此，分析建筑结构设计过程中所出现的问题，探讨其解决方案对保障建筑结构质量、安全等意义重大。 2.建筑结构设计 2.1建筑结构分类 建筑物有各种不同的使用功能要求，建筑结构按照不同的划分标准具有不同的划分形式。建筑结构的分类具体如下：（1）根据建筑物的层数，可以分为单层、多层、高层和超高层建筑；（2）依据建筑物的实际使用性能进行划分：工业建筑与民用建筑；（3）建筑物可以根据其结构形式进行划分：框架结构、排架结构、筒体结构、剪力墙结构等；（4）建筑物根据所使用的结构材料可以分为：砌体结构、木结构、钢结构、混凝土结构和混合结构等。 2.2建筑结构设计的原则 适用、安全、经济、美观、便于施工是进行建筑结构设计的基本原则。建筑物的设计应该从实际出发，在满足建筑物各项功能要求的前提下，必须综合运用有关技术知识，确保结构的坚固、安全。在进行建筑构造设计时，应该改变传统设计师浮夸的设计理念，力求做到建筑物符合用户的实际需求。此外，还要通过科学的设计方案，节省投资方的资金投入。同时，应该适当融合国内外的美学原理，使建筑物具有一定的观赏性。 2.3建筑结构设计 建筑结构是一个建筑物发挥其使用功能的基础，结构设计是建筑物设计的一个重要组成部分，主要包括以下四个过程：方案设计→结构分析→构件设计→绘施工图。 3.建筑结构设计中的常见问题 3.1 建筑结构设计中地基设计存在的具体问题 在工程结构的建筑设计工作中，地基和基础的建筑构造通常是工程人员比较关注的工程建设问题，在此基础上由于地基构造是制约工程后期质量的关键要素，所以地基基础建设对提高整体建筑质量具有相当积极的推进作用。建筑结构设计中地基设计所存在的具体问题主要表现在以下两个方面：（1）地基设计过程中忽视了地基沉降的问题：现如今，在建筑地基结构设计的过程中，地基沉降问题很容易被忽略，建筑物地基沉降可以导致建筑物上部结构出现裂痕，更甚者可以导致地基破坏。地基质量一旦出现问题，将严重威胁建筑结构的安全性能，对居民的正常使用造成威胁；（2）建筑结构设计中对地基埋设所进行的设计不够合理：在现实的基础地基设计中高层建筑基础有效埋置深度不足的问题非常普遍，建筑地基作为承受建筑结构物荷载的岩体埋设深度不符合建设标准，将严重影响到地基的有效承载能力，严重威胁了建筑结构的安全性能。 3.2建筑框架结构设计不合理 建筑结构设计不合理主要表现在以下几个方面：（1）在进行结构设计时，只关注横向设计，而忽略了纵向框架设计，影响建筑物的使用性能；（2）框架梁端截面的底层纵向受力钢筋和顶层的纵向受力钢筋配筋量的比值不符合规范要求，这种设计方式不仅影响建筑工程质量，降低建筑物的安全性，更为严重的是，一旦发生地震，很可能会引起房屋倒塌；（3）在建筑结构设计中，承重柱的截面设计高度过小；（4）连梁全长箍筋设计没有按规定的构造方式对两端进行加密处理；（5）连续梁的设计问题，一般在进行建筑结构设计时，往往会把连续梁按照单梁来设计。 3.3建筑上部结构的设计所出现的问题 上部结构设计中所存在的问题主要表现在以下几个方面：（1）现浇混凝土强度等级：现浇框架结构设计时，根据结构中梁、柱、板的受力特性，常常将它们设计为不同的混凝土等级，但是在浇筑一块楼板的四周设置施工缝时，由于混凝土等级不同，造成施工工艺不当；此外，在同一平面内浇筑不同的混凝土既增加了框架结构的施工难度，又会增加施工管理的难度，并且使高强度混凝土浇筑了低强度混凝土区域，既造成了混凝土的浪费，又造成了建筑结构的安全隐患；（2）钢筋混凝土保护层厚度：混凝土保护层的厚度直接影响着混凝土构件的耐久性，如果主梁、楼板、次梁交叉处的钢筋分布不当，使得楼板负筋一侧的保护层厚度不足，影响到整个工程结构的强度、稳定性。 4.建筑结构设计所出现问题的解决措施 4.1地基结构设计优化 在具体的设计过程中设计工作人员应针对施工的具体环境，对天然地基与人工的地基的沉降量进行科学的估算，并在施工过程中对建
设计题目：基于索驱动的康复训练仿人机械臂 1 项目的背景和意义 近年来，由于各种原因导致肢体残障的人士越来越多。目前造成残障的主要原因有三。其一，由于灾害事故造成肢体残障。由中国康复研究中心完成的北京市脊髓损伤流行病学调查结果显示，我国每年有近十万新增肢体残疾病人，我国残疾人口总数为8296 万，占总人口的 6.34%，涉及 2.6 亿家庭人口。其二，由于人口老龄化导致瘫痪。据第六次人口普查报告可知，截止2010 年我国60 岁以上的老年人已超过 1.78 亿，占总人口的13.26%，比第五次人口普查上升2.93 个百分点；65 岁以上的老年人达到1.19 亿，占总人口的8.87%，比第五次人口普查上升1.91 个百分点。有关部门预计，从2011年到2015 年，全国60 岁以上老年人将由 1.78 亿增加到2.21 亿，平均每年增加老年人860 万；老年人口比重将由13.3%增加到16%，平均每年递增0.54 个百分点，到2030 年全国老年人口规模将会翻一番。并且我国老年人中，长期卧床、生活不能自理的约有2700 万人，半身不遂的约有70 万人，82 万老年性痴呆病人中约有24万人长期卧床。其三，由于中风、脊髓损伤等疾病引起的肢体残障。中风的世界平均发病率为200/10万，且根据世界卫生组织统计，中国的中风发病率排名世界第一；对于脊髓损伤，国外报道其年发病率为每百万人口15~40例，我国上海市1991年统计的脊髓损伤发生率为34.3人/百万人，北京市2002年脊髓损伤发病率为60人/百万人。 由于以上三点的形势比较严峻，导致残障人士越来越多。而残障人士由于生活不能自理，不仅给其自身造成了痛苦，而且对于其家庭和社会而言都带来了极大的负担，因此，残障人士的康复治疗越来越受社会关注。 早期的康复治疗方式主要是通过理疗师一对一指导进行指导，不仅需要大量的康复治疗中心和理疗师，需要很高的成本，同时由于康复治疗中心离患者有一段距离，而这些残障人士一般又难以独立出行，如此会给患者及其家属造成很大的不便。因此，早期康复治疗的发展一直受到了很大的限制。 而随着机器人的发展和康复机器人这一理念的提出，这一限制得到的缓解。由于康复机器人体积小，不需要单独的理疗师辅助治疗，可以方便患者自主在家庭使用，可以降低治疗的费用并且相对方便。这在缓解残障人士给社会带来的压力方面和缓解残障人士的痛苦方面，有着重大的意义。 2 国内外研究发展现状 2.1 康复机器人发展现状 康复机器人涉及机械、电子、控制、生物、传感等多个方面，起步于20世纪80年代，美国、英国和加拿大在康复机器人方面的研究处于世界的领先地位。1990 年以前全球的56 个研究中心分布在5 个工业区内：北美、英联邦、加拿大、欧洲大陆和斯堪的纳维亚半岛及日本。1990年以后康复机器人的研究进入到全面发展时期。目前康复机器人的研究主要集中在康复机械手、医院机器人系统、智能轮椅、假肢和康复治疗机器人等几个方面。 国内康复机器人由于存在技术含量低、产学研脱节、机械加工水平低等原因，使得目前国内的康复机器人主要还处于研究阶段。虽然在“十二五”
家庭服务机器人系统设计与研究 秦志强，喻品 （深圳中科鸥鹏智能科技有限公司， 深圳， 518067） 摘要 本文着眼于家庭服务机器人的路径规划，在铺满RFID地板的智能家居环境 中，机器人依靠RFID读卡器和电子罗盘，能够准确判断自身位置并在目标位置的 指引下调整前进方向。而依靠红外测距传感器，机器人可以探测周围障碍并在一 定范围内寻找合适路径。机器人实际工作结果表明，在我们的策略下，机器人能 够在智能家居环境中准确地完成各种任务，并体现出较强的自主决策能力。 关键词 服务机器人；路径规划；智能家居；自主决策 The Design and Research on Domestic Service Robot Zhiqiang Qin, Pin Yu (ShenZhen CAS Intelligent Technology Co., Ltd, ShenZhen, 518067) Abstract This article emphasis on path planning of domestic service robot. In a smart home environment that the floor is covered with RFID plate, a robot can determine its own position and adjust its direction with the help of RFID reader and electronic compass. And relying on infrared sensor, it can also detect the barrier within a certain range. As the result of the actual work of the robot shows that it can finish kinds of work in a smart home environment with our strategies, and it shows strong ability of making independent decisions. key words service robot; path planning; smart home environment; making independent decisions 引言 随着人工智能和传感器技术的发展，机器人技术取得了长足的进步。智能服务机器人已经开始影响人们的生活，同时人们也对机器人提出了更高的要求。服务机器人目前尚无严格统一的定义，国际机器人联合会（International Federation of Robotics， IFR）给出的初步定义是：服务机器人是一种半自动或全自动机器人，它能服务于人类或某些设备，但不包括制造业务。IFR的调研结果显示，服务机器人产业的市场在不断扩大，各种专用服务机器人的销售数量都在逐年提升。保守估计2012到2015年间，世界范围内具有专业用途的服务机器人的安装数量将会多达9.38万，而个人使用的机器人的交易数量将会接近1560万[1]。随着全球老龄化的来临，社会和家庭负担都在加重，家庭服务机器人将会扮演越来越重要的角色。当前，大部分的家庭服务机器人都不具备行走功能或只具有简单的避障能力，因此，机器人路径规划成为当前研究的重要课题。 1相关研究 机器人是人们为完成某种特定或一般性任务而设计的机器，所以为人类工作是机器人的使命。自从机器人的概念诞生开始，人们对服务机器人的研究就没有停歇过，并且服务机器人一直在朝着智能化方向发展。肖雄军和蔡自兴系统地归纳了服务机器人的发展现状和发展趋势，并提出了一些发展思路和要点[2]。Fei Lu等构建了一个面向家庭服务机器人的智能空间系统，提出了这一系统的一些关键技术，并详细介绍了家庭服务机器人能够提供的智能而灵活的服务[3]。徐海黎等构建了基于ZigBee技术的无线传感器网络系统，研究了基于RSSI 的无线传感器网络定位方法，家庭服务机器人作为无线定位系统中的盲节点，收集邻近参考节点的坐标和RSSI值，通过CC2431定位引擎计算出自身的坐标，从而实现了移动机器人
浅谈房屋建筑结构设计中常见问题分析论文关键词：安全；结构抗震；承载力 论文摘要：本文主要针对当前房屋建筑结构设计中一些常见却又常被人们忽视的错误进行了剖析，指出了错误的原因和后果，并给出了一些设计建议和构造的要求。 1地基与基础方面 1.1多层房屋建筑无地质详勘报告，仅仅依据建设单位口头或笼统参照附近建筑物的基础设计资料就进行施工图设计。地基与基础设计要做到合理，安全适用，设计人员必须
依据地质勘察资料，统一考察多方面因素进行基础类型和上部结构方宁设计，仅凭地耐力这一数据是不完全面的，也是不安全的，更不能盲目地把耐力容许值取得小一些就认为成无一失了。 1.2采用换土垫层进行软弱地基处理，不进行换土垫层设计，只凭经验处置。有时设计者软弱地基的危害认识不足，只是简单地凭借经验采用砂垫层加强一下承载力，没有进行垫层宽度和厚度计算，既不安全，又不经济。 1.3民用建筑中柱，梁及基础的负荷未按规范乘以折减系数。设计人员设计多层民用建筑时，在计算梁、柱和基础的负荷时未按现行设计规范舸用荷载乘折减系数计算其荷载值，因而荷载值准确。 2砖混结构房屋中构造柱兼作承重柱用 在砖混结构中，构造不但能够提高墙体的坑剪能力，而
且构造柱与圄梁联结在一起，形成对砌体的约束，这对于限制墙体裂缝的开展，维持竖向承载力，提高结构的抗震性能有着重要的作用。 在当前结构设计中，构造柱经常被作为承重柱使用，这种作法将引起以下几个问题。 2.1构造柱作为承重柱使用后，使得构造柱提前受力，这不但会降低构造柱对彻底的拉结和约束作和，而且结构一旦遭遇地震作用时，在构造柱位置必然形成应力集中，首先破坏。这样构造柱不但起不到其应有的作用，反而成为房屋结构中的一个薄弱的部位。 2.2构造柱一般生根于地圈梁中，没有另设基础，构造柱兼作承重柱使用后，柱底基础的抗冲切、抗弯部及局部承压强度必然不能满足要求。柱底基础一旦发生冲切或局部承压被出现裂缝。本文建议承重大梁下的柱子应按承重柱设计。若梁上荷载和跨度都比较小时，构造柱也可布置于梁下，但此时必须按不考虑构造柱作用来验算下墙体的局部承压和抗弯强度。经验算满足，方可在梁下布置构造柱。
第1章绪论 1.1 概述 据报道，我国60岁以上的老年人已有1.43亿，占全国人口的11％，到2050年将达到4.37亿。在老龄人群众中有大量的脑血管疾病或神经系统疾病患者，这类患者多数伴有偏瘫症状[1]。近年由于患心脑血管疾病使中老年患者出现偏瘫的人数不断增多，而且在年龄上呈现年轻化趋势。同时，由于交通运输工具的迅速增长，因交通事故而造成神经心痛损伤或者肢体损伤的人数也越来越多。在美国数以百万计的有神经科疾病病史和受到过意外伤害的患者需要进行康复治疗，仅以中风为例，每年大约有600，000中风幸存者，其中的二百万病人在中风后存在长期的运动障碍。随着国民经济的发展，这个特殊群体已得到了更多人的关注，为了提高他们的生活质量，治疗、康复和服务于他们的产品的技术和质量也在相应地提高。随着机器人技术和康复医学的发展，在欧洲、美国和日本等国家，医疗康复机器人的市场占有率呈逐年上升的趋势，仅预测日本未来机器人市场，2005年医疗、护理、康复机器人的市场份额约为250，000美元，而到2010年将上升到1，050，000美元，其增长率在机器人的所有应用领域中占据首位。因此，服务于四肢的康复设备的研究和应用有着广阔的发展前景[2]。
康复机器人是康复设备的一种类型。康复机器人技术早已广受世界各国科研工作者和医疗机构的普遍重视，其中以欧美和日本的成果最为显著。在我国康复医学工程虽然得到了普遍的重视，而康复机器人研究仍处于起步阶段，一些简单康复器械远远不能满足市场对智能化、人机工程化的康复机器人的需求，有待进一步的研究和发展。 由于康复训练机器人要与人体直接相连，来带动肢体进行康复训练，所以对驱动器的安全性、柔性的要求较高。近年来，以气动元件柔性驱动器逐渐引起人们的重视，在医疗康复器械领域中得到越来越多的应用。 本课题的研究目的是设计一种用于脑损伤、中风等病人的步态康复训练系统，帮助病人更好地进行康复训练，减轻他人的帮助，挺高效果。 1.2康复机器人的国内外研究现状 在对有运动障碍的老人或残疾人进行治疗和康复的过程中，使用康复机器人可以解决好多问题：机器人的使用可以解决专业护理人员缺乏和医疗费用昂贵的问题，可以避免由于训练方法不科学和专业护理人员个人疏忽等主观原因引起的对病人的伤害，可供病人在家或工作场所使用，使病人获得更多的独立生活能力，提高了病人的生活质量等。康复机器人是一种自动化医疗康复设备，它以医学理论为依据，帮助患者进行科学而有效的康复训练，使患者的运动机能得到更快更好的恢复。目
土木工程框架结构毕业设计开题报告
毕业设计(论文)开题报告 学生姓名：学号： 所在学院：土木学院 专业：土木工程 设计(论文)题目：常州市某培训中心实训大楼指导教师： -1-11
毕业设计（论文）开题报告 1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写字左右的文献综述： 文献综述 课题的目的及意义（含国内外的研究现状分析或设计方案比较、选型析等） 毕业设计是一个总结性的教学环节，是学生全面系统地融汇所学理论知识和专 业技能并运用于解决实际问题的过程。经过本教学环节，要加深学生对所学基本理 论知识的理解，培养学生综合分析和处理问题的能力以及设计创新精神，使学生得到 有关单位工程建设从方案制定到施工组织的全过程系统性的训练。经过毕业设计这一 重要的教学环节，培养土木工程专业本科毕业生正确的理论联系实际的工作作风，严 肃认真的科学态度。毕业设计要求我们在指导老师的指导下，独立系统的完成一项工 程设计，解决与之有关的所有问题，熟悉相关设计规范、手册、标准图以及工程实践 中常见的方法，具有实践性、综合性强的显著特点。因此毕业设计对于培养学生初步 的科学研究能力，提高其综合运用所学知识分析问题、解决问题能力有着重要意义。 在完成本次毕业设计过程中，我们需要运用感性和理性知识去把握整个建筑的处理， 这其中就包括建筑外观和结构两个方面。还需要我们更好的了解国内外建筑设计的发 展的历史、现状及趋势，更多的关注这方面的学术动态，以及我们在以后的土木工程 专业发展的方向。同时积极、独立的完成本次毕业设计也是为今后的实际工作做出的 必要的准备。 一、研究现状 土木工程是建造各类工程设施的科学，技术和工程的总称。土木工程是伴随着人类社会的发展而发展起来的。它所建造的工程设施反映出各个历史时期社会经济、文化、科学、技术发展的面貌，因而土木工程也就成为社会历史发展的见证之一。土木工程在中国能够分为：建筑工程、桥梁工程、公路和城市道路工程、铁路工程、隧道工程、水利工程、港口工程、给水和排水工程、环境工程。作为土木工程专业的学
家用服务机器人的结构设计与开发 【摘要】介绍多功能家居服务机器人的组成、主要性能参数和机器人的运动分析，进行了结构设计和控制系统的设计。可通过程序或手柄遥控两种方法来控制机器人的所有运动，实现对室内物品的夹取和整理，并运送到指定位置，以更好的方便人们生活。 【关键词】服务型机器人；六自由度；程序控制 机器人学的进步与应用是二十世纪自动控制最有说服力的成就，是当代最高意义的自动化，尤其在当今的工业制造中，机器人学已取得了伟大的成就。进入二十一世纪，人们越来越感受到机器人已经深入到人们生产、生活和社会各个领域。当前社会家庭服务也迫切需要，一方面社会老龄化越来越严重，使很多老人需要被照顾，使社会保障和服务的需求也变的更大，老龄化的家庭结构会使很多的的年轻家庭压力增大，而且工作的压力和生活节奏的加快，也使得年轻人没有更多的时间陪伴自己的孩子，随之使家庭服务机器人市场变的更大。另一方面，服务型机器人将会广泛地代替人力从事各种工作，使人类从繁重的、重复单调的、有害健康和危险的生产作业中解放出来。 1.家用服务机器人的主要功能 该家用服务机器人机械手爪有夹紧和松开物件的功能，由五个电机驱动五个自由度的运动，由一个电机控制手爪的夹紧和松开以及两个电机驱动四轮小车后轮。这样既可实现整体的旋转、水平、垂直运动及手爪的倾斜、旋转、夹紧、松开运动，也可实现机器人在地面上的空间全方位运动。该机器人可通过手柄遥控控制，也可通过程序自动控制。从手柄遥控或程序发出控制信号到各个相应的接收器，再从接收器传给各个电机，驱动小车以及机器人的运动方向或行程，从而机械手可以夹取或放置物件。多功能家居整理机器人大多是代替人上肢的部分功能，按给定的操作、轨迹和要求进行工作。具体功能模块如图1。 2.家用服务机器人的总体结构 总体结构主要由执行系统、驱动系统、控制系统及检测系统组成。执行系统是多功能家用机器人完成抓取工件，实现各种运动所必需的机械部件，它包括手部、腕部、机身和行走机构等.驱动系统为执行系统各部件提供动力，并驱动其动力的装置。常用的机械传动、液压传动、气压传动和电传动。控制系统是通过对驱动系统的控制，使执行系统按照规定的要求进行工作，当发生错误或故障时发出报警信号。检测系统的作用是通过各种检测装置、传感装置检测执行机构的运动情况，根据需要反馈给控制系统，与设定进行比较，以保证运动符合要求。另外本机还有配重系统，由于自重、承重较大，工作时运动惯性亦较大，为使小臂接近静平衡，将伺服电动机组件、齿形带轮等大质量零部件布置在与腕部相对的另一端。底部小车的主体结构包括底盘、车身、转向机构等，对于小车而言，转向机构与驱动系统的设计是很重要的，只有严格按照阿克曼原理设计出合理的