摘要
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，但是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、人机工程化康复机器人的需求，有待进一步的研究和发展。
本文从使用的角度对人体上肢的运动原理进行了分析，设计出了一种坐式上肢康复训练机器人，用于心脑血管疾病致瘫或者意外事故所造成上肢损伤的患者作上肢及其相关关节的康复训练。本设计的康复机器人机身是由放置于平台上的机座，两根可伸缩的立柱和上横梁及其手柄组成，并在其各个组成部分上分别装上上肢屈伸机构、前后摆机构、分合机构和手腕旋转机构；各运动机构由单独的电机和减速器驱动，而传动机构的主件分别是传动轴、丝杠螺母副、同步齿形带传动副。
康复机器人的立柱主要采用薄壁套筒，这样既减轻了重量，也使得丝杠螺母副能构得到套筒的固定和定位。整个设计主要要注意的主要问题是减重和减噪，避免整体结构过于庞大笨重。
关键词：康复；上肢；结构设计；减重；噪音
ABSTRACT
Rehabilitation robot is a type of rehabilitation facilities. Rehabilitation robotics have long been well received by the world scientists and the general importance of medical institutions, in which Europe and the United States and Japan, the results are the most significant. Medical Engineering in our country has been received widespread attention though, and rehabilitation robotics still in its infancy, some simple rehabilitation equipment is far from meeting intelligence, ergonomics of the rehabilitation robot needs to be further research and development.
This perspective on the human body from the use of upper limb movement principle is analyzed，the seated upper extremity rehabilitation robot is designed , for the paralysis caused by cardiovascular diseases or accidents. The design of the rehabilitation robot body is placed on the platform base, two scalable columns and beams of the handle on the composition and its components are installed on the upper limb flexion which include separate and close agency, before and after agency, lifting agency and the wrist rotation agency; the every movement is driven by the separate drive motor and reducer, and the main parts are the shaft, screw nut pairs, timing belt, deputy.
Rehabilitation robot column mainly adopts the thin wall sleeve, so as to reduce weight, also makes the lead screw nut pair can be fixed and the positioning sleeve. The design of the main attention to the major problem is the weight loss and noise reduction, avoid the whole structure is too bulky.
Key words：rehabilitation；upper limb；structural design；Weight loss; noise
目录
摘要 .................................................................................................................................................................. I ABSTRACT . (1)
目录 (2)
第1章绪论 (3)
1.1概述 (3)
1.2康复机器人的国内外研究现状 (4)
1.3上肢康复机器人系统的发展前景 (7)
1.4本课题主要研究内容 (8)
第2章总体结构方案设计 (9)
2.1总体方案设计 (9)
2.2康复机器人框架造型的设计 (12)
2.3本章小结 (13)
第3章伺服元件选择 (14)
3.1电机选择 (14)
3.1.1升降机构电机选择 (14)
3.1.2 前后摆机构电机选择 (15)
3.1.3 分合机构电机选择 (16)
3.1.4手腕转动机构电机的选择 (17)
3.2联轴器选择 (17)
3.3蜗轮蜗杆减速器的选择 (18)
3.4本章小结 (18)
第4章机械机构设计与计算 (19)
4.1丝杠设计 (19)
4.2锥齿轮设计 (20)
4.3同步齿形带设计 (22)
4.4轴设计与校核 (24)
4.5轴承校核 (27)
4.6键选择及校核计算 (28)
4.7本章小结 (29)
结论 (30)
参考文献 (31)
致谢 (33)
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。与此同时，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。在我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。康复肢体运动功能用机械肢体组合系列机器人,是多种同类机器人属于机器人领域,解决了本人发明的实用新型专利半身不遂患者康复学步机,只能带动人的大小臂大小腿康复运动功能,而不能带动手脚各关节运动的重大不足,主要技术特征是将半身不遂患者康复学步机略加改进后,在学步机的小臂绞链杆上安装了可以带动人手腕关节手指各个关节都能运动的机械手托板,在小腿铰链杆上安装了可以带动人脚踝脚指各个关节都能运动的机械脚托板后实现的,用途是康复肢体运动功能,带动患肢的各个关节、每块骨骼、每块肌肉、每个筋键、每条神经都在作患者万分渴望而大脑又支配不了的动作,通过较长时间的被动运动锻炼,最终使残疾人患肢的主动运动功能得到康复。
本课题的研究目的是设计一种坐式上肢康复训练机，用于心脑血管疾病致瘫或意外事故所造成的上肢体损伤的患者左上肢及相关关节康复训练。
1.2康复机器人的国内外研究现状
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。目前，康复机器人已经广泛地应用到康复护理、假肢和康复治疗等方面，这不仅促进了康复医学的发展，也带动了相关领域的新技术和新理论的发展。
康复机器人有两种：辅助型康复机器人和康复训练机器人[3]。辅助型康复机器人主要是帮助肢体运动有困难的患者完成各种动作，该类产品有机器人轮椅、机器人护士、机器人假肢、机械外骨骼等。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，该类产品有行走训练、手臂运动训练、脊椎运动训练等。
康复机器人是康复医学和机器人技术的完美结合，康复机器人技术在欧美等国家得到了科研工作者和医疗机构的普遍重视，许多研究机构都开展了有关的研究工作，近年来取得了一些有价值的成果。对于中风、偏瘫、上肢运动机能损伤等患者来说，上肢康复训练机器人有着很好的治疗效果。国内外许多研究机构都在这方面取得了不错的研究结果。
目前，康复机器人的研究主要集中在康复机械手和康复治疗机器人等几个方面[16]。
1、康复机械手的研究现状
设计康复机器人最初的一个目的就是在残疾人和环境之间放置一个机械臂，通过这个机械臂来部分或全部的实现操作功能，按机械臂的安装位置划分，康复机械手可分为3类：
（1）基于桌面的机械手[4]。种机械手安装在一个彻底结构化的控制平台上，在固定的空间内操作，具有足够自由度的串联机器人再配上适合残疾人使用的人机界面是这种机器人典型的设计模式。目前此类机器人已经达到了实用化，如法国CEA公司开发的MASTER系统、美国的Tolfa Corportion开发的DEV AR系统，以及英国的Oxford Intelligent Machines Ltd.开发的RAID系统等。此种类型的机械手是早期的工业机器人在康复系统领域内的一次成功应用。1987年，英国人Mike Topping研制了Handy1康复机器人，使一个患有脑瘫的11岁男孩第一次能够进行独立就餐。随后他对样机进行了改造，也使得Handy1成为历史上最成功的康复机器人。图1.1是Handy1康复机器人原型，图1.2是康复机器人正在对患者进行康复训练。
（2）基于轮椅的机械手。这种机器人是安装在轮椅上的，是因为轮椅的移动扩大了机械手的工作范围，同时由于安装基座的改变致使机械手的刚性下降和抓取精度的降低，这种机械手也只是用于用于轮椅的患者，这是一点不足。这种机械手已经成为
面向应用的流行设计，KARES[5]系统，就是一种基于轮椅的机械手系统，在电动轮椅上安装了一个六自由度的机械手，能够帮助行动不便的老人和残疾人独立的行动。随着只能轮椅的研究发展，这种机械手也将会有很广泛的发展和应用。
图1.1Handy1 图1.2工作中的Handy1 （3）基于移动机器人的机械手。这类机械手是目前最先进的康复机械手，这种机械手安装在移动的机器人或者半自主的小车上从而适用于更多的患者使用，同时扩大了机械手的活动空间并提高了抓取的精度。S. Tachi等人在MIT日本实验室研制了一种移动式康复机器人MELDOG[6] ，作为“倒盲狗”以帮助盲人完成操作和搬运物体的任务。法国Evry大学研制了一种移动式康复机器人ARPH[7]，使用者可以从工作站实施远程控制，使移动机器人实现定位和抓取工作。这种机械手系统都是需要由视觉、灵巧操作、运动、传感、导航及系统控制等电子系统组成，要求比较高，价格也是相对的比较昂贵。
2、康复治疗机器人研究现状
康复治疗机器人是康复医学和机器人技术的完美结合，不再把机器人当作辅助患者的工具，而是把机器人和计算机当作提高临床康复效率的新型治疗工具。康复治疗机器人在医疗实践上主要是用于恢复患者肢体运动系统的功能。按运动系统的问题可以划分为2类：一类是生物力学或生物物理化学类型的应用，另一类是运动学习[8]。当人的肢体受外伤烧伤或做手术后，由于受伤组织的皮肤、韧带和肌肉失去弹性而导致肢体运动的速度和范围受到限制[9]。生物力学或生物物理化学类型的应用就是使用机器人系统来打破受伤肢体的运动范围。运动技能的学习或再学习，这是一个囊括了竞争运动控制理论、训练技术和人机接口问题等诸多方面的复杂问题。
（1）CPM机[10]。CPM机时利用康复医学中连续被动运动（Continuous Passive
Motion\CPM）的基本原理对受伤肢体进行康复治疗的机械装置，是目前前为止唯一的一个机器人生物力学或生物物理化学类型的应用的例证。早在20世纪60年代初期就有医学团体运用CPM机进行术后康复治疗的医学实践，此后也有用于膝、肩、肘关节等康复的CPM机出现。单手刀技术水平限制，长期停留在“打关节”康复范围。目前,市场上已经有了用于腕关节和手指关节这样的“小关节”康复的CPM机,但他们还不能像“大关节”CPM机那样实现精确的控制。
（2）神经运动康复治疗机器人[11]。目前这一类机器人的研究比较活跃,用来康复治疗与神经运动有关的疾病, 包括中风、帕金森氏病和大脑性麻痹(Cerebral Palsy) 。美国麻省理工学院研制了一种帮助中风患者康复治疗的机器人MIT-MANUS ,它有 2 个自由度,可以实现病人的肩、肘和手在水平和竖直平面内的运动。在治疗过程中,把中风病人的手臂固定在一个特制的手臂支撑套中,手臂支撑套固定在机器人臂的末端。病人的手臂按计算机屏幕上规划好的特定轨迹运动,屏幕上显示出虚拟的机器人操作杆的运动轨迹,病人通过调整手臂的运动可以使两条曲线尽量重合,从而达到康复治疗的目的。如果病人的手臂不能主动运动,机器人臂可以像传统康复医疗中临床医生的做法那样带动病人的手臂运动。图1.3为MIT-MANUS [12]在治疗中风病人。
图1.3中风病人在用MIT-MANUS 治疗
（3）基于虚拟环境的康复医疗训练机器人系统[13]。为了鼓励患者进行康复训练，提高康复训练的效果，在训练过程中吸引患者的兴趣是一个主要方面。虚拟环境技术的发展使这种思想得以实现，研究者们采用基于虚拟环境的用户界面，通过一些小游戏鼓励患者进行主动训练。基于虚拟环境的康复训练通常与网络相结合，因此，不仅具有远程康复机器人系统的优点，还提高了患者进行康复训练的能动性。
图1.4远程康复医疗训练机器人系统结构
1.3 上肢康复机器人系统的发展前景
目前的康复机器人都能够在一定程度上向患者提供简单的训练方案，研究结果表明机器人辅助治疗确有一定疗效。从现有文献及临床需要来看，今后上肢康复机器人系统的研究可能集中在以下几个方面：
1. 康复医疗机器人系统设计：机械设计是康复训练机器人系统的基础，应尽量简洁轻巧，具有一定的灵活性，提高训练动作的种类，增大动作幅度，在三维空间内对患肢各个关节进行训练；同时发展―多路复用‖的网络康复医疗机器人系统，提高资源利用率。
2. 控制策略与运动模式的设计由于患者的病情千差万别，因此，机器人要感知患肢状态(力量和位置)并采取相应的训练模式和控制策略，在控制系统适应性和稳定性、传感器技术应用、系统辨识和控制算法设计等方面需要作更深入的研究。
3. 力反馈：机器人应该能够实时检测患者与机器人之间的相互作用力，在患者主动能力不足时提供更大的辅助，而在患者有能力完成动作时，适当减小辅助甚至施加阻力，以便充分发挥患者残存的功能。
4. 安全机制：安全问题是康复机器人设计过程中的一个重要方面，康复训练机器人必须根据临床康复训练的基本动作和安全性的要求，在设计中除了考虑机器人的功能实现外，还要防止患肢二次损伤，必须从机构设计(硬件)和控制系统(软件)两个方面保证康复机器人系统的安全性。
5. 康复效果的评价机制：与肌电信号检测相结合，探索训练参数与康复效果之间的关系，提高训练效果。大量实验的基础上，探索临床康复的初步规律，并建立新的康复评估方法，从而对运动功能的康复机制重新评估和理解。机器人具备许多人类所无法比拟的优点，例如：长期、稳定地重复训练，精确、客观地测定训练与运动参数，提供实时反馈、远程训练等。但是，目前康复训练机器人的研究仍然处于起步阶段。从近年的发展看，美国的著名大学如MIT，Stanford，Northwestern等对这一领域的研
究都十分重视，处于世界领先。国内的研究基础和对这一领域的了解和把握与上述领先单位的差距并不很大，但在经费投入方面严重不足。由于我国的康复医学事业仍然处于起步阶段，但患者数量多、治疗师资源缺乏，据此现状，发展康复训练医疗机器人系统更具实际意义。随着康复医疗机器人的研究和使用，有望简化医师与患者―一对一‖的繁重治疗过程，推动残疾人―人人享有康复服务‖这一目标的实现，提高残疾人的生活质量。同时，通过临床上使用积累的大量数据，将有助于认识训练参数与康复效果之间的关系，从而能够在机器人辅助脑神经康复治疗上取得更大的突破。因此，康复医疗训练机器人技术在现代康复医学和神经反馈训练有广泛的应用前景。
1.4本课题主要研究内容
本实用“上肢康复机器人”的机身是由放置于地面上的基座、两根可以伸缩的立柱和上横梁组成，并在其各组成部分上分别装配上肢前后摆动机构上肢屈伸机构和上肢分合机构；各运动机构由单独的电机和减速器驱动，而传动机构的主件分别是传动轴、丝杠螺母副、同步齿形带。在单片机的控制下，实现患者的上肢前后摆、屈伸、分合运动以及手腕的转动康复训练；也可启动部分电机，完成其中的部分康复训练[14]。具体内容如下：
1、首先对上肢康复训练机器人进行原理分析，然后选择合理的设计方案，进行总体结构设计；
2、康复机器人上肢前后摆结构设计及康复机器人屈伸机构设计
3、分合机构设计及手腕转动机构设计
4、设计出系统的零部件，完成驱动原件和标准件的选择和校核，主要包括丝杠、齿轮等机构的设计计算。确定结构尺寸，形状，材料，动力等参数，对齿轮、主轴、轴承进行必要的校核、验算；
5、手绘和计算机绘制相结合，绘制整体装配图及主要零部件的零件图；
第2章总体结构方案设计
本设计的主要工作是设计一个用于上肢康复的机器人，能够实现对上肢的上下、屈伸、分合以及手腕转动的康复训练[14]。就本设计而言，设计的主体是两根可升降的立柱，放于地面与立柱相连的机座、横梁、与机座相连的立柱座、同步齿型带及带轮等等。本章将对“上肢康复机器人”的结构设计及机械结构作出详细的分析和设计。
2.1 总体方案设计
该康复机器人将采用电力驱动，用电机驱动来实现各个功能，对上肢进行康复训练。总体方案为：
机身由平台上面的机座、两根可伸缩的立柱、横梁以及手柄组成，并在其各组成部分上分别装上上肢前后摆机构、上肢屈伸机构、上肢分合机构和手腕转动机构；各运动机构有单独的电机和减速器驱动；传动机构的主件分别是传动轴、丝杠螺母副以及同步带传动副。在康复机器人结构设计中，立柱主要由三部分组成，内套筒、外套筒和丝杠螺母副，此外还有用于固定丝杠螺母副用的轴承套等附属结构。
立柱的外套筒通过螺栓与立柱轴承套和立柱座连接在一起，丝杠通过装在轴承套中的两个角接触球轴承定位和固定。在立柱套筒的定位中，通过止口来实现精确定位。为了保证整个康复机器人的结构的稳定，各个零部件的垂直度，表面粗糙度都一定要达到设计的要求[15]，这样才能使真个结构在运动的过程总不会出项卡死之类的现象，同时也减小了噪声。
此外，立柱的电机通过加腹板的电机支承架固定，支架通过螺钉固定在立柱座上
图2.1前后摆机构运动简图
面，这样，电机和立柱就连接在一起，在前后摆的过程当中，整个立柱就能随着电机的转动而一起运动。同时，支承架的垂直度也要达到精度要求，这样才能使电机轴与传动轴的同轴度达到所需的要求。
0 生产许可证：粤食药监械生产许号 产品标准号：YZB/粤0824－2010 肢体智能反馈训练系统A2 （商品名称：上肢康复机器人） 说明书 广州一康医疗设备实业有限公司
广州一康医疗设备实业有限公司版权所有，保留所有权利。 本文中的信息将取代所有以前出版资料中的信息。 该文档版本： 目录 1. 适用范围 (1) 2. 治疗指导 (1)
3. 安全须知 (2) 4. 符号说明 (2) 5. 简介 (3) 6. 功能特点 (3) 7. 规格标准 (4) 配置清单表 (6) 8. 设备操作说明 (6) 9. 软件操作说明 (9) 系统主界面 (9) 选择患者 (10) 训练设置 (11) 进入训练 (12) 训练信息 (13) 评估系统 (14) 评估报告 (15) 10. 清洁及维护 (17) 11. 保修条款 (17) 1. 适用范围 适应上肢偏瘫及功能障碍的患者 针对脑血管疾病、严重脑外损伤或其它的神经系统疾病造成上肢功能障碍及手术后恢复上肢功能的患者，如脑卒中、帕金森、脑血栓等。 级以上肌力等级的偏瘫患者。由于是主动训练系统，所以要求患者的上肢至少要有微弱运动能力。 肢体智能反馈训练系统A2是用于治疗的训练仪器，而非以诊断为目的的医疗设备。 2. 治疗指导
根据患者的不同，治疗的目的可以是保持活动（预防治疗），或者手术、受伤后的康复。 我们建议肢体智能反馈训练系统作为医生或治疗师开出的训练方案的一个部分。 为了提高训练的积极性和追求更好的训练效果，我们建议利用强化的反馈训练进行具体任务的功能训练治疗。 3. 安全须知 ●肢体智能反馈训练系统只可以连接在与标牌上的规格相符的电源上。将设备连接在合 适的电源插座中。（电源插座必须要有接大地） ●主机的信号输出部分与计算机连接时，必须用配套的USB线相连。 ●电源线的放置应该不影响行人，不会触及可移动的结构，并且不会被其他设备所损坏。 不得使用损坏的电源线，只可以使用设备原装的电源线。 ●为了防止触电，肢体智能反馈训练系统不可以在潮湿或高温等恶劣环境中使用： 仪器工作温度应在5℃～40℃，环境相对湿度应小于80%。 ●在首次使用时，应由医生或供应商展示如何操作此设备。 ●在设备运转过程中，不要靠近或试图卸下活动着的部分。 ●若患者在训练过程中或训练之后出现任何异常症状，要立即与医生联络。 ●只有当电源线插头从电源插座中完全拔出来以后，训练器才完全断电。 ●在打开外设备外壳之前，一定要将插头从插座中拔出。外壳打开时设备不可使用。 ●维修只可以由授权的专业人士进行。若设备有任何损坏、任何噪声或气味异常，立即 停止训练，把电源切断，联系服务工程师。 ●清洁设备时不可以使用有腐蚀性的液体。 ●系统部件中未规定的组件不得接入系统。 ●操作者和患者的不允许触电脑USB线的输出接口 4. 符号说明 在此手册以及训练器上的符号，是为了起你的注意，以避免潜在的危险。 在使用设备以前应该完全理解这些符号的含义，以便更安全有效地使用设备。
摘要 在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机器人作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平，目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动强度极大的工作，工作方式一般采取示教再现的方式。 本文将设计一台四自由度的工业机器人，用于给冲压设备运送物料。首先，本文将设计机器人的底座、大臂、小臂和机械手的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式，搭建机器人的结构平台；在此基础上，本文将设计该机器人的控制系统，包括数据采集卡和伺服放大器的选择、反馈方式和反馈元件的选择、端子板电路的设计以及控制软件的设计，重点加强控制软件的可靠性和机器人运行过程的安全性，最终实现的目标包括：关节的伺服控制和制动问题、实时监测机器人的各个关节的运动情况、机器人的示教编程和在线修改程序、设置参考点和回参考点。 关键词：机器人，示教编程，伺服，制动
ABSTRACT In the modern large-scale manufacturing industry, enterprises pay more attention on the automation degree of the production process in order to enhance the production efficiency, and guarantee the product quality. As an important part of the automation production line, industrial robots are gradually approved and adopted by enterprises. The technique level and the application degree of industrial robots reflect the national level of the industrial automation to some extent, currently, industrial robots mainly undertake the jops of welding, spraying, transporting and stowing etc. , which are usually done repeatedly and take high work strength, and most of these robots work in playback way. In this paper I will design an industrial robot with four DOFs, which is used to carry material for a punch. First I will design the structure of the base, the big arm, the small arm and the end manipulator of the robot, then choose proper drive method and transmission method, building the mechanical structure of the robot. On this foundation, I will design the control system of the robot, including choosing DAQ card, servo control, feedback method and designing electric circuit of the terminal card and control software. Great attention will be paid on the reliability of the control software and the robot safety during running. The aims to realize finally include: servocontrol and brake of the joint, monitoring the movement of each joint in realtime, playback programming and modifying the program online, setting reference point and returning to reference point. KEY WORDS: robot, playback, servocontrol, brake
摘要 本设计设计的是高压均质机动力端主要零件。首先，文章介绍了高压均质机的工作原理。流体在高压状态下通过细小缝隙时，会产生较大的剪切力、撞击力和空穴力，使流体中的固体颗粒破碎为微小颗粒，高压均质机就是利用这一原理工作的。接着，文章参考现有的均质机结构，确定了均质机主要结构参数，然后，按照高压往复泵的设计方法对高压均质机的主要零部件，如传动装置、曲轴、连杆等进行了结构设计。还有液力端泵阀的设计，并对其进行了相应的强度校核。最后，文章介绍了本次设计中还有高压均质机的运动仿真，采用了C语言程序，并对其进行了详细的说明。 关键词：高压均质机食品机械均质阀
目录 摘要 (1) 绪论 (4) 第一章均质机及其基本参数 (5) 1.1均质机的均质原理 (5) 1.2均质机的工作原理 (5) 1.3均质机的基本参数 (6) 第二章总体设计 (9) 2.1传动端结构形式的选择 (9) 2.2液力端结构形式的选择 (9) 2.3确定泵的主要结构参数 (10) 2.4原动机的选择 (12) 第三章动力端的设计计算 (14) 3.1传动装置的设计 (14) 3.2曲轴的设计 (15) 3.3连杆与其轴瓦 (15) 3.4十字头 (16) 第四章液力端零部件设计 (16) 4.1泵阀设计 (16) 第五章运动仿真 (20) 5.1 C语言程序简介 (20) 5.2传动端运动及程序 (20)
设计小结 (32) 致谢 (33) 参考资料 (34)
绪论 高压均质是一种制备超细液液乳化物或液固分散物的通用设备，被广泛应用与各行业的生产者和科技研领域。例： 一、食品饮料行业： 豆奶、花生奶、松子奶等各种植物蛋白饮料。 核桃露、杏仁露、莲子露、椰子汁等各种悬浮果汁饮料。 酸奶、均质奶、纯牛奶、甜牛奶、乳酸饮料、冰淇淋、豆奶粉等各种乳品和乳制品。 二、制药： 抗生素、各种乳剂、浆液制剂、中药制剂、花粉破碎及各种营养保健液。 三、轻工化工行业： 香精香料、化妆品、乳化硅油、感光剂、增亮剂、高级涂料、颜料、染料等。 四、生物工程技术： 对大肠杆菌、胞进行破碎，撮取其有效成分。 随着人民生活水平的提高，食品工业必将跟上时代的步伐，不仅要求食品本身的营养丰富，还对其质量、口味、外观、保存等提出了高标准,这样必然把食品工业推上一个新高潮。 食品品种繁多，本设计是主要应用于乳品工业中。它是一种特殊的高压泵，用于喷雾干燥设备中，可使液体分散成细微的雾滴，便于干燥成粉状。通过均质的炼乳、冰淇淋、代乳粉，液体中的分散项破裂成细微状态，可减少沉淀，增加粘稠性，口感细腻，并延长存放时间。均质机不仅在乳品工业和冰淇淋生产中得到广泛应用，而且还适用于医药、化工生产中。总之，在我国均质机发挥出的作用越来越大，因此需要人们对其进行深入的研究，以便设计生产。 本设计参考现有的均质机而设计，力求经济、结构合理,但肯定还有许多的不足之处，希望在老师和同学的帮助下，得到进一步的改进。
《基于ProE的液压挖掘机工作装置运动仿真毕业设计(论文)word格式》
基于Pro/E的液压挖掘机工作装置运动仿真 近年来，集挖掘和装载功能于一体的液压挖掘机在基础建设和民用建筑建设中的使用与日俱增。由于液压挖掘机的工作条件比较恶劣，工作装置故障较多，造成整机工作可靠性较差，因此挖掘机的可靠性和最优化设计成为国产挖掘机设计的重点和难点。 本文以某国产22t挖掘机为例，探讨在Pro/E软件环境下，对挖掘机工作装置进行三维实体建模、虚拟装配、运动仿真与动态模拟，为挖掘机物理样机的制造、新机型设计方案的评估提供有效参考数据。 1、挖掘机虚拟样机的建立 1.1挖掘机三维零件模型的建立 一般来说，在Pro/E软件环境下，机械系统的三维建模应该严格按照设计构思或者前期图纸为依据进行，尽量保持三维图形数据的完整和正确性。由于本文将进行挖掘机虚拟样机的动力学分析和工作装置的有限元分析，因此此次建模原则是：挖掘机工作装置建模尽量细化，包括动臂、斗杆等的内部加强筋等需详细建模，而除工作装置以外的部件，在建模时则尽量简化，比如回转平台、行走装置等只是勾画出外部形状，而内部细节并未详细绘制，但在动力学分析时，其转动惯量、质量等依据设计数据进行。建立挖掘机工作装置虚拟样机的过程如图1所示。 1.2挖掘机虚拟样机的装配
所建立的某国产22t液压挖掘机的虚拟样机模型如图2所示。 在进行虚拟样机装配之初，采用按照挖掘机各铰接点位置装配，结果发现效率低下，而且装配的精度很低，且在最后连杆装配时，出现无法约束的情况。后来，改用“连接”约束方式：动臂和回转平台的连接、动臂与斗杆的连接、斗杆与铲斗的连接、动臂油缸缸筒与转平台的连接、连杆与斗杆的连接、动臂油缸活塞杆与动臂的连接等均采用“销轴”约束；各油缸活塞杆与油缸缸筒的连接、摇杆与铲斗的连接、连杆与摇杆的连接采用“圆柱”约束；其它刚性零件(斗齿、驾驶室等)采用刚性连接中的“匹配”和“插入”约束。这种虚拟装配方法不需要移动连杆、摇杆和铲斗拼凑装配，工作量小、效率高，也易于达到装配要求。 图1 挖掘机工作装置虚拟样机的建模过程(按工艺流程)
河南机电高等专科学校《机器人应用技术》课程作品 设计说明书 作品名称：多功能机械手 专业：机电一体化技术 班级：机电124班 扣号： 姓名：流星 2014 年 10 月 1 日
目录 一课题概述 (2) 1、选题背景 (2) 2、发展现状和趋势 (3) 3、研究调研 (4) 二机械手组成及工作过程 (6) 1、整体结构分析 (6) 2、所需器材 (6) 3、底座部分 (8) 4、躯干部分 (9) 5、上臂部分 (10) 6、手爪部分 (11) 7、机械手系统的总调试 (12) 三软件部分 (13) 1、机械手软件编制流程图 (13) 2、机械手运行控制程序图 (14) 四设计体会 (15) 一课题概述 1、选题背景 随着我国经济的高速发展，各种电子产品和各种创新机械结构的出现，工业机器人的作用在装配制造业产业中的地位更加重要了。另一方面随着人们生活水平的提高传统制造产业劳动力生产成本进一
步提高，这也使企业意识到用高速准确的机械自动化生产代替传统人工操作的重要性。其中机械手是其发展过程中的重要产物之一，它不仅提高了劳动生产的效率，还能代替人类完成高强度、危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，可以说是一举两得。在机械行业中，机械手越来越广泛的得到应用，它可用于零部件的组装，加工工件的搬运、装卸，特别是在自动化数控机床、组合机床上使用更为普遍。目前，机械手已发展成为柔性制造系统FMS和柔性制造单元FMC中一个重要组成部分。把机床设备和机械手共同构成一个柔性加工系统或柔性制造单元，可以节省庞大的工件输送装置，结构紧凑，而且适应性很强。但目前我国的工业机械手技术及其工程应用的水平和国外比还有一定的距离，应用规模和产业化水平低，机械手的研究和开发直接影响到我国机械行业自动化生产水平的提高，从经济上、技术上考虑都是十分必要的。因此，进行机械手的研究设计具有重要意义。 在这样一个大的背景下结合自己的专业机电一体化，我们选择多功能机械手来作为我们的设计题目。结合专业特点使用德国慧鱼机器人教学模型作为我们实现这一课题的元件。利用慧鱼模型的各种机械结构组装出机械手的机械部分，用pc编程实现对机械手的自动控制，利用限位开关来保护电机和控制机械手位置的准停。 这个课题可以充分的体现机电一体化的由程序自动控制机械结构的运动，对自己以前的所学的课程也是一种巩固。另一方面这个机械手可以实现一定的搬运功能具有很强的实用性能。 2、发展现状和趋势
目录 摘要 (1) 第一章机械手设计任务书 (2) 1.1毕业设计目的 (2) 1.2本课题的内容和要求 (2) 第二章抓取机构设计 (4) 2.1手部设计计算 (4) 2.2腕部设计计算 (7) 2.3臂伸缩机构设计 (9) 第三章液压系统原理设计及草图 (11) 3.1手部抓取缸 (11) 3.2腕部摆动液压回路 (13) 3.3小臂伸缩缸液压回路 (14) 3.4总体系统图 (15) 第四章机身机座的结构设计 (16) 4.1电机的选择 (17) 4.2减速器的选择 (18) 4.3螺柱的设计与校核 (18) 第五章机械手的定位与平稳性 (20) 5.1常用的定位方式 (20) 5.2影响平稳性和定位精度的因素 (20) 5.3机械手运动的缓冲装置 (21) 第六章机械手的控制 (22) 第七章机械手的组成与分类 (23) 7.1机械手组成 (23) 7.2机械手分类 (25) 第八章机械手Solidworks三维造型 (26) 8.1上手爪造型 (27) 8.2螺栓的绘制 (31) 毕业设计感想 (36) 参考资料 (37)
送料机械手设计及Solidworks运动仿真 摘要 本课题是为普通车床配套而设计的上料机械手。工业机械手是工业生产的必然产物，它是一种模仿人体上肢的部分功能，按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术设备，对实现工业生产自动化，推动工业生产的进一步发展起着重要作用。因而具有强大的生命力受到人们的广泛重视和欢迎。实践证明，工业机械手可以代替人手的繁重劳动，显著减轻工人的劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。工业生产中经常出现的笨重工件的搬运和长期频繁、单调的操作，采用机械手是有效的。此外，它能在高温、低温、深水、宇宙、放射性和其他有毒、污染环境条件下进行操作，更显示其优越性，有着广阔的发展前途。 本课题通过应用AutoCAD 技术对机械手进行结构设计和液压传动原理设计，运用Solidworks技术对上料机械手进行三维实体造型，并进行了运动仿真，使其能将基本的运动更具体的展现在人们面前。它能实行自动上料运动；在安装工件时，将工件送入卡盘中的夹紧运动等。上料机械手的运动速度是按着满足生产率的要求来设定。 关键字机械手，AutoCAD，Solidworks。 全套图纸，仿真，加153893706
0 生产许可证：粤食药监械生产许20030845号 产品标准号：YZB/粤0824－2010 肢体智能反馈训练系统A2 （商品名称：上肢康复机器人） 说明书 广州一康医疗设备实业有限公司
广州一康医疗设备实业有限公司版权所有，保留所有权利。 本文中的信息将取代所有以前出版资料中的信息。 该文档版本：V1.09 https://www.doczj.com/doc/a42753588.html,
目录 1. 适用范围 (1) 2. 治疗指导 (1) 3. 安全须知 (1) 4. 符号说明 (2) 5. 简介 (2) 6. 功能特点 (3) 7. 规格标准 (4) 8. 设备操作说明 (6) 9. 软件操作说明 (8) 9.1 系统主界面 (8) 9.2 选择患者 (9) 9.3 训练设置 (11) 9.4 进入训练 (12) 9.5 训练信息 (13) 9.6 评估系统 (14) 9.7 评估报告 (14) 10. 清洁及维护 (16) 11. 保修条款 (16)
1. 适用范围 适应上肢偏瘫及功能障碍的患者 针对脑血管疾病、严重脑外损伤或其它的神经系统疾病造成上肢功能障碍及手术后恢复上肢功能的患者，如脑卒中、帕金森、脑血栓等。 级以上肌力等级的偏瘫患者。由于是主动训练系统，所以要求患者的上肢至少要有微弱运动能力。 肢体智能反馈训练系统A2是用于治疗的训练仪器，而非以诊断为目的的医疗设备。 2. 治疗指导 根据患者的不同，治疗的目的可以是保持活动（预防治疗），或者手术、受伤后的康复。 我们建议肢体智能反馈训练系统作为医生或治疗师开出的训练方案的一个部分。 为了提高训练的积极性和追求更好的训练效果，我们建议利用强化的反馈训练进行具体任务的功能训练治疗。 3. 安全须知 ●肢体智能反馈训练系统只可以连接在与标牌上的规格相符的电源上。将设备连接在合 适的电源插座中。（电源插座必须要有接大地） ●主机的信号输出部分与计算机连接时，必须用配套的USB线相连。 ●电源线的放置应该不影响行人，不会触及可移动的结构，并且不会被其他设备所损坏。 不得使用损坏的电源线，只可以使用设备原装的电源线。 ●为了防止触电，肢体智能反馈训练系统不可以在潮湿或高温等恶劣环境中使用： 仪器工作温度应在5℃～40℃，环境相对湿度应小于80%。 ●在首次使用时，应由医生或供应商展示如何操作此设备。 ●在设备运转过程中，不要靠近或试图卸下活动着的部分。 ●若患者在训练过程中或训练之后出现任何异常症状，要立即与医生联络。 ●只有当电源线插头从电源插座中完全拔出来以后，训练器才完全断电。 ●在打开外设备外壳之前，一定要将插头从插座中拔出。外壳打开时设备不可使用。 ●维修只可以由授权的专业人士进行。若设备有任何损坏、任何噪声或气味异常，立即 停止训练，把电源切断，联系服务工程师。
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”
工业机器人 摘要 在当今大规模制造业中，企业为提高生产率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机器人作为自动化生产线上重要的成员，逐渐被企业所认同并采用。工业机器人的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平。目前，工业机器人主要承担着焊接、喷涂、搬运以及堆垛等重复性并且劳动程度极大的工作，工作方式一般采取示教在线的方式。 本文将设计一台圆柱坐标型的工业机器人，用于给冲压设备运送物料。首先，本文将设计机器人的大臂、小臂、底座和机械手的结构，然后选择合适的传动方式、驱动方式，搭建机器人的结构平台：在此基础上，本文将设计该机器人的控制系统，包括数据采集卡和伺服放大器的选择、反馈方式和反馈元件的选择、以及控制元件的设计，重点加强控制软件的可靠性和机器人运行过程的安全性，最终实现的目标包括：关节的伺服控制和制动问题、实时监测机器人的各个关节的运动情况、机器人的示教编程和在线修改程序、设置参考点和回参考点。
目录 摘要 1绪论 (1) 1.1 工业机器人研究的目的和意义 (1) 1.2 工业机器人在国内外的发展现状与趋势…………………….. 1.3 工业机器人的分类 1.4 本课题研究的主要内容 2 总体方案的确定 2.1 结构设计概述 2.2 基本设计参数 2.3 工作空间的分析 2.4 驱动方式 2.5 传动方式确定 3 搬运机器人的结构设计 3.1 驱动和传动系统的总体结构设计 3.2 手爪驱动气缸设计计算 3.3 进给丝杠的设计计算 3.4 驱动电机的选型计算
3.5 手臂强度校核 4 搬运机器人的控制系统 4.1 机器人控制系统分类 4.2 控制系统方案分析 4.3 机器人的控制系统方案确定 4.4 PLC及运动控制单元选型 5 结论与展望 致谢
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
本科毕业设计 四自由度搬运物料工业机器人的设计
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日
六自由度机器人结构设计、 运动学分析及仿真 学科：机电一体化 姓名：袁杰 指导老师：鹿毅 答辩日期： 2012.6 摘要 近二十年来，机器人技术发展非常迅速，各种用途的机器人在各个领域广泛获 得应用。我国在机器人的研究和应用方面与工业化国家相比还有一定的差距，因此 研究和设计各种用途的机器人特别是工业机器人、推广机器人的应用是有现实意义 的。 典型的工业机器人例如焊接机器人、喷漆机器人、装配机器人等大多是固定在 生产线或加工设备旁边作业的，本论文作者在参考大量文献资料的基础上，结合项 目的要求，设计了一种小型的、固定在AGV 上以实现移动的六自由度串联机器人。 首先，作者针对机器人的设计要求提出了多个方案，对其进行分析比较，选择
其中最优的方案进行了结构设计；同时进行了运动学分析，用D-H 方法建立了坐标变换矩阵，推算了运动方程的正、逆解；用矢量积法推导了速度雅可比矩阵，并计算了包括腕点在内的一些点的位移和速度；然后借助坐标变换矩阵进行工作空间分析，作出了实际工作空间的轴剖面。这些工作为移动式机器人的结构设计、动力学分析和运动控制提供了依据。最后用ADAMS 软件进行了机器人手臂的运动学仿真，并对其结果进行了分析，对在机械设计中使用虚拟样机技术做了尝试，积累了 经验。 第1 章绪论 1.1 我国机器人研究现状 机器人是一种能够进行编程，并在自动控制下执行某种操作或移动 作业任务的机械装置。 机器人技术综合了机械工程、电子工程、计算机技术、自动控制及 人工智能等多种科学的最新研究成果，是机电一体化技术的典型代表，是当代科技发展最活跃的领域。机器人的研究、制造和应用正受到越来越多的国家的重视。近十几年来，机器人技术发展非常迅速，各种用途的机器人在各个领域广泛获得应用。 我国是从 20 世纪80 年代开始涉足机器人领域的研究和应用的。1986年，我国开展了“七五”机器人攻关计划。1987 年，我国的“863”计划将机器人方面的研究列入其中。目前，我国从事机器人的应用开发的主要是高校和有关科研院所。最初我国在机器人技术方面的主要
摘要 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，但是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、人机工程化康复机器人的需求，有待进一步的研究和发展。 本文从使用的角度对人体上肢的运动原理进行了分析，设计出了一种坐式上肢康复训练机器人，用于心脑血管疾病致瘫或者意外事故所造成上肢损伤的患者作上肢及其相关关节的康复训练。本设计的康复机器人机身是由放置于平台上的机座，两根可伸缩的立柱和上横梁及其手柄组成，并在其各个组成部分上分别装上上肢屈伸机构、前后摆机构、分合机构和手腕旋转机构；各运动机构由单独的电机和减速器驱动，而传动机构的主件分别是传动轴、丝杠螺母副、同步齿形带传动副。 康复机器人的立柱主要采用薄壁套筒，这样既减轻了重量，也使得丝杠螺母副能构得到套筒的固定和定位。整个设计主要要注意的主要问题是减重和减噪，避免整体结构过于庞大笨重。 关键词：康复；上肢；结构设计；减重；噪音
ABSTRACT Rehabilitation robot is a type of rehabilitation facilities. Rehabilitation robotics have long been well received by the world scientists and the general importance of medical institutions, in which Europe and the United States and Japan, the results are the most significant. Medical Engineering in our country has been received widespread attention though, and rehabilitation robotics still in its infancy, some simple rehabilitation equipment is far from meeting intelligence, ergonomics of the rehabilitation robot needs to be further research and development. This perspective on the human body from the use of upper limb movement principle is analyzed，the seated upper extremity rehabilitation robot is designed , for the paralysis caused by cardiovascular diseases or accidents. The design of the rehabilitation robot body is placed on the platform base, two scalable columns and beams of the handle on the composition and its components are installed on the upper limb flexion which include separate and close agency, before and after agency, lifting agency and the wrist rotation agency; the every movement is driven by the separate drive motor and reducer, and the main parts are the shaft, screw nut pairs, timing belt, deputy. Rehabilitation robot column mainly adopts the thin wall sleeve, so as to reduce weight, also makes the lead screw nut pair can be fixed and the positioning sleeve. The design of the main attention to the major problem is the weight loss and noise reduction, avoid the whole structure is too bulky. Key words：rehabilitation；upper limb；structural design；Weight loss; noise
工业机器人毕业设计 目录 摘要 1绪论 (1) 1.1 工业机器人研究的目的和意义 (1) 1.2 工业机器人在国内外的发展现状与趋势…………………….. 1.3 工业机器人的分类 1.4 本课题研究的主要内容 2 总体方案的确定 2.1 结构设计概述 2.2 基本设计参数 2.3 工作空间的分析 2.4 驱动方式 2.5 传动方式确定 3 搬运机器人的结构设计 3.1 驱动和传动系统的总体结构设计 3.2 手爪驱动气缸设计计算 3.3 进给丝杠的设计计算 3.4 驱动电机的选型计算 3.5 手臂强度校核
4 搬运机器人的控制系统 4.1 机器人控制系统分类 4.2 控制系统方案分析 4.3 机器人的控制系统方案确定 4.4 PLC及运动控制单元选型 5 结论与展望 致谢
1 绪论 1.1 工业机器人研究的目的和意义 工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自从1962年美国研制出世界上第一台工业机器人以来，机器人技术及其产品发展很快，已成为柔性制造系统 （FMS）、自动化工厂（ＦＡ）、计算机集成制 造系统（ＣＩＭＳ）的自动化工具。广泛采用 工业机器人、不仅提高产品的质量与数量而且 也保障人身安全、改善劳动环境、减轻劳动强 度、提高劳动生产率、节约材料消耗以及降低 生产成本有着十分重要的意义。与计算机、网 络技术一样，工业机器人的广泛应用正在日益 改变着人类的生产和生活方式。 ２０世纪８０年代以来，工业机器人技术逐渐成熟、并很快得到推广，目前已经在工业生产的许多领域得到应用。在工业机器人逐渐得到推广和普及工程中，下面三个方面的技术进步起着非常重要的作用。 １驱动方式的改变 ２０世纪７０年代后期，日本安川电动机公司研制出了第一台全自动的工业机器人而此前的工业机器人基本上采用液压驱动方式。但与采用液压驱动的机器人相比，采用伺服电动机驱动机器人在响应速度、精度、灵活性等方面都有很大的提高。因此它逐步代替了采用液压驱动的机器人成为工业机器人驱动方式的主流。在此过程中，谐波减速器、ＲＶ减速器等高性能减速机构的发展也功不可没。近年来，交流伺服驱动已经逐渐代替传统的直流伺服驱动方式，直线电动机等新型驱动方式在许多应用领域也有了长足发展。 ２信息处理速度的提高 机器人的动作通常是通过机器人的各个环节的驱动电动机的运动而实现的。为了是机器人完成各种复杂动作，机器人控制器需要进行大量计算并在此基础上向机器人的各个环节的驱动电动机发出必要的控制指令。随着信息技术的不断发展，CPU的计算能力有了很大的提高，机器人控制器的性能也有了很大提高，高性能机器人控制器甚至可以同时控制２０多个关节。机器人控制性能的提高，也进一步促进了工业机器人本身性能的提高并扩大了工业机器人的应用范围。近年来，随着信息技术和网络技术的发展已经出现了多台机器人通过网络共享信息并在此基础上进行协调控制的技术趋势。 1.2 工业机器人在国内外的发展现状与趋势 目前，工业机器人有很大一部分应用于制造业的物流搬运中，极大的促进物流自动化，随着生产的发展，搬运机器人的各方面的性能都得到了很大的改善和提高。气动机械手大量应用到物流搬运机器人领域。在手爪的机械结构方面根据
机械手的设计要求 机械手总体结构的类型 工业机器人的结构形式主要有直角坐标结构，圆柱坐标结构，球坐标结构，关节型结构四种。各结构形式及其相应的特点，分别介绍如下。 1.直角坐标机器人结构 直角坐标机器人的空间运动是用三个相互垂直的直线运动来实现的.由于直线运动易于实现全闭环的位置控制，所以，直角坐标机器人有可能达到很高的位置精度（μm级）。但是，这种直角坐标机器人的运动空间相对机器人的结构尺寸来讲，是比较小的。因此，为了实现一定的运动空间，直角坐标机器人的结构尺寸要比其他类型的机器人的结构尺寸大得多。 直角坐标机器人的工作空间为一空间长方体。直角坐标机器人主要用于装配作业及搬运作业，直角坐标机器人有悬臂式，龙门式，天车式三种结构。 2.圆柱坐标机器人结构 圆柱坐标机器人的空间运动是用一个回转运动及两个直线运动来实现的。这种机器人构造比较简单，精度还可以，常用于搬运作业。其工作空间是一个圆柱状的空间。 3. 球坐标机器人结构 球坐标机器人的空间运动是由两个回转运动和一个直线运动来实现的。这种机器人结构简单、成本较低，但精度不很高。主要应用于搬运作业。其工作空间是一个类球形的空间。 4. 关节型机器人结构 关节型机器人的空间运动是由三个回转运动实现的。关节型机器人动作灵活，结构紧凑，占地面积小。相对机器人本体尺寸，其工作空间比较大。此种机器人在工业中应用十分广泛，如焊接、喷漆、搬运、装配等作业，都广泛采用这
种类型的机器人。 手臂的设计要求 机器人手臂的作用，是在一定的载荷和一定的速度下，实现在机器人所要求的工作空间内的运动。在进行机器人手臂设计时，要遵循下述原则； 1.应尽可能使机器人手臂各关节轴相互平行；相互垂直的轴应尽可能相交于一点，这样可以使机器人运动学正逆运算简化，有利于机器人的控制。 2.机器人手臂的结构尺寸应满足机器人工作空间的要求。工作空间的形状和大小与机器人手臂的长度，手臂关节的转动范围有密切的关系。但机器人手臂末端工作空间并没有考虑机器人手腕的空间姿态要求，如果对机器人手腕的姿态提出具体的要求，则其手臂末端可实现的空间要小于上述没有考虑手腕姿态的工作空间。 3.为了提高机器人的运动速度与控制精度，应在保证机器人手臂有足够强度和刚度的条件下，尽可能在结构上、材料上设法减轻手臂的重量。力求选用高强度的轻质材料，通常选用高强度铝合金制造机器人手臂。目前，在国外，也在研究用碳纤维复合材料制造机器人手臂。碳纤维复合材料抗拉强度高，抗振性好，比重小（其比重相当于钢的1/4，相当于铝合金的2/3），但是，其价格昂贵，且在性能稳定性及制造复杂形状工件的工艺上尚存在问题，故还未能在生产实际中推广应用。目前比较有效的办法是用有限元法进行机器人手臂结构的优化设计。在保证所需强度与刚度的情况下，减轻机器人手臂的重量。 4.机器人各关节的轴承间隙要尽可能小，以减小机械间隙所造成的运动误差。因此，各关节都应有工作可靠、便于调整的轴承间隙调整机构。 5.机器人的手臂相对其关节回转轴应尽可能在重量上平衡，这对减小电机负载和提高机器人手臂运动的响应速度是非常有利的。在设计机器人的手臂时，应尽可能利用在机器人上安装的机电元器件与装置的重量来减小机器人手臂的不平衡重量，必要时还要设计平衡机构来平衡手臂残余的不平衡重量。 6.机器人手臂在结构上要考虑各关节的限位开关和具有一定缓冲能力的机械限位块，以及驱动装置，传动机构及其它元件的安装。 腰座结构的设计要求