一种新型肩关节不同轴的混联机器人的设计
摘 要
本次设计是对肩关节不同轴的混联机器人装置的设计。在这里主要包括:滚珠丝杠传动系统的设计、这次毕业设计对设计工作的基本技能的训练，提高了分析和解决工程技术问题的能力，并为进行一般机械的设计创造了一定条件。
整机结构主要由电动机产生动力通过联轴器将需要的动力传递到丝杆上，丝杆带动丝杆螺母，从而带动整机运动，提高劳动生产率和生产自动化水平。更显示其优越性，有着广阔的发展前途。
本论文研究内容：
(1) 肩关节不同轴的混联机器人装置总体结构设计。
(2) 肩关节不同轴的混联机器人装置工作性能分析。
(3)电动机的选择。
(4)肩关节不同轴的混联机器人装置的传动系统、执行部件及机架设计。
(5)对设计零件进行设计计算分析和校核。
(6)绘制整机装配图及重要部件装配图和设计零件的零件图。
关键词：肩关节不同轴的混联机器人装置，联轴器，滚珠丝杠
AbstractThis design is a hybrid robot device for different shoulder joints. It mainly includes: the design of the ball screw drive system, the training of the basic skills of the graduation design to the design work, and the ability to analyze and solve engineering technical problems, and create certain conditions for the design of general machinery.The whole machine structure is mainly driven by the power of the motor to transfer the required power to the wire rod through the coupling, and the silk rod drives the screw nut to drive the whole machine movement to improve the labor productivity and the production automation level. It shows its superiority and has broad prospects for development.The contents of this paper are as follows:(1) the overall structure design of the shoulder joint's different axis hybrid robot device.(2) performance analysis of hybrid robot with different shoulder joints.(3) the selection of the motor.(4) design of transmission system, executive part and rack of hybrid robot with different axes of shoulder joint.(5) design, calculate, analyze and check the design parts.(6) draw up the assembly drawing of the whole machine and the assembly drawing of the important parts and the parts drawing of the design parts.
Key words: shoulder joint, different axis of hybrid robot device, coupling, ball screw.
目 录
目 录 IV
1 绪论 1
1.1 国内外研究现状 1
1.2肩关节不同轴的混联机器人原理及结构 1
1.3 本课题研究的内容及方法 3
1.3.1主要的研究内容 3
1.3.2设计要求 3
2 肩关节不同轴的混联机器人装置总体结构设计 4
2.1设计的要求与数据 4
2.2 总体结构设计 4
2.3 康复机器人结构设计草图（框架图） 5
3 康复机器人结构及传动设计 8
3.1 滚珠丝杆副的选择 9
3.1.1导程确定 9
3.1.2确定丝杆的等效转速 9
3.1.3估计工作台质量及负重 9
3.1.4确定丝杆的等效负载 9
3.1.5确定丝杆所受的最大动载荷 10
3.1.6精度的选择 11
3.1.7选择滚珠丝杆型号 11
3.2校核 12
3.2.1 临界压缩负荷验证 12
3.2.2临界转速验证 13
3.2.3丝杆拉压振动与扭转振动的固有频率 13
3.3电机的选择 14
3.3.1电机轴的转动惯量 14
3.3.2电机扭矩计算 15
4 其它零部件的设计计算 17
4.1电机轴的设计校核 17
4.2键的校核 18
4.3轴承的校核 18
4.4力矩电机的选取 19
5 机架的设计 23
5.1对机架结构的基本要求 23
5.2机架的结构 24
5.3横梁设计 25
5.4机架的基本尺寸的确定 25
5.5主要梁的强度校核 25
结论 28
参考文献 29
致 谢 30
1 绪论
1.1 国内外研究现状
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。康复机器人有两种：辅助型康复机器人和康复训练机器人。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、下肢运动机能损伤等患者来说，下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。下肢康复训练机器人发展主要经历了几个阶段。由早期的简单步行训练机发展到现在功能丰富、符合人体运动机理的下肢康复训练机器人。早期发展的下肢康复训练系统是借助于跑步机、悬吊系统等帮助患者进行运动训练，此种产品结构简单、价格便宜，但训练过程中必须有专业人员的帮助，而且并不符合人体运动机理，还不能称为康复训练机器人，只能是一种半自动的康复训练机械，它的功能单一、价格便宜，而且需要在专业护理人员的帮助下进行康复训练，这种机械对下肢病情比较轻的病人较合适。
1.2肩关节不同轴的混联机器人原理及结构
肩关节不同轴的混联机器人是一种下肢内收外展训练机器人，该机器人由支撑框架、两套绳索牵引支链、一套刚柔混联支链和脚踏板组成。支撑框架由型材搭建而成。两套绳索牵引支链均由装有编码器的力矩电动机、绞盘、绳索组成，固定在支撑框架上的力矩电动机驱动绞盘转动，从而带动柔性绳索运动，两套绳索牵引支链的绳索另一端共同连接到脚踏板上的一点处。刚柔混联支链由装有编码器的力矩电动机、绞盘、绳索、装有编码器的直流电动机、丝杠螺母、滑轨、过轮和力矩传感器组成，固定在支撑框架上的直流电动机驱动由滑轨机构约束的丝杠螺母机构，实现固定在螺母上的过轮平移运动；固定在支撑框架上的力矩电动机驱动绞盘转动，带动柔性绳索运动，绳索的另一端通过力矩传感器和过轮后连接到脚踏板上。可用于下肢损伤患者进行内收外展康复训练，也可用于健康人的体育锻炼。
