上肢康復(fù)機器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計【三維UG】

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Medical Engineering in our country has been received widespread attention though, and because of rehabilitation robotics still in its infancy, some simple rehabilitation equipment is far from meeting intelligence, ergonomics of the rehabilitation robot needs, so we still need to do some further research and development. From the use of perspective, the upper limb movement principle of the human body is analyzed. And the seated upper extremity rehabilitation robot is designed for the cardiovascular diseases or diseases of the nervous system on the body damage in patients with upper limb rehabilitation training. The design of upper limb rehabilitation robot is mainly composed of the fuselage, the motion mechanism and the transmission mechanism. The fuselage includes the platform base, two scalable columns and a beam; The motion mechanism consists of the back and forth various agency, the flex movement agency, the lifting agency and the wrist rotation agency, respectively installed on the base of IVthe fuselage, the stand column and the beam, and the every movement is driven by the separate drive motor and reducer; The transmission mechanism is composed of the transmission shaft, screw nut pair and elements such as synchronous cog belt. The upper limbs pendulum, expand and the rotation of the wrist of patients are realized by the robot under the control of the MCU. Part of the rehabilitation training also can be started by motor. With the development of robot technology, miniaturization, lightweight and more close to practical robot of artificial intelligence are constantly developed, and people is full of expectation to the future of the rehabilitation robot.Key words：upper limb; rehabilitation robot; structural design; motion mechanism; transmission mechanismV目 錄第 1 章 緒論.11.1 本課題的目的與意義.11.2 康復(fù)機器人的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀.21.2.1 國外研究現(xiàn)狀.21.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀.51.3 本課題主要研究內(nèi)容.7第 2 章上肢康復(fù)機器人總體結(jié)構(gòu)方案.82.1 總體方案設(shè)計.82.1.1 機器人整體尺寸的選擇.82.1.2 機器人驅(qū)動裝置的選擇.82.1.3 機器人的總體方案.92.2 運動機構(gòu)的總體設(shè)計.102.2.1 前后擺動機構(gòu).102.2.2 屈伸運動機構(gòu).102.2.3 分合運動機構(gòu).112.2.4 手腕轉(zhuǎn)動機構(gòu).122.3 本章小結(jié) .12第 3 章 上肢康復(fù)機器人機械結(jié)構(gòu)設(shè)計.133.1 前后擺動機構(gòu).133.1.1 電機的選擇.13VI3.1.2 減速器的選擇.143.1.3 聯(lián)軸器的選擇.153.1.4 軸的設(shè)計與校核.163.1.5 鍵選擇及校核計算.183.1.6 整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計.193.2 屈伸運動機構(gòu).203.2.1 電機的選擇.203.2.2 聯(lián)軸器的選擇.213.2.3 絲杠的設(shè)計計算.213.2.4 錐齒輪的設(shè)計計算.233.2.5 軸承校核.253.2.6 總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計.263.3 分合運動機構(gòu).273.3.1 電機的選擇.273.3.2 支撐座的設(shè)計.283.3.3 橫梁的設(shè)計.293.3.4 同步齒形帶設(shè)計.293.3.5 總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計.313.4 手腕轉(zhuǎn)動機構(gòu).313.4.1 電機的選擇.313.4.2 總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計.323.5 本章小結(jié).33第 4 章 總結(jié).34參考文獻.35VII致 謝.371第 1 章 緒論1.1 本課題的目的與意義隨著科技進步與人民生活水平的提高，我國和世界上其它國家一樣，正在向老年化結(jié)構(gòu)發(fā)展，伴隨而來的是心腦血管疾病或神經(jīng)系統(tǒng)患者正呈現(xiàn)逐年增長的趨勢。腦中風(fēng)就是其中一種，這種疾病嚴(yán)重威脅了中老年人身體健康，我國每年新發(fā)腦中風(fēng)病例 120-150 萬人，死亡者 80-100 萬人，死亡率高達 66.7%。這種疾病有偏癱癥狀1，將引發(fā)患者肢體運動功能的喪失，尤其是上肢運動功能的喪失，極大地影響了患者日常生活。臨床上對偏癱患者的康復(fù)方法很大程度依賴于治療醫(yī)師對患者一對一的指導(dǎo)和訓(xùn)練，這種方法存在一些問題：首先，一位治療醫(yī)師只能對一位患者進行運動訓(xùn)練，效率低；其次，治療效果大多數(shù)情況下取決于治療醫(yī)師的水平和經(jīng)驗；再次，不能控制和記錄精確參數(shù)，不利于治療方案的確定和改進，康復(fù)評價指標(biāo)不客觀。總之，這種方法是一種勞力集中的過程，不僅費時費力，也缺乏量化且客觀的評價，不利于偏癱患者康復(fù)規(guī)律的深入研究。為了減輕家庭和社會的經(jīng)濟負(fù)擔(dān)，提高康復(fù)訓(xùn)練效率，同時隨著機器人技術(shù)的迅速發(fā)展，研究者們開始將機器人技術(shù)應(yīng)用到了康復(fù)領(lǐng)域，提出了康復(fù)機器人。與傳統(tǒng)康復(fù)方法相比，康復(fù)機器人能滿足患者對訓(xùn)練強度的不同要求，極大的減輕了治療醫(yī)師的體力勞動，也減少了臨床醫(yī)療人員的負(fù)擔(dān)和衛(wèi)生保健的成本；另外康復(fù)機器人能對運動訓(xùn)練過程進行客觀的監(jiān)測與評價，可以詳實地記錄治療數(shù)據(jù)及圖形，從而提供了客觀、準(zhǔn)確的治療和評價參數(shù)，能夠幫助患者制定更好的康復(fù)方案，進一步提高康復(fù)的效率，同時也有助于康復(fù)機器人輔助治療偏癱研究的深入開展，具有改善康復(fù)效果和提高康復(fù)效率的潛力。本文真對心腦血管疾病或神經(jīng)系統(tǒng)疾病造成的上肢體損傷患者，設(shè)計了一種坐式上肢康復(fù)機器人。該機器人通過機械手臂帶動患者的患肢在水平或垂直面運動，利用計算機控制上肢康復(fù)運動，實現(xiàn)機器人與人的上肢協(xié)調(diào)運動，從而達到最佳康復(fù)效果。21.2 康復(fù)機器人的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀康復(fù)機器人是康復(fù)醫(yī)學(xué)與機器人學(xué)科結(jié)合的成果，屬于醫(yī)療機器人范疇?？祻?fù)機器人主要分為兩種：功能輔助型康復(fù)機器人和康復(fù)訓(xùn)練機器人2。功能輔助型康復(fù)機器人的主要功能是幫助肢體運動有困難的患者完成各種動作，其產(chǎn)品主要有機器人輪椅、機械外骨骼、導(dǎo)盲手杖、機器人護士、機器人假肢等?？祻?fù)訓(xùn)練機器人的主要功能是幫助患者完成各種運動功能的恢復(fù)性訓(xùn)練，如上肢運動訓(xùn)練、下肢行走訓(xùn)練、頸部運動訓(xùn)練、脊椎運動訓(xùn)練等。1.2.1 國外研究現(xiàn)狀在歐美等國家，上肢康復(fù)機器人在 20 世紀(jì) 0 年代就開始起步了。隨著科技醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展，更是得到了醫(yī)療機構(gòu)和科研工作者的大力重視，繼而開展了相關(guān)的研究工作。1993 年，加利福尼亞大學(xué)的 lum 設(shè)計了名為手-物體-手的康復(fù)裝置3 (圖 1.1a)。該裝置從人類日常生活中對雙手協(xié)調(diào)性工作的需要出發(fā)，以簡單的雙手移動和擠壓物體訓(xùn)練雙手協(xié)調(diào)性。2 年后，lum 又設(shè)計出另一套訓(xùn)練雙手上舉協(xié)調(diào)性的裝置4 (圖 1.1b) ，并在裝置上綁上裝滿咖啡的杯子，依靠裝置為患手提供力輔助而成功完成上舉的實驗來證明了該裝置的可行性。這兩個裝置結(jié)構(gòu)功能都比較簡單，由于實驗是由正常人完成的，因此未作出對肌肉運動功能的評價。 (a)(b)圖 1.1 lum 研制的上肢康復(fù)裝置1999 年，Cozens JA Lastair 設(shè)計了一套肘部康復(fù)裝置5 (如圖 1.2 所示)，該裝置跟隨支撐臂前方的閃爍燈執(zhí)行 1080的肘部屈/伸運動。系統(tǒng)獲取電子量角器、3加速度計的反饋，根據(jù)控制法則對支撐臂上的患肢運動進行外力輔助或干擾，最后依據(jù)試驗結(jié)果，給出訓(xùn)練方式的效果比較。圖 1.2 肘部運動康復(fù)裝置2000 年芝加哥大學(xué)研制了一種 ARM Guide 訓(xùn)練裝置6,7，如圖 1.3 所示。該裝置具有 3 個自由度，通過手動調(diào)節(jié)其中 2 個自由度 Yaw 和 Pitch 使患者完成不同直線軌跡的 Reach 訓(xùn)練。訓(xùn)練過程中患者手臂綁在夾板上，沿直線軌道練習(xí) 5 個目標(biāo)點的 Reach 運動,并利用傳感器測量患者前臂施力大小。訓(xùn)練療程完成后，使患者完成日常生活動作，對比所記錄的軌跡范圍、直線度、平滑度，并利用未訓(xùn)練過的點來檢驗未訓(xùn)練區(qū)域的運動恢復(fù)，該訓(xùn)練裝置的設(shè)計思路與機構(gòu)決定了其訓(xùn)練方式的單一性，因此很難進行訓(xùn)練方式的擴展及深入研究。圖 1.3 ARM Guide 訓(xùn)練裝置麻省理工學(xué)院從 1995 年開始研制一種被稱為 MIT-Manus 的康復(fù)機器人8 (如圖 1.4)。該機器人采用連桿機構(gòu)，患者握住機構(gòu)末端的手柄完成平面內(nèi)的運動訓(xùn)練。計算機為患者提供視覺反饋。該裝置的主要特點是具有反向可驅(qū)動性，也就是采用阻抗控制技術(shù)實現(xiàn)末端點平滑和柔順，遵從患者運動產(chǎn)生平滑快速運動?；颊哌M行4圓或直線路徑的平面運動訓(xùn)練后，利用臨床評價方法及采集到的運動學(xué)參數(shù)進行評價，發(fā)現(xiàn)機器人訓(xùn)練對肌肉群的恢復(fù)有十分有效。另一方面，在研究人員記錄下，患者訓(xùn)練前后的動作完成過程中運動學(xué)參數(shù)，如軌跡、速度等等，通過實驗發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的方法在實驗前后的評價值不變，而實際上患者肌肉功能已經(jīng)有了比較明顯的改善，由此證明了醫(yī)學(xué)臨床評價的粗糙。圖 1.4MIT-MANUS圖 1.5 ARMin 康復(fù)機器人瑞士蘇黎世大學(xué)研究出了 ARMin 康復(fù)機器人9 (圖 1.5)，它具有低慣量、低摩擦、可反向驅(qū)動的特性。該裝置具有 6 個自由度(4 個主動、2 個被動)及 4 種運動模式,其中預(yù)定軌跡模式為醫(yī)生指導(dǎo)患者手臂運動，并記錄下軌跡，其后由機器人以不同速度對該軌跡進行重復(fù)；預(yù)定義治療模式是在預(yù)定的幾種標(biāo)準(zhǔn)治療練習(xí)中進行選擇訓(xùn)練；在點到達模式中，預(yù)定到達點通過圖像顯示給患者，由機器人對患者肢體進行支撐和引導(dǎo)完成訓(xùn)練；患者引導(dǎo)力支持模式中，運動軌跡由患者確定，利用測得的位置、速度信息通過系統(tǒng)的機械模型來預(yù)測所需力與力矩的大小，并通過5一個可調(diào)輔助因子來提供一部分力和力矩。該裝置目前仍然在研究中，利用健康人作了一些機構(gòu)的可行性實驗,還未提出任何評價方法。意大利的 Roberto Colombo 等人研制了自由度腕關(guān)節(jié)（圖 1.6）和自由度肩肘關(guān)節(jié)康復(fù)機器人（圖 1.7）10。腕關(guān)節(jié)康復(fù)機器人提供的工作范圍是90，最大阻抗扭矩為9Nm，其控制系統(tǒng)包括兩個控制環(huán)；肩肘關(guān)節(jié)康復(fù)機器人的功能原則是二位空間的自然伸縮。在康復(fù)過程中評定康復(fù)的儀器可以記錄患者的運動參數(shù)并作出評價。 圖 1.6 自由度腕關(guān)節(jié)機器人 圖 1.7 自由度肩肘關(guān)節(jié)康復(fù)機器人1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀國內(nèi)關(guān)于上肢康復(fù)機器人的研究起步較晚，但經(jīng)過國內(nèi)研究者們努力的探討，在這一領(lǐng)域也有了一定的成果。臺灣國立成功大學(xué)設(shè)計了一種應(yīng)用于平面上肘關(guān)節(jié)屈/伸運動的康復(fù)機器人11，利用模糊控制器完成精確的位置與力的控制，對一定數(shù)量的正常人和偏癱患者進行圓形軌跡運動的臨床試驗中，在運動方向上給予適當(dāng)?shù)淖枇?，并由剛性參?shù)及測得的肱二頭肌和肱三頭肌機電信號分別對運動控制能力與運動協(xié)調(diào)性進行量化評估。清華大學(xué)在國家“863”計劃支持下，從 2000 年起即開展了機器人輔助神經(jīng)康復(fù)的研究，研制了一種上肢康復(fù)設(shè)備 UECM12-14，可以在平面內(nèi)進行兩個自由度的運行訓(xùn)練，如圖 1.8 所示。6圖 1.8 上肢復(fù)合運動康復(fù)訓(xùn)練機（清華大學(xué)研制）哈爾濱工程大學(xué)研制了多功能手臂康復(fù)訓(xùn)練器15，如圖 1.9 所示，該訓(xùn)練器的兩個訓(xùn)練把手在單片機控制下可以帶動被訓(xùn)練者的左右手臂以不同的工作模式進行訓(xùn)練，氣可工作在主動訓(xùn)練模式、主從訓(xùn)練模式和阻尼方式。圖 1.9 多功能手臂康復(fù)訓(xùn)練器東南大學(xué)設(shè)計了一套上肢康復(fù)訓(xùn)練機器人系統(tǒng)16，機械結(jié)構(gòu)如圖 1.10 所示。此系統(tǒng)可以實現(xiàn)被動、主動和帶阻尼主動三種鍛煉模式和一對多的訓(xùn)練模式。圖 1.10 單自由度上肢康復(fù)訓(xùn)練機械臂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)7上海交通大學(xué)的康復(fù)工程研究所和 CAD 模具研究中心聯(lián)合研制了適用于上肢康復(fù)的 FES 附件外骨骼康復(fù)機器人，如圖 1.11 所示。 圖 1.11 FES 附件外骨骼康復(fù)機器人1.3 本課題主要研究內(nèi)容本文中設(shè)計的上肢康復(fù)機器人主要由機身、運動機構(gòu)和傳動機構(gòu)組成。機身包括放置于地面上的基座、兩根可以伸縮的立柱以及上橫梁；運動機構(gòu)則由上肢前后擺動機構(gòu)、上肢屈伸機構(gòu)和上肢分合機構(gòu)組成，它們分別裝在機身的基座、立柱和橫梁上，且分別由單獨的電機和減速器驅(qū)動；傳動機構(gòu)主要包括傳動軸、絲杠螺母副、同步齒形帶等元件。該機器人在單片機的控制下，實現(xiàn)患者的上肢前后擺、屈伸、分合運動以及手腕的轉(zhuǎn)動康復(fù)訓(xùn)練；也可啟動部分電機，完成其中的部分康復(fù)訓(xùn)練17。具體內(nèi)容如下：第 2 章首先對上肢康復(fù)訓(xùn)練機器人進行了原理分析，然后選擇合理的設(shè)計方案，最出總體結(jié)構(gòu)設(shè)計；第 3 章對上肢康復(fù)機器人中前后擺動機構(gòu)、屈伸運動機構(gòu)、分合運動機構(gòu)和手腕轉(zhuǎn)動機構(gòu)中主要運動元件進行了選擇與計算，如電機、聯(lián)軸器和減速器的選擇，傳動軸、絲杠、同步齒形帶以及錐齒輪等的設(shè)計校核計算。同時用 UG 這款三維軟件繪制了上肢康復(fù)機器人的三維結(jié)構(gòu)圖。第 4 章對本次設(shè)計的上肢康復(fù)機器人進行了總結(jié)。8第 2 章上肢康復(fù)機器人總體結(jié)構(gòu)方案本設(shè)計的主要工作是設(shè)計一個用于上肢康復(fù)的機器人，能夠?qū)崿F(xiàn)對上肢的上下、屈伸、分合以及手腕轉(zhuǎn)動的康復(fù)訓(xùn)練17。就本設(shè)計而言，設(shè)計的主體是兩根可升降的立柱，放于地面與立柱相連的機座、橫梁，以及與機座相連的立柱座、同步齒型帶和帶輪等等。本章將確定上肢康復(fù)機器人的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。2.1 總體方案設(shè)計2.1.1 機器人整體尺寸的選擇本文設(shè)計是坐式上肢康復(fù)機器人，其主體結(jié)構(gòu)采用金屬材料。受到外來力量主要是患者的上肢，受力相對較小，因此機器人各個零部件的大小尺寸也應(yīng)相對較小，從而減輕機器人的整體重量。表 2.1 是人體主要尺寸表18，根據(jù)其對人群中 1860 歲成年男子和 1855歲成年女子各個主要尺寸的統(tǒng)計，本次上肢康復(fù)機器人的寬度大約 1.5m，整體高度 1.4m1.7m。表2.1 人體主要尺寸表男（18-60 歲）女（18-55 歲）身高（mm）1583 1604 1678 1754 1775 18141449 1484 1503 1570 1640 1659體重（kg）44 48 50 59 70 7539 42 44 52 63 66上臂長（mm）279 289 294 313 333 338252 262 267 284 303 302前臂長（mm）206 216 220 237 253 258185 193 198 213 229 234百分位數(shù)1 5 10 50 90 951 5 10 50 90 952.1.2 機器人驅(qū)動裝置的選擇驅(qū)動裝置對上肢康復(fù)機器人而言是至關(guān)重要的。按驅(qū)動方式可以分為三類：（1）氣壓驅(qū)動，其使用壓力通常在 0.40.6MPa，最高可達 1MPa。氣壓驅(qū)動的氣源一般是由壓縮空氣站提供的壓縮空氣，因此方便快捷。另外，氣壓驅(qū)動系統(tǒng)9具有緩沖作用，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，可以在高溫、粉塵等惡劣環(huán)境中工作。但是其功率質(zhì)量比小，裝置體積大，同時由于空氣的壓縮性使得機器人在任意定位時，位置精度不高。因此只適合于易燃、易爆和灰塵大的場合。（2）液壓驅(qū)動，一般用 25MPa 的油液驅(qū)動機器人。與氣壓驅(qū)動相比，其優(yōu)點是體積較小，功率質(zhì)量比大，驅(qū)動平穩(wěn)，且固有效率高，快速性好。此外，液壓驅(qū)動調(diào)速較為簡單，能在很大范圍內(nèi)實現(xiàn)無極調(diào)速。缺點是易漏油，從而影響了工作穩(wěn)定性和定位精度，再者也對環(huán)境造成了污染。因此其多用于要求輸出力較大，運動速度較低的場合。（3）電氣驅(qū)動，一般是利用各種電機產(chǎn)生的力或轉(zhuǎn)矩直接或經(jīng)過減速機構(gòu)去驅(qū)動載荷，從而減少了電能轉(zhuǎn)為壓力能的中間環(huán)節(jié)，可以直接獲得要求的機器人運動。其優(yōu)點是易于控制，運動精度高，響應(yīng)快，使用方便，信號檢測。傳遞和處理方便，成本低廉，驅(qū)驅(qū)動效率高，不污染環(huán)境等。因而電氣驅(qū)動得到了研究者的青睞，在機器人上獲得了廣泛應(yīng)用。本文中的上肢康復(fù)機器人承受的驅(qū)動負(fù)載較小，且要求驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、易于控制，因此選擇電氣驅(qū)動作為其驅(qū)動方式。具體的驅(qū)動裝置則選用直流伺服電動機，它具有體積小、重量輕和良好的控制性等優(yōu)點，使得整個驅(qū)動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，成本低廉，操作方便。2.1.3 機器人的總體方案綜合考慮了上肢康復(fù)機器人所要實現(xiàn)的運動之后，其總體方案為：機身、運動機構(gòu)和傳動機構(gòu)以及電機驅(qū)動系統(tǒng)。圖 2.1 上肢康復(fù)機器人10機身包括放置于地面上的基座、兩根可以伸縮的立柱以及上橫梁；運動機構(gòu)則由上肢前后擺動機構(gòu)、上肢屈伸機構(gòu)和上肢分合機構(gòu)以及手腕轉(zhuǎn)動機構(gòu)組成，它們分別裝在機身的基座、立柱和橫梁上，且分別由單獨的電機和減速器驅(qū)動；傳動機構(gòu)主要包括傳動軸、絲杠螺母副、同步齒形帶等元件。上肢康復(fù)機器人的整體結(jié)構(gòu)如圖 2.1 所示。2.2 運動機構(gòu)的總體設(shè)計2.2.1 前后擺動機構(gòu)上肢康復(fù)機器人前后擺機構(gòu)需要實現(xiàn)對患者的上肢進行前后擺康復(fù)訓(xùn)練的功能。而前后擺運動需滿足兩個要求：1、擺動的角度要足夠大，從而使患者上肢的肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)得到充分的康復(fù)訓(xùn)練；2、要保證整個前后擺機構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性，即患者在康復(fù)訓(xùn)練時，上肢在任何位置在能安全地停止。從而，本設(shè)計中將前后擺動機構(gòu)安裝在基座上，由直流減速電機、減速器、傳動軸、軸承座等組成。其中直流減速電機固定在底座上，通過聯(lián)軸器與減速器連接；減速器的另一端則與傳動軸連接在一起。由單片機控制電機，帶動傳動軸轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)對上肢前后擺動的康復(fù)訓(xùn)練，其運動簡圖如圖 2.2 所示。圖 2.2 前后擺動機構(gòu)運動簡圖2.2.2 屈伸運動機構(gòu)上肢康復(fù)機器人的屈伸運動機構(gòu)的主要目的是對患者上肢進行屈伸康復(fù)訓(xùn)練，以患者肩的關(guān)節(jié)肘和肘關(guān)節(jié)得到康復(fù)。為了使患者的上肢有足夠的空間進行屈伸訓(xùn)11練，本文中的屈伸運動機構(gòu)設(shè)計了兩根左右對稱布置的可伸縮立柱?？缮炜s立柱包括外套筒、內(nèi)套筒、立柱座（箱體）。而由直流電機、錐齒輪副、絲杠螺母副組成的機構(gòu)則能使立柱進行伸縮運動。其中絲杠螺母副由一對角接觸球軸承固定；立柱座（箱體）和外套筒則借助法蘭盤，用螺栓通過擋圈與軸承外圈連接；內(nèi)套筒插裝在外套筒內(nèi)，通過螺母與絲杠連接，組成絲杠螺母副，其運動簡圖如圖 2.3 所示。在直流電機作用下，穿過側(cè)壁的傳動軸帶動錐齒輪轉(zhuǎn)動，將運動傳給絲杠，從而帶動內(nèi)套筒在立柱內(nèi)同步的向上下滑動，實現(xiàn)上肢的屈伸康復(fù)運動。同時，為了使立柱內(nèi)套筒能夠安全的停止在任何一位置，設(shè)計絲杠時需讓絲杠具有自鎖的功能，讓患者可以在任何一位置進行其他的康復(fù)訓(xùn)練。圖 2.3屈伸運動機構(gòu)運動簡圖2.2.3 分合運動機構(gòu)上肢康復(fù)機器人中設(shè)計分合運動機構(gòu)的目的實現(xiàn)患者上肢分合康復(fù)訓(xùn)練。設(shè)計分合機構(gòu)時，空間要足夠大，從而能使患者上肢得到相應(yīng)強度的分合康復(fù)訓(xùn)練，且要主要減少噪音。圖 2.4 分合運動機構(gòu)運動簡圖本文中分合運動機構(gòu)包括直流減速電機、同步齒形帶傳動副、光感滑軌以及把手。其中直流減速電機帶有傳感器并借助法蘭盤安裝在橫梁上；橫梁與立柱內(nèi)套筒12連接；同步齒形帶輪一端通過擋板和螺釘固定在電機軸上，另一端通過軸和軸承固定在橫梁的中部，其運動簡圖如圖 2.4 所示。2.2.4 手腕轉(zhuǎn)動機構(gòu)上肢康復(fù)機器人手腕轉(zhuǎn)動機構(gòu)主要考慮的是患者上肢的固定，從而把手很重要，本文中把手包括小臂護套、把手支、架手柄。把手支架法蘭盤面上裝有直流減速電機，小臂護套則由吊環(huán)將其固定在把手支架上面，其運動簡圖如圖 2.5 所示。圖 2.5 手腕康復(fù)結(jié)構(gòu)運動簡圖工作時，啟動電機，在單片機的控制下，帶動手柄繞電機軸旋轉(zhuǎn)，從而帶動手腕的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)手腕的康復(fù)訓(xùn)練19。2.3 本章小結(jié)本章針對上肢康復(fù)機器人的設(shè)計要求，確定了機器人的總體結(jié)構(gòu)方案，構(gòu)建了機器人的運動形式及外形框架。包括機器人整體尺寸的確定、驅(qū)動方式的選則和各傳動機構(gòu)的設(shè)計。本章基本確定了康復(fù)機器人的運動方案，在接下來的章節(jié)中，將對所需的電機、聯(lián)軸器、減速器進行選擇，并對部分主要零件進行設(shè)計校核計算。13第 3 章 上肢康復(fù)機器人機械結(jié)構(gòu)設(shè)計本章的主要內(nèi)容是通過估算上肢康復(fù)機器人的各個運動參數(shù)，對機器人運動機構(gòu)中的主要元件進行結(jié)構(gòu)設(shè)計計算與校核，并對所需直流電機、聯(lián)軸器以及減速器等進行選擇。3.1 前后擺動機構(gòu)3.1.1 電機的選擇本設(shè)計中，康復(fù)機器人的總體高度大約為m，質(zhì)量kg，轉(zhuǎn)動角速1.5h 50m 度=0.05rad/s，轉(zhuǎn)動角度=30。w對于旋轉(zhuǎn)運動，當(dāng)系統(tǒng)勻速轉(zhuǎn)動時，機械的負(fù)載功率為 / (3-1)ggLPT w其中，（N. m）表示負(fù)載轉(zhuǎn)矩，（rad/s）表示旋轉(zhuǎn)角速度，表示系統(tǒng)gTLw的傳動效率。 當(dāng)=30時，最大，且=250Nm，折算到電機上的轉(zhuǎn)矩gTgT=/（） (3-2)LTgTi得到電機的輸出轉(zhuǎn)矩=75Nm，功率 P=40w，轉(zhuǎn)速 n=30rpm；LT綜合考慮之后，選擇的是淄博床架電機有限公司的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)如圖 3.1 所示，各參數(shù)如表 3.1 所示。圖 3.1 110SZ55 減速電機14表 3.1 前后擺動機構(gòu)電機參數(shù)型號輸出轉(zhuǎn)矩（N. mm）輸出轉(zhuǎn)速（r/min）功率（W）電壓（V）110SZ558359040100243.1.2 減速器的選擇減速器有很多種類，常用的齒輪及蝸桿減速器按其傳動及結(jié)構(gòu)特點，可分為三類：(1)齒輪減速器：主要有圓錐齒輪減速器、圓柱齒輪減速器和圓錐圓柱齒輪減速器。它們的優(yōu)點是效率高、壽命長、維護簡便。(2)蝸桿減速器：主要有圓弧齒蝸桿減速器、圓柱蝸桿減速器、蝸桿齒輪減速器和錐蝸桿減速器。它們的優(yōu)點是在外廓尺寸不大的情況下可以獲得很大的傳動比，且工作平穩(wěn)、噪聲較小，但其傳動效率比較低。(3)行星減速器：主要有擺線針輪減速器、漸開線行星齒輪減速器和諧波齒輪減速器。它們的特點是結(jié)構(gòu)緊湊、精度較高、回程間隙小且使用壽命很長，但價格相對其它減速器來說略貴。上肢肢康復(fù)機器人在前后擺動過程中，需要使患者上肢能夠平穩(wěn)地停在任一位置。因此本文使用了蝸輪蝸桿減速器來實現(xiàn)機械自鎖功能。蝸輪蝸桿具有良好的特性：零件數(shù)目少，結(jié)構(gòu)緊湊；在蝸桿傳動中，由于蝸桿齒是連續(xù)不斷的螺旋齒，它和蝸輪齒是逐漸進入及逐漸推出嚙合的，同時嚙合的齒對又比較多，故沖擊載荷小，傳動平穩(wěn)，噪聲小；當(dāng)蝸桿的螺旋線升角小于嚙合面的當(dāng)量摩擦角時，蝸桿傳動變具有自鎖性。圖 3.2 WD60 渦輪蝸桿減速器15在本文中選擇的渦輪蝸桿減速器型號是 WD60，如圖 3.2 所示，其廠家是河北橋興減速機制造有限公司。3.1.3 聯(lián)軸器的選擇前后擺動機構(gòu)中減速器和傳動軸，減速器與電機是通過聯(lián)軸器連接起來的，因此要對聯(lián)軸器進行選擇。聯(lián)軸器種類繁多，按照被連接兩軸的相對位置和位置的變動情況，可以分為：固定式聯(lián)軸器。主要用于兩軸要求嚴(yán)格對中并在工作中不發(fā)生相對位移的地方，結(jié)構(gòu)一般較簡單，容易制造，且兩軸瞬時轉(zhuǎn)速相同，主要有凸緣聯(lián)軸器、套筒聯(lián)軸器、夾殼聯(lián)軸器等?？梢剖铰?lián)軸器。主要用于兩軸有偏斜或在工作中有相對位移的地方，根據(jù)補償位移的方法又可分為剛性可移式聯(lián)軸器和彈性可移式聯(lián)軸器。根據(jù)上肢康復(fù)機器人機構(gòu)的特點，本文選用了十字滑塊性頂絲式彈性聯(lián)軸器。這種聯(lián)軸器的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)簡單，容易安裝；電器絕緣性能好；高扭矩、偏心反作用力小、震動吸收性優(yōu)；軸套與滑塊的移動作用、可容許大的偏心與偏角；順時針與逆時針回轉(zhuǎn)特性完全相同。前后擺動機構(gòu)中減速器與電機連接的傳動軸選用了廣州鉅人自動化設(shè)備有限公司生產(chǎn)的十字滑塊性頂絲式彈性聯(lián)軸器，其型號為 G4-25T，具體各參數(shù)見表 3.2。表 3.2 前后擺動機構(gòu)聯(lián)軸器參數(shù)表 3.3 HL1 聯(lián)軸器參數(shù)型號最大孔徑mm容許扭矩N m容許偏角（）容許偏心 mm慣性力矩2kg.m質(zhì)量g經(jīng)彈性系數(shù)Nm/rad最高回轉(zhuǎn)系數(shù)rpmG4-63T253333.842.6 1031812002500型號公稱扭矩TnN .m 許用轉(zhuǎn)速 n r/min軸孔直徑d1 d2 dz軸孔配合長度DS轉(zhuǎn)動慣量 Kg.m2重量KgHL11603316 1842902.50.0064216而傳動軸與減速器連接時，由于其傳動轉(zhuǎn)矩非常大，故其連接時選用的聯(lián)軸器是上海聯(lián)軸器車墩業(yè)務(wù)部生產(chǎn)的 HL 型柱銷彈性聯(lián)軸器，型號是 HL1，其參數(shù)如表 3.3所示。3.1.4 軸的設(shè)計與校核 在前后擺動機構(gòu)中，傳動軸的設(shè)計至關(guān)重要。根據(jù)軸向定位的要求，本文中傳動軸（其結(jié)構(gòu)如圖3.5所示）共分為四段：（1）第段是與軸承相配合的 ，其直徑定為18mm，長度22mm；（2）第段是與立柱座相連接的，其直徑定為20mm，長度58mm；（3）第段直徑定為18mm，長度550mm；（4）第段是通過聯(lián)軸器與渦輪蝸桿連接，其直徑為17mm，長度為30mm。圖3.3前后擺動機構(gòu)傳動軸在整個上肢康復(fù)機器人的結(jié)構(gòu)當(dāng)中，前后擺運動機構(gòu)的傳動軸承受的力是最大，因此，要對該軸進行強度校核：（1）判斷危險軸段由于只有第段軸受到載荷與扭矩，因此只需要對此段軸進行強度校核。該段軸上截面的應(yīng)力為： （3-1）WMmb其中，Mm表示彎矩，單位為Nm；W表示抗彎截面模量。將數(shù)據(jù)代入式3-1得=3.125Mpa。b截面上的轉(zhuǎn)切應(yīng)力為：1917 （3-2）2TTTW其中，T2表示轉(zhuǎn)矩，單位為Nm；WT表示抗扭截面模量。將數(shù)據(jù)代入式3-2得=156.25MPa。從而有：TMPa78225.1562Tmb軸的材料為40Cr且調(diào)質(zhì)處理，因此有MPa，MPa，MPa735B38612601軸所受到力、彎矩、扭矩、當(dāng)量彎矩如圖3.4所示。圖3.4 前后擺傳動軸受力示意圖該軸段直徑為：3min116mm0.1ebMdd（2）綜合系數(shù)的計算該軸段的材料敏感系數(shù)為，因軸肩而形成的理論應(yīng)力集85. 0q87. 0q中系數(shù)為，。23. 281. 1經(jīng)直線插入可得其有效應(yīng)力集中系數(shù)為： 05. 2) 1(1qk70. 1) 1(1qk18查得尺寸系數(shù)為，扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)為，軸采用磨削加工，表72. 076. 0面質(zhì)量系數(shù)為，軸表面未經(jīng)強化處理，即，則綜合系數(shù)值為：92. 01q 93. 211kK11. 211kK（3）碳鋼系數(shù)的確定碳鋼的特性系數(shù)取為，。1 . 005. 0（4）安全系數(shù)的計算：軸的疲勞安全系數(shù)為 （3-3）maKS1 （3-4）1amSK （3-522caS SSSS）其中，表示只考慮彎矩時的安全系數(shù)，表示只考慮轉(zhuǎn)矩時的安全系數(shù)；SS表示材料對稱循環(huán)的彎曲疲勞極限；表示材料對稱循環(huán)的扭轉(zhuǎn)疲勞極限；11表示彎曲時軸的有效應(yīng)力集中系數(shù)；表示扭轉(zhuǎn)時軸的有效應(yīng)力集中系數(shù)；KK( MPa)表示扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的應(yīng)力幅；( MPa)表示扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的平均應(yīng)力；( amaMPa)表示彎曲應(yīng)力的應(yīng)力幅；( MPa)表示彎曲應(yīng)力的平均應(yīng)力；表示計算疲mcaS勞強度的安全系數(shù)；表示疲勞強度的安全系數(shù)。S代入數(shù)據(jù)計算得=5，=10，=41.5=S，所以該傳動軸是安全的20。SScaS3.1.5 鍵選擇及校核計算19上肢康復(fù)機器人結(jié)構(gòu)中立柱座與軸通過鍵進行連接，所受到的扭矩非常大。本設(shè)計中鍵起到了傳遞力和運動的作用，為防止因鍵連接強度不夠?qū)е骆I斷裂，影響整個上肢康復(fù)機器人的正常運行，甚至發(fā)生事故，要選擇達到一定強度的鍵。本設(shè)計中鍵的參數(shù)如表 3.4 所示。表 3.4 鍵的規(guī)格名稱規(guī)格直徑（mm）工作長度（mm）工作高度（mm）轉(zhuǎn)矩（Nm）極限應(yīng)力（MPa）平鍵665020443125100平鍵強度條件為 = （3-6）pkldT3102 p其中，T 表示傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位為 N m；k 表示鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，k=0.5h， h 為鍵的高度，單位為 mm；l 表示鍵的工作長度，圓頭平鍵 l=L-b，平頭平鍵 l=L，這里 L 為鍵的公稱長度，單位為 mm；b 表示為鍵的寬度，單位為mm；d 表示軸的直徑，單位為 mm；表示鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許p用擠壓應(yīng)力，一般 45#鋼的為 100120MPa。p所以軸上鍵的擠壓應(yīng)力為：=95MPa120MPap204431250002滿足條件21。3.1.6 整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計本文中的上肢康復(fù)機器人將前后擺動機構(gòu)安裝在基座上，前后擺動機構(gòu)除了直流減速電機、減速器、聯(lián)軸器和傳動軸等元件外，還包括固定傳動軸的軸承以及軸承座等元件。其中直流減速電機固定在底座上，通過聯(lián)軸器與減速器連接；減速器的另一端則與傳動軸連接在一起。前后擺動機構(gòu)的整體三維結(jié)構(gòu)如圖 3.5 所示。20圖 3.5 前后擺動機構(gòu)3.2 屈伸運動機構(gòu)3.2.1 電機的選擇患者進行上肢屈伸康復(fù)訓(xùn)練的過程中，考慮到患者的承受能力，設(shè)定立柱的移動速度為m/s ，立柱以上整體的質(zhì)量 m=50kg，則其功率為：0.1v （3-7）1PFv 將數(shù)據(jù)代入式 3-7，得=50W。1P 在立柱的傳動鏈中，選擇絲杠的效率=0.375，滾動軸承的效率=0.99，齒輪12的傳動效率為=0.95，電機的功率為3 （3-8）1123PP 將數(shù)據(jù)代入式 3-8，得 P=150W。 當(dāng)立柱升降時，所受到的垂直方向的阻力。折算到電0.1m/sv 9.55vLcMFTn動機軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足折算前后功率不變原則，考慮傳動機構(gòu)的傳動損耗，LT則有： （3-9）9.55LcMF vTn其中，(Nm)表示折算到電機軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，F(xiàn)(Nm)表示工作機構(gòu)直線LT運動時運動所受到的阻力，v(m/s)表示工作機構(gòu)的線速度，( r/min)表示電動機Mn的轉(zhuǎn)速，表示總的傳動效率。c將數(shù)據(jù)代入式 3-9 有： N. m500 0.19.550.910.35 1500LT21綜合考慮之后，選擇的是淄博床架電機有限公司的產(chǎn)品，其結(jié)構(gòu)如圖 3.6 所示，各參數(shù)見表 3.5。表 3.5 電機參數(shù) 型號輸出轉(zhuǎn)矩（N mm）輸出轉(zhuǎn)速（r/min）功率（W）電壓（V）110SZ611043150015012圖 3.6110SZ61 電機3.2.2 聯(lián)軸器的選擇屈伸運動機構(gòu)中，在直流電機作用下，穿過側(cè)壁的傳動軸帶動錐齒輪轉(zhuǎn)動，將運動傳給絲杠，從而帶動內(nèi)套筒在立柱內(nèi)同步的向上下滑動，實現(xiàn)上肢的屈伸康復(fù)運動。直流電機與傳動軸也是通過聯(lián)軸器連接，根據(jù)其運動特點，選擇的依然是廣州鉅人自動化設(shè)備有限公司的產(chǎn)品，其型號為 G4-25T，具體參數(shù)見表 3.6。表 3.6 屈伸運動機構(gòu)聯(lián)軸器參數(shù)型號最大孔徑 mm容許扭矩N m容許偏角（）容許偏心 mm慣性力矩2kg.m質(zhì)量g經(jīng)彈性系數(shù)Nm/rad最高回轉(zhuǎn)系數(shù)rpmG4-25T10331.962.8 102412560003.2.3 絲杠的設(shè)計計算（1）自鎖性校核螺紋工作表面上的耐磨性條件為：22 （3-10） phHdPFhudFAFpaaa22其中，（N）為作用于螺桿的軸向力，A（）為螺紋的面積，aF2mm（mm）為螺紋中徑，h（mm）為螺紋工作高度，H（mm）為螺母高度，2d螺紋工作圈數(shù)，為材料的許用壓力。HuP p令則，對于梯形螺紋 h=0.5P，帶入式 3-9 有：2Hd2Hd （3-11） 2aF PdhP則有，取=25kg 10N/kg=250N, 經(jīng)查表取=2，螺桿材料選 20.8aF PdPaF為鋼-鑄鐵，其運動速度 =612m/s，=47MPa，取=6MPa ，則有v p pmmd7 . 3622508 . 02根據(jù)實際情況，查表選取絲杠公稱直徑=16mm，=14mm，P=4mm。d2d螺紋升角 =5.224arctanarctan3.14 14Pd取摩察系數(shù) =0.14f當(dāng)量摩擦角 = 0.14arctanarctan8.2coscos30f因為，從而絲杠能實現(xiàn)自鎖性能。（2）螺桿強度計算由于螺桿所受到的軸向力不是很大，因此可以忽略不計（3）螺母螺紋牙強度計算 螺紋牙危險截面的剪切強度條件為MPa= 40MPa2500.273.14 16 0.65 4 7aFDbu 23 螺紋高度，工作圈數(shù)22 1428Hd 2874HuP從而可得其彎曲強度為MPa=4555MPa226 25016 14 / 260.633.14 160.65 47abF lDb ub（4）螺母外徑凸緣強度計算由于螺母所受到的軸向力不是很大，因此可以忽略不計。（5）螺桿穩(wěn)定性計算 螺桿受到的臨界載荷為： 2422223.1411.53.14564117508N0.6 1cEIFul 滿足要求22。（6）絲杠效率 tantan5.237.5%tan 5.28.4tano螺桿的三維結(jié)構(gòu)如圖 3.7 所示：圖 3.7 螺桿3.2.4 錐齒輪的設(shè)計計算根據(jù)常用的齒輪材料及力學(xué)性能表，選取兩齒輪的材料為，調(diào)質(zhì)處35roZGC M理，硬度為 190240HBS，精度 8 級，取兩齒輪的齒數(shù)相同，=31。1z2z 1、按齒面接觸疲勞強度設(shè)計（1）確定參數(shù)數(shù)值24根據(jù)所選電機的參數(shù)，其輸出轉(zhuǎn)矩 T=843mN/m，P=150w，查表，選取載荷系數(shù)，彈性系數(shù)MPa，齒寬系數(shù) =1，節(jié)點區(qū)域系數(shù)，接1.4tK 188.9EZ 2.5HZ觸疲勞極限=560MPa，安全系數(shù)=1，接觸疲勞壽命系數(shù)=1.13，得接觸應(yīng)HNSNZ力為：MPa560 1.13632.181HNHNZS（2）確定傳動尺寸錐齒輪的節(jié)圓直徑為：=13.82233212 1.4 843 1 1188.9 2.511632.18tEHtdHK TZ Zudu取動載荷系數(shù)=1.1，是用系數(shù)=1.25，假設(shè)100N/mm,齒間分vKAKAtKFb配系數(shù)=1.2，齒向載荷分配系數(shù)=1.07，則載荷系數(shù)為：KK1.77AvKK K K K對進行修正有：td331.78151.4ttKddK確定模數(shù)mm，查表，取=1mm，則mm，取齒150.531dmzmdmz31寬系數(shù)=0.3，則，R=22mm，R1 0.5311 0.5 0.329.45mmmRdd5.5mmRbR2、校核齒根彎曲疲勞強度（1）確定參數(shù)數(shù)值查機械設(shè)計手冊 ，取齒形系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù)分別為：=2.72 =1.57 =2.22 =1.771FY1SY2FY2SY查得彎曲疲勞極限為：=480MPa。lim1lim2FF取疲勞強度安全系數(shù)=1.25，得許用彎曲應(yīng)力分別為：FS25=345.6MPalim111480 0.901.25FNFFYS =353.28MPalim222480 0.921.25FNFFYS（2）驗算齒根彎曲疲勞強度 =78.7MPa111111122 1.77 8432.72 1.575.5 1 29.45tFFSFSKFKTY YY Ybmbmd 1F=31.5MPa2mm 時，62m nzmnz而此時，=4，滿足要求。nz101682nz(9) 圓周力 P （，KW） （3-18）102jNPvjN （3-19）123jNN KKK其中，表示張緊輪影響系數(shù)，查表，取=1；表示工作情況系數(shù)，查表，1K1K2K取=1；表示增速傳動系數(shù)，經(jīng)查表，取=1 。2K3K3K將數(shù)據(jù)代入式 3-18 和 3-19 中，得102 0.0055.1kg0.10P(10) 確定齒帶寬 b 9.5mmPbPT其中，T 為齒形帶單位寬度離心力，從而有：=kg2q vTg4235 100.19.863.6 10(11) 齒形帶前切應(yīng)力 =0.008 Kg /=0.050.08 Kg/ 41.44nPKmbz5.1 11.44 3 9.5 16 2mm 2mm其中小輪嚙合齒數(shù)系數(shù)，取=14K4K(12) 齒壓比 P =0.01860.12 45.1 10.60.6 0.3 9.5 16nPKPmbz323.3.5 總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計本文中分合運動機構(gòu)主要由上述直流減速電機、同步齒形帶傳動副和軸承支撐座組成，另外還有光感滑軌、傳感器、把手以及軸承等元件。其中直流減速電機帶有傳感器并借助法蘭盤安裝在橫梁上，橫梁與立柱內(nèi)套筒連接；同步齒形帶輪一端通過擋板和螺釘固定在電機軸上，另一端通過軸和軸承固定在橫梁的中部。分合運動機構(gòu)的整體三維結(jié)構(gòu)如圖 3.14 所示。圖 3.14 分合運動機構(gòu)3.4 手腕轉(zhuǎn)動機構(gòu)3.4.1 電機的選擇估算手掌的重量 m=1kg，轉(zhuǎn)動的角度，角速度=0.5rad/s，回轉(zhuǎn)半徑90owr=0.1m。最大功率在處，故所需電機的最大功率1W23。90oPMw綜合各方面因素考慮，選擇寧波市鄞州易順減速器廠功率為 2w 的直流伺服減速電機，其結(jié)構(gòu)如圖 3.15 所示，具體參數(shù)見表 3.8。圖 3.15 手柄處電機表 3.8 手腕轉(zhuǎn)動機構(gòu)電機參數(shù)33減速比輸出轉(zhuǎn)矩（Kg. cm）輸出轉(zhuǎn)速（r/min）功率（W）電壓（V）1:371:38855500263.4.2 總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計手腕轉(zhuǎn)動機構(gòu)主要考慮的是患者上肢的固定，從而把手很重要，本文中把手包括小臂護套、把手支、架手柄。把手支架法蘭盤面上裝有直流減速電機，小臂護套則由吊環(huán)將其固定在把手支架上面。手腕轉(zhuǎn)動機構(gòu)的整體三維結(jié)構(gòu)如圖 3.16 所示。圖 3.16 手腕轉(zhuǎn)動機構(gòu)3.5 本章小結(jié)本章的主要內(nèi)容是對上肢康復(fù)機器人中前后擺動機構(gòu)、屈伸運動機構(gòu)、分合運動機構(gòu)和手腕轉(zhuǎn)動機構(gòu)中主要運動元件進行了選擇與計算，如電機、聯(lián)軸器和減速器的選擇，傳動軸、絲杠、同步齒形帶以及錐齒輪等的設(shè)計校核計算。同時用 UG這款三維軟件繪制了上肢康復(fù)機器人中主要結(jié)構(gòu)的三維圖。34第 4 章 總結(jié)本設(shè)計通過對人體上肢運動原理進行分析，結(jié)合各種上肢康復(fù)機器人的結(jié)構(gòu)特點，設(shè)計出了一款坐式上肢康復(fù)訓(xùn)練機器人，該機器人采用了電機驅(qū)動，并用單片機進行控制。本設(shè)計綜合考慮各種因素，通過設(shè)計校核計算，得到了最終的上肢康復(fù)機器人結(jié)構(gòu)，該機器人結(jié)構(gòu)緊湊、重量較輕、運動平穩(wěn)靈活、噪聲小，能夠?qū)崿F(xiàn)對患者上肢的康復(fù)訓(xùn)練。本文主要完成了以下工作：1、對康復(fù)機器人的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀進行了了解。分析了上肢康復(fù)機器人的工作原理，并結(jié)合實際情況，選擇了合理的機器人設(shè)計方案，比如總體尺寸大小和驅(qū)動方式，完成了對上肢康復(fù)機器人總體結(jié)構(gòu)設(shè)計；2、對上肢康復(fù)機器人的各組成機構(gòu)進行了具體設(shè)計，完成了前后擺動機構(gòu)、屈伸運動機構(gòu)、分合運動機構(gòu)和手腕轉(zhuǎn)動機構(gòu)中主要運動元件的選擇與計算，如電機、聯(lián)軸器和減速器的選擇，傳動軸、絲杠、同步齒形帶以及錐齒輪等的設(shè)計校核計算。3、運用 UG 這款三維軟件，繪制上肢康復(fù)機器人整體及主要零部件的三維結(jié)構(gòu)以及二維工程圖；本文中的上肢康復(fù)機器人能夠幫助患者安全、靈活地實現(xiàn)上肢康復(fù)訓(xùn)練。然而，該康復(fù)機器人仍不夠完美，還有待完善：（1）改善手臂的固定方法，患者感覺更加舒適；（2）改善整體框架結(jié)構(gòu)，進一步減小整體重量。35參考文獻1 杜志江，孫立寧.外科機器人技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)分析J.哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2003，35(7)2 Song W K, Lee, Bien Z, Kares. 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