上肢康复机器人结构设计及仿真运动设计说明书.doc

黑龙江工程学院学院本科生毕业设计IABSTRACT.1第1章绪论.21.1概述.21.2康复机器人的国内外研究现状.31.3上肢康复机器人系统的发展前景.61.4本课题主要研究内容.7第2章总体结构方案设计.82.1总体方案设计.82.2康复机器人框架造型的设计.112.3本章小结.12第3章伺服元件选择.133.1电机选择.133.1.1升降机构电机选择.133.1.2前后摆机构电机选择.143.1.3分合机构电机选择.153.1.4手腕转动机构电机的选择.163.2联轴器选择.163.3蜗轮蜗杆减速器的选择.173.4本章小结.17第4章机械机构设计与计算.184.1丝杠设计.184.2锥齿轮设计.194.3同步齿形带设计.214.4轴设计与校核.234.5轴承校核.264.6键选择及校核计算.274.7本章小结.28结论.29参考文献.30致谢.32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黑龙江工程学院学院本科生毕业设计II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；噪音黑龙江工程学院学院本科生毕业设计1ABSTRACTRehabilitationrobotisatypeofrehabilitationfacilities.Rehabilitationroboticshavelongbeenwellreceivedbytheworldscientistsandthegeneralimportanceofmedicalinstitutions,inwhichEuropeandtheUnitedStatesandJapan,theresultsarethemostsignificant.MedicalEngineeringinourcountryhasbeenreceivedwidespreadattentionthough,andrehabilitationroboticsstillinitsinfancy,somesimplerehabilitationequipmentisfarfrommeetingintelligence,ergonomicsoftherehabilitationrobotneedstobefurtherresearchanddevelopment.Thisperspectiveonthehumanbodyfromtheuseofupperlimbmovementprincipleisanalyzed，theseatedupperextremityrehabilitationrobotisdesigned,fortheparalysiscausedbycardiovasculardiseasesoraccidents.Thedesignoftherehabilitationrobotbodyisplacedontheplatformbase,twoscalablecolumnsandbeamsofthehandleonthecompositionanditscomponentsareinstalledontheupperlimbflexionwhichincludeseparateandcloseagency,beforeandafteragency,liftingagencyandthewristrotationagency；theeverymovementisdrivenbytheseparatedrivemotorandreducer,andthemainpartsaretheshaft,screwnutpairs,timingbelt,deputy.Rehabilitationrobotcolumnmainlyadoptsthethinwallsleeve,soastoreduceweight,alsomakestheleadscrewnutpaircanbefixedandthepositioningsleeve.Thedesignofthemainattentiontothemajorproblemistheweightlossandnoisereduction,avoidthewholestructureistoobulky.Keywords：rehabilitation；upperlimb；structuraldesign；Weightloss；noise黑龙江工程学院学院本科生毕业设计2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