人体下肢康复辅助训练机结构设计 毕业设计说明书.doc

编号 本科生毕业设计本科生毕业设计 人体下肢康复辅助训练机结构设计 Design of Lower Limbs Rehabilitative Training Structure 学学 生生 姓姓 名名 专专 业业机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化 学学 号号 指指 导导 教教 师师 学学 院院机电工程学院机电工程学院 二二一一年六月一一年六月 毕业设计原创承诺书 1本人承诺：所呈交的毕业设计人体下肢康复辅助训练机结 构设计 ，是认真学习理解学校的本科毕业设计工作条例后，在 教师的指导下，保质保量独立地完成了任务书中规定的内容，不弄 虚作假，不抄袭别人的工作内容。 2本人在毕业设计中引用他人的观点和研究成果，均在文中加 以注释或以参考文献形式列出，对本文的研究工作做出重要贡献的 个人和集体均已在文中注明。 3在毕业设计中对侵犯任何方面知识产权的行为，由本人承担 相应的法律责任。 4本人完全了解学校关于保存、使用毕业设计的规定，即：按 照学校要求提交论文和相关材料的印刷本和电子版本；同意学校保 留毕业设计的复印件和电子版本，允许被查阅和借阅；学校可以采 用影印、缩印或其他复制手段保存毕业设计，可以公布其中的全部 或部分内容。 以上承诺的法律结果将完全由本人承担！ 作 者 签 名： 年 月 日 I 摘摘 要要 临床医学和医学理论证明，对于偏瘫病患而言，除了前期必要的药物治疗 和手术治疗外，科学合理的康复训练对于康复和提高病患的肢体运动功能具有 重要作用。本文设计全方向下肢康复训练机器人主要目的是：提供一种可靠的 步行训机构，对病患进行智能化康复训练；维护老年人身体健康，延缓老年人 步行能力衰退。采用了虚拟样机技术，使用 CATIA、Mechanism/Pro 及 Adams 软件联合建立康复机器人虚拟样机。详细论述了建立机器人 CATIA 机械模型的 过程、建立机器人 Adams 动力学模型的过程及上述建模过程中参数的选择。 关键词：康复训练机器人 步行 虚拟样机 II Abstract Clinical medicine and medical theories show that hemiplegia patients need early necessary drug treatment and operation. Rehabilitation science and right training for physical functions rehabilitation are playing a significant role. So the main design purposes of the omni-direction lower limbs training robot are to provide a reliable walk training device, rehabilitate patients with intelligent training, safeguard the health of the elderly, and delay the elderly walking ability recession. The virtual prototype technology is introduced in this thesis.Using the software of CATIA,Mechanism/Pro and Adams,a rehabilitation robot virtual prototype is built. Establishment of the robotics CATIA mechanical model,generation of Adams dynamic model and selection of model parameters are discussed in details,and dynamics simulation is carried out. Key words: rehabilitative training robot; walk; virtual prototype I 目 录 摘 要.I ABSTRACT .II 第 1 章 绪论.1 1.1 研究背景和意义 .1 1.1.1 研究背景.1 1.1.2 研究意义.2 1.2 国内外研究动态与水平 .3 1.3 本文研究内容 .6 第 2 章 下肢康复训练机器人机械结构下肢康复机器人移动机构.7 2.1 康复机器人的结构形式及其组成 .7 2.2 下肢康复机器人移动机构 .8 第 3 章 轴承的设计.10 3.1 滚动轴承与滑动轴承的比较 .10 3.2 轴承的选用 .10 第 4 章 轴的结构设计.12 4.1 驱动轴的结构设计 .12 4.2 转向轴的结构设计 .13 第 5 章 电机的选用.15 5.1 电机种类的选择 .15 5.2 电机参数 .16 第 6 章 传动选择.17 6.1 传动情况分析 .17 6.2 传动方式的选择 .19 第 7 章 扶手的方案设计.21 7.1 扶手机构设计方案分析 .21 7.2 扶手机构设计 .22 结 论.23 致 谢.24 参考文献.25 1 第第 1 章章 绪论绪论 1.1 研究背景和意义研究背景和意义 1.1.1 研究背景研究背景 自上世纪中叶开始，欧洲美洲国家人口逐渐趋向于老龄化。人口老龄化是 指总人口中因年长人口数量增加、年轻人口数量减少而导致的年长人口比例相 应增长的动态过程。人口老龄化标准：国际上一般将 60 岁以上人口比重达到 10，或 65 岁以上人口比例达到 7作为地区或国家进入老龄化社会的标准。 日本等发达国家早在二十世纪中叶便已进入了老龄化阶段1。由于人口寿命的 提高和出生率的降低，年长人口占社会总人口的比例逐年增大。迄今，全球 60 岁以上年长人口总数已达 6 亿，其中 60 多个国家的年长人口达到或超过人口总 数的 10%，进入了人口老龄化社会。迅猛的人口老龄化趋势，引起了联合国及 世界各国政府的高度重视，老龄问题已成为全世界所关注的重大问题之一。 与此同时，随着科学技术的进步、医疗水平的提高和居民生活水平的改善， 我国正步入老龄化社会，年长人口规模逐年增大。据统计 2004 年末，我国 60 岁及以上年长人口已达 1.43 亿，预计我国 2014 年年长人口将达到 2 亿，2026 年将达到 3 亿，2037 年将达到 4 亿，2051 年将达到峰值，之后将一直在 3 亿到 4 亿的规模浮动。根据联合国预测报告，21 世纪上半叶，中国将成为世界上老 年人最多的国家，占世界老年人口总数的五分之一，21 世纪下半叶，中国将成 为第二老年人口大国，仅次于印度2。 在老龄人群中有大量的脑血管疾病、肌肉萎缩肌无力或神经系统疾病患者， 这类患者多数伴有偏瘫症状。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，由于交通运输工具数量的 迅速增长，因交通事故而造成肢体损伤的人数也越来越多。临床医学和医学理 论证明，这类患者除了前期手术治疗和药物治疗外，正确、科学、合理的康复 训练对于肢体运动功能的恢复起到十分重要的作用3。由于该类患者存在一定 的运动障碍，需要有人辅助才能进行康复训练。由于专业医护资源的不足和医 疗费用昂贵等问题，多数病患选择自行康复训练，但由于训练方法不当，很多 病患错过了最佳恢复期，因得不到正确的康复训练而逐渐丧失肢体的活动能力4。 以医学理论为依据的康复机器人作为一种自动化康复医疗设备，能帮助患者进 行科学而又非常有效的康复训练，可使病患的运动机能逐渐得到恢复。 2 1.1.2 研究意义研究意义 传统的康复训练方法是辅助训练5。以偏瘫为例，病人部分中枢神经受损 后，身体某一部分的运动控制功能丧失，临床上表现为偏瘫。急性期内瘫肢通 常处于软瘫期，治疗一周后，肌张力逐渐提高，出现痉挛现象，继续康复治疗， 便可恢复部分或全部运动功能6。在这整个过程中，偏瘫患者下肢的各种动作 必须在治疗师的辅助之下才能完成，如图 1-1。通常医护人员要用手支撑在病患 腰部或腋下，依靠医护人员的力量带动病人行走，由于这种行走训练对医护人 员体力要求高，所以只能持续 10-20 分钟就会暂停。这种训练方式存在如下问 题：一名甚至多名医护人员只能同时对一名患者进行动作训练，训练效率低下； 由于治疗师自身体能限制，可能无法确保病患得到足够的训练强度；训练受到 治疗师自身因素的影响，治疗效果取决于治疗师的个人经验和技术水平；不能 精确控制和记录训练参数（运动速度、轨迹、强度、时间等） ，不利于治疗方案 的改进；无法建立训练参数和康复指标之间的对应关系，不利于偏瘫患者神经 康复规律的深入研究，不能向病患提供实时直观的反馈信息；训练过程往往枯 燥乏味，病患被动接受治疗，接受治疗的主动性不强。 图 1-1 传统康复训练 采用机器人辅助治疗的技术，可解决上述问题。 （1）机器人不存在“疲倦”的问题，能够满足不同患者对训练强度的要求； （2）机器人可以将治疗师从繁重的训练任务中解脱出来，而有时间专注于 制定治疗方案、分析训练数据、优化训练内容； （3）机器人可以记录训练过程中病患受损肢体的位置、方向、速度以及所 产生的力等客观数据，供医护人员分析； （4）机器人所记录下的详细数据， 3 使得治疗师有可能从中发现数据与治疗结果之间的对应关系，为进一步了解人 类大脑与人类运动功能之间的关系提供依据； （5）使用机器人技术可以通过多媒体技术为患者提供丰富多彩的训练内容， 使患者能够积极参与治疗； （6）使用机器人治疗技术，使得远程治疗和集中治疗成为可能。 1.2 国内外研究动态与水平国内外研究动态与水平 康复机器人是机器人发展的分支之一，曾尝试开发为残疾人服务的机器人 系统，但由于当时科技较低与造价过高两个方面原因导致了康复机器人产品化 的失败。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 等欧美国家在康复机器人方面的研究一直处于世界的领先地位。1990 年以前全 球的 56 个研究中心分布在北美、英联邦、加拿大、欧洲大陆和斯堪的纳维亚半 岛及日本这五个工业区内 7。1990 年以后康复机器人的研究进入到全面发展时 期。 康复机器人分为功能辅助型机器人和康复训练机器人两种。前者主要的功 能是帮助肢体有运动困难的患者完成各种动作，如智能轮椅、导盲手杖、机器 人假肢等；后者的主要功能是帮助患者完成各种运动功能的恢复性训练，如人 体下肢行走训练、手臂运动训练、脊椎牵引运动训练、颈部运动训练等。 目前，机器人用于康复领域包括康复训练、助残和老人看护等，研究领域 主要包括康复机械手、智能轮椅，以及家庭和单位之间的交互设备等。康复机 械手的目的是通过机器人手臂完成残疾人的手臂功能。机械手必须具有足够的 自由度以满足每个用户的需要。根据机器人技术的发展水平，一般具有以下三 种结构：第一种是彻底结构化的控制平台，类似于桌面工作站，将机械手安装 在固定的控制平台上，完成在固定工作空间内的操作，这种方法已经实用化8。 如早期法国 CEA 公司开发的 MAS-TER 系统，美国 Tolfa Corporation 开发的 DEVAR 系统，以及英国 Oxford Intelligent Machines 开发的 RAID 系统等。第二 种结构是将机械手安装在轮椅上，这样就可以在任何地域使用，但这导致了机 械手刚性下降，抓取的精度往往达不到要求，而且这种方法只适合于那些可以 用轮椅的人9，如美国的 MOVAR 系统和意大利的 URMAD 系统等。第三种机 构是将机械手安装在自主或半自主车辆上。日本东京大学的 S.Tachi 教授在 MIT 本实验室工作时开发了一个移动式康复机器人 MEL-DOG，作为“导盲狗”10。 欧洲技术实验室的一个研究小组在 URMA 系统基础上开发了 MOVAID 系统， 它由若干个固定的位于室内主要活动区域（如厨房和卧室）的工作站和一个可 以在室内自由避障的移动机器人组成，操作者可以通过工作站的实时图形界面 4 监控和干预机器人的动作，可以帮助残疾人完成诸如用微波炉（专门研制的） 加热食物、打扫厨房和清理床铺等工作11。目前，该系统已经在意大利经过了 实际的残疾人使用，这种系统由视觉、操作器、行走、传感器数据采集和系统 控制等几部分组成。 康复机器人在国外得到科研工作者和医疗机构的普遍重视，近年来取得很 多有价值的成果。如：美国科学家在 2000 年研制了名为 MIT-MAUS 的手臂康 复训练机器人样机12；斯坦福大学对手臂康复训练机器人开展了研究工作，在 2000 年推出了 THEARM GUIDE 和 MIME 型手臂康复训练机器人样机13。在下 肢康复机器人研究方面，美国的 RUTGERS 大学开展了脚部康复机器人的研究， 并研制了 RUTGER 踝部康复训练机器人康复系统14。日本的 Makikawa 实验室 研制出可以使病人模拟正常人走路、上坡、滑行等运动的康复机器人（图 1-2） 15。德国柏林自由大学（Free University Berlin）研制出了 MGT 康复机器人16 （图 1-3） 。德国 Frauchofer 研究所开发了绳驱动康复训练机器人17（图 1-4） 。 瑞士苏黎士联邦工业大学（ETH）设计了 Lokomat 下肢康复机器人18（图 1-5） 。 日本高知工科大学设计了一系列下肢康复机器人（图 1-6） ，随着康复机器人的 进一步研究出现了智能轮椅（图 1-7）及可穿戴式下肢康复训练机器人（图 1- 8） 。 图 1-2 机器人 图 1-3 下肢康复训练机器人 5 图 1-4 绳驱动康复训练机器人 图 1-5 康复机器人 图 1-6 下肢康复机器人 图 1-7 智能轮椅 图 1-8 可穿戴式下肢康复训练机器人 在康复机器人的研究方面我国起步较晚，在辅助型康复机器人方面的研究 成果相对较多，而在康复训练型机器人方面的研究成果则相对较少。在国内清 华大学率先采用了虚拟现实技术，研制了卧式下肢康复机器人的样机19（图 1- 9） 。哈尔滨工程大学研制了吊挂式下肢康复机器人（图 1-10）20，对人运动过 6 程中姿态和步态进行控制，采用了重心控制模拟正常人行走的轨迹进行康复训 练。 图 1-9 卧式下肢康复机器人 图 1-10 吊挂式下肢康复机器人 1.3 本文研究内容本文研究内容 人体下肢康复辅助训练机是一种帮助下肢有运动功能障碍的患者进行康复 训练的机器。工作的重点是完成机器的机械本体结构设计，根据康复训练机器 的应用对象、使用环境及技术指标的要求研究系统的总体组成，根据实际情况， 设计实用的机械本体结构，进行机构模型分析，进行驱动方案、控制方案的选 择。 7 第第 2 章章 下肢康复训练机器人机械结构下肢康复机器人移动下肢康复训练机器人机械结构下肢康复机器人移动 机构机构 2.1 康复机器人的结构形式及其组成康复机器人的结构形式及其组成 康复训练机器人设计目的是辅助病患进行康复训练。一台完整意义上的移 动机器人，应具备移动机制、移动控制机制、环境感知机制和规划决策机制。 使机器人自主地选择行走路径、避障、进行必要的分析推理和决策，达到自主 完成任务的目的。 目前，自主移动机器人还处于研发阶段。技术瓶颈在于环境理解和推理决 策。所以在多数的复杂环境中，移动机器人采用遥控、监控等方法来弥补自主 能力上的缺陷，高层决策、控制和感知任务部分或全部由人辅助完成。 本论文设计的下肢训练机器人采用的是全方位移动机构，该机构能使机器 人在平面的任何位置勿须转弯就具有全向移动能力。这种全方位移动机构不但 能够在保持基本方位不变的前提下沿平面上任意方向移动，并且可实现任意半 径转弯。 康复训练机器人的机械结构设计主要涉及以下几个方面： （1）高度可否调节：分为固定式、高度可调式； （2）承重部位：分为手持框架式、推车式、腋窝支持式； （3）移动方式：分为交替步行式（框架式） 、脚轮式； （4）是否折叠：分为固定式、折叠式。 该轮式移动机构设计仅适用于相对平坦的地面，即四轮接触地面并保证皆 不打滑的条件下才能实现对机器人轨迹的控制。 8 迄今为止，轮子是移动机器人和人造车辆中最常用的结构。具有效率高和 制作简单等优点。并且轮子的运动速度和运动方向容易控制。因此将下肢康复 机器人设计为轮式。为了实现全方位移动的要求，采用一轴驱动一轴转向的方 式。如图 2-1 所示。 图 2-1 转向和驱动示意图 2.2 下肢康复机器人移动机构下肢康复机器人移动机构 如图 2-2 所示，在电机带动下带轮带动机器人的四个车轮， 每个车轮由一 台伺服电机及其减速器驱动，以控制每个车轮的转速。通过控制四个电机的转 速，依靠四个车轮速度合成来实现机器人的驱动。每个车轮还有一个伺服电机 驱动齿轮来实现车轮的转向，齿轮与车轮垂直。电机通过齿轮控制竖轴的旋转， 从而使驱动机构转向，实现机器人的全方向移动。 9 图 2-2 移动机构 10 第第 3 章章 轴承的设计轴承的设计 3.1 滚动轴承与滑动轴承的比较滚动轴承与滑动轴承的比较 与滑动轴承相比，由于滚动轴承为滚动摩擦，因而具有摩擦系数小、效率 高、起动灵活、宽度小、润滑简单等优点；由于滚动轴承已经标准化并且由轴 承厂大批生产，因而还具有成本低、互换性好、使用及维护方便等优点。滚动 轴承的缺点主要是抗冲击载荷能力较差、高速时又噪声、工作寿命有限、径向 尺寸比滑动轴承大等，在这些方面不如液体摩擦的滑动轴承。与滚动轴承相比， 滑动轴承有在高速重载下能正常工作，寿命长；精度高；滑动轴承可做成剖分 式的，能满足特殊结构需要；液体摩擦轴承具有很好的缓冲和阻尼作用，可以 吸收振动、缓和冲击；滑动轴承的径向尺寸比滚动轴承的小；起动摩擦阻力较 大，在起动和将要停止工作阶段轴承常处于非液体摩擦状态下和非液体摩擦滑 动轴承具有结构简单、使用方便等优点。 3.2 轴承的选用轴承的选用 设计下肢移动有障碍的人进行康复训练的辅助运动机构，不会遇到高速重 载的情况。因此选择采用滚动轴承。 图 3-1 所示的驱动轴主要承受径向载荷，角接触球轴承能同时承受径向、 轴向联合载荷，因此选用角接触球轴承。结构如图 3-1 所示。 11 图 3-1 角接触球轴承 转向轴要承受轴向载荷，推力调心滚子轴承能同时承受很大的轴向载荷和 不大的径向载荷，深沟球轴承主要承受径向载荷，同时也能承受一定量的轴向 载荷。同时选用推力调心滚子轴承和深沟球轴承，结构如图 3-2 所示。 图 3-2 推力调心滚子轴承和深沟球轴承 12 第第 4 章章 轴的结构设计轴的结构设计 4.1 驱动轴的结构设计驱动轴的结构设计 轴的结构设计是确定轴的合理外形和全部结构尺寸，为轴设计的重要步骤。 它由轴上安装零件类型、尺寸及其位置、零件的固定方式，载荷的性质、方向、 大小及分布情况，轴承的类型与尺寸，轴的毛坯、制造和装配工艺、安装及运 输，对轴的变形等因素有关。设计者可根据轴的具体要求进行设计，必要时可 做几个方案进行比较，以便选出最佳设计方案，以下是一般轴结构设计原则： 1、节约材料，减轻重量，尽量采用等强度外形尺寸或大的截面系数的截面形状； 2、易于轴上零件精确定位、稳固、装配、拆卸和调整； 3、采用各种减少应 力集中和提高强度的结构措施； 4、便于加工制造和保证精度。轴的结构设计 就是使轴的各部分具有合理的形状和尺寸，轴的结构是由许多因素决定的，实 际设计中应满足的主要要求是： (1) 制造和安装要求，即轴便于加工，轴上零件易于装拆。 (2) 定位和固定要求，即轴和轴上零件定位准确轴向和周向固定可靠。 驱动轴在电极的带动下是车轮转动，从而使机器人进行移动。驱动轴采用 阶梯轴的形式，通过轴肩和套筒轴向定位车轮。考虑到疲劳断裂是轴的主要失 效形式，在设计时应在结构方面采取措施，减少受力、应力，以提高轴的疲劳 强度。将轴的输入端设计在一端，输出端设计在另一端。合理的布置了轴上的 传动零件位置。轴由两个角接触球轴承支撑转动，分别设计在车轮的两端。 如图 4-1 和图 4-2 所示。 图 4-1 驱动轴结构 13 图 4-2 驱动轴 4.2 转向轴的结构设计转向轴的结构设计 为了便于轴上零件的安装和拆卸，转向轴设计为阶梯形。转向轴从轴端逐 渐向中间增大。考虑到疲劳断裂是轴的主要失效形式，在设计时应在结构方面 采取措施，减少受力、应力，以提高轴的疲劳强度。将轴的输出端设计在两端， 输入端设计在中间部分。合理的布置了轴上的传动零件位置。轴的一端设计螺 纹，以便和驱动机构固定。另一端采用推力调心滚子轴承和深沟球轴承来对轴 进行轴向和径向支撑。并且在轴端设计螺纹，以便和转动机构箱体的固定。如 图 4-3 和 4-4 所示。 图 4-3 转向轴 14 图 4-4 转向轴结构 15 第第 5 章章 电机的选用电机的选用 5.1 电机种类的选择电机种类的选择 按工作电源种类划分：可分为直流电机和交流电机。直流电动机按结构及 工作原理可划分：无刷直流电动机和有刷直流电动机。有刷直流电动机可划分： 永磁直流电动机和电磁直流电动机。电磁直流电动机划分：串励直流电动机、 并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。永磁直流电动机划分： 稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。其中 交流电机还可分：单相电机和三相电机。按结构和工作原理划分：可分为直流 电动机、异步电动机、同步电动机。同步电机可划分：永磁同步电动机、磁阻 同步电动机和磁滞同步电动机。异步电机可划分：感应电动机和交流换向器电 动机。感应电动机可划分：三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动 机等。交流换向器电动机可划分：单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥 电动机。按起动与运行方式划分：电容起动式单相异步电动机、电容运转式单 相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。按 用途划分：驱动用电动机和控制用电动机。因为下肢康复机器人所要求的电机 数量较多，而且要求电机外形小。对电机的功率要求也不大。所以选择微特电 机中的小功率异步电机。如图 5-1 所示。 图 5-1 微特电机 16 5.2 电机参数电机参数 AO2 系列三相异步电动机铁心、绕组技术数据为：型号: AO2-8024 额定功率/W: 750 额定电压/V: 380 满载时|电流/A: 2.01 满载时|转速/(r/min): 1400 满载时|效率(%): 5.5 满载时|功率因数: 0.75 转子铁心/mm)|外径: 128 转子铁心/mm|内径: 77 转子铁心/mm|长度: 75 气隙长度/mm: 0.25 槽数|定子: 24 槽数|转子: 30 定子绕组|线规/mm: 1-0.63 定子绕组|每槽匝数: 105 定子绕组|每相串联匝数: 840 定子绕组|节距: 27 堵转电流/额定电流: 6.0 堵转转距/额定转距: 2.2 最大转距/额定转距: 2.4 17 第第 6 章章 传动选择传动选择 6.1 传动情况分析传动情况分析 齿轮传动如图 6-1 是机械传动中应用最广泛的一种传动形式。其主要特点 是：瞬时传动比恒定；传动效率高，可到达 98%99%；工作可靠、使用寿命长； 结构紧凑；适用范围大，传递功率可以从 1W 到数万 KW，圆周速度可以从很 小到 300m/s；但是齿轮加工需要专门的机床和刀具，成本高；精度低时噪音大； 不宜用于轴间距离过大的传动。 齿轮的传动类型很多，以适应对传动的不同要求。渐开线齿轮应用最广， 圆弧齿轮传动用于重型机械传动中。 按齿轮传动的工作条件不同，可分为开式、半开式和闭式传动。闭式传动 的齿轮、轴及轴承等均安装在封闭的箱体内，安装精度高、能保证良好的润滑 条件，应用最广。开式传动的齿轮完全外露，不能防尘，只能周期润滑，仅用 于低速和对传动要求不高的场合。半开式齿轮传动，大多数是齿轮侵入油池内， 外装护罩，但不完全封闭，防尘性较差。 图 6-1 齿轮传动 18 链传动应用广泛，按用途不同可分为传动链、起重链和曳引链三种。传动 链一般在机械中用来传递动力和运动；起重链在起重机械中用来提升重物；曳 引链在运输机械中用来输送物料或机件等。本文只关心传动链就可以了。 链传动是啮合传动，链轮轮齿有特定的图形（与齿轮不同，是非共轭齿廓） ， 可以保证链节和链轮正常的啮合-，既可以保证平均传动比为定值，又可象带 传动那样有中间挠性链实现中心距较大的传动，压轴力还不大；而且工作时为 多齿同时啮合，可传递较大的功率；传动效率高，一般可达 0.960.97；经济可 靠。主要缺点是瞬时链速和瞬时传动比不是常数，传动中有一定动载荷和冲击， 噪声较大，不能用于高速。因此，链传动常用于两轴中心距离较大、要求平均 传动比不变但对瞬时传动比要求不严格的两轴或多轴传动，它还能在低速、重 载、工作环境恶劣和较为高温的情况下较好的工作，目前常用于功率在 100KW 以内、链速在 1215 每秒以内、传动比在 8 以内的农业机械、轻化工机械、机 床、起重运输机械、车辆和采矿机械的传动中。如图 6-2 所示。 图 6-2 链传动 带传动如图 6-3 按传动原理不同可分为摩擦型带传动和啮合型带传动。摩 擦型带传动是靠带与带轮之间的摩擦力传递动力和运动；啮合型带传动（同步 带传动）是靠带齿与轮齿的啮合传递运动和动力。 摩擦型带传动主要特点如下： （1） 传动带具有弹性和挠性，可吸收振动并且缓和冲击，从而使传动平 稳、噪声小。 （2） 当过载时，传动带与带轮之间可发生相对滑动而不损伤其它零件， 起过载保护作用。 （3） 适合于主、从动轴间中心距较大的传动。 （4） 由于有弹性滑动存在，故不能保证准确的传动比，传动效率较低。 （5） 张紧力会产生较大的压轴力，使轴和轴承受力较大，传动带寿命降 低。 19 （6） 摩擦容易产生静电火花，不适于高温、易燃、易爆等场合。 与摩擦型带传动相比，同步带传动图 6-4 兼有带传动和齿轮传动的一些特 点。具有传动比准确、效率高、传动平稳、噪音低、使用寿命长、中心距允许 范围大、轴上压力小、能承受一定冲击、不需润滑、较其他类型带传动结构紧 凑等优点。同步带传动的速度最大可到八十米每秒，单级传动比可达 10，传动 效率可达 0.980.99，传动功率可到几百千瓦。现在已广泛用于各种仪器、计算 机、汽车、纺织机构、粮食机械、机床、石油机械等机械传动中。 图 6-3 摩擦型带传动 图 6-4 同步带 6.2 传动方式的选择传动方式的选择 电机对驱动轴的传动在下肢康复机器人的运行环境下的要求是主、从动轴 间中心距较大、传动平稳、噪声小、有过载保护吸收振动并且缓和冲击。通过 以上的分析，选择带传动。电机对转向轴的传动在下肢康复机器人的运行环境 下的要是是瞬时传动比恒定；传动效率高，可到达 98%99%；工作可靠、使用 寿命长；结构紧凑；适用范围大，中心距较小。通过分析和比较，选择齿轮传 动。如图 6-5 所示。 20 图 6-5 传动示意图 21 第第 7 章章 扶手的方案设计扶手的方案设计 7.1 扶手机构设计方案分析扶手机构设计方案分析 康复训练机器人的扶手结构设计主要涉及以下几个方面： （1）高度可否调节：分为固定式、高度可调式； （2）承重部位：分为手持框架式、推车式、腋窝支持式、环绕面板式； （3）保护方式：全方位环绕保护、单边保护、前身保护； （4）是否折叠：分为固定式、折叠式。 考虑到想要进行下肢康复锻炼的患者的行动能力一般不强，或者可以说是 非常的差。因此要为他们找一个参照的对象。我们知道，婴儿在刚刚生下来的 时候的行动能力也是非常的差，要通过一段时间的学习才能自如的行走。可见 进行下肢康复锻炼的患者和婴儿是有相似性的。参考婴儿学步车的保护设计， 能对设计有所帮助。如图 7-1。 图 7-1 婴儿学步车 22 7.2 扶手机构设计扶手机构设计 进行下肢康复锻炼的患者和婴儿有共同的地方就是需要比较全面的保护， 因此保护方式选择全方向的保护。扶手的高度选择在一点五米，为了支撑的可 靠和舒适，支撑方式选择环绕面板式。面板是固定的，不可以折叠。扶手设计 如图 7-2 所示。 图 7-2 扶手三维效果图 23 结结 论论 设计的主要成果是进行了全方向下肢康复训练机器人总体方案设计、机械 结构的设计。 毕业设计是本科学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的机会，通过 这次下肢康复辅助机构的设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设 计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际工程问题的能力， 同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能 力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都 使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力及耐力 也都得到了不同程度的提升。 在设计过程中人机结合的设计让我很头痛，原因是由于受到设计要求本身 的框定，而又必须考虑本康复人员在使用中的舒适，从而形成了一些矛盾点， 这些矛盾在处理上让人很难斟酌，正是基于这种考虑我意识到：要向更完美的 进行一次设计，与老师的交流沟通是很有必要的，这其中也包括更好的理解设 计者和使用者的各种要求。 做毕业设计对我的提高是有限的但提高也是全面的，正是这一次设计让我 积累了无数实际经验，使我的头脑更好的被知识武装了起来，也必然会让我在 未来的工作学习中表现出更高的应变能力，更强的沟通力和理解力。 24 参考文献参考文献 1高子卉.人口老龄化背景下的日本护理保险制度研究.长春：吉林大学，2009. 2肖游.中国人口老龄化发展趋势预测研究报告.中国妇运，2007，(2)15-18. 3陈仲武.我国现代康复医学事业的发展历程.中国康复理论与实践，2001,