多功能护理轮椅

摘要 随着现在社会的快速发展，多功能护理轮椅越来越多地出现在我们的身边，现在大多数多功能护理轮椅被应用于医疗领域，就像霍金的轮椅一样，帮助他精确的完成他力不能及的事情，包括帮他说话。现在社会中出现的各种多功能护理轮椅，其研究遍及许多领域，康复医药，生物力学，机械力学，机械学，电子学，材料科学，计算机科学和机器人技术等，已成为国际领域研究热门的机器人。目前，多功能护理轮椅已经广泛地应用到我国的康复护理、假肢护理和康复治疗等其他方面，这不光促进了我国康复医学的发展,也带动了关于这方面研究领域的新技术和新理论的发展。 现在，患者因各种原因导致身体残疾的在人工护理上需要花费大量的人力物力，现阶段我国人口老龄化加剧和越来越快的生活节奏，我们希望设计一款可以代替人工的，完善的多功能护理轮椅，既能帮助病人得到系统的恢复也能帮助国家节省人力资源。这就是我们设计这款轮椅的初衷。 本文分析的主要问题是通过研究对肢体运动多功能护理轮椅的设计，本文的主要设计和研究重点是多功能护理轮椅的第一部分的六自由度平台的建模和设计。通过六自由度平台的控制，使坐在椅子上的人得到相应的运动，从而达到放松肌肉防止肌肉萎缩的效果。通过控制丝杠的前后摆动来实现人腿的运动，使患者的腿部的肌肉得到运动和放松，从而防止肌肉萎缩。设计完成之后首先三维建模在SolidWorks软件中实现，根据人体工程学，建立一套符合人体比例的三维模型。通过在网上和书上收集的关于六自由度平台的相关资料信息分析，我们觉得采用电液控制的模设计最为合适，设计采用液压回路可以实现一个复杂的运动。用adams软件仿真期间，仿真的重点集中在六自由度平台上面，对于多自由度机器人的仿真，通过液压缸的反向，计算的轨迹的模拟，然后通过寻找每个液压缸的正负载的移动轨迹，以完成模拟。现阶段的中国多功护理轮椅的应用与发展有十分广泛前景，所以我们需要进一步的完善和加强多功能护理轮椅的设计，为国出力。关键词：护理轮椅、并联机器人、六自由度平台、adams仿真AbstractWith

the

rapid

development

of

today's

society,

multi-functional

nursing

wheelchairs

are

more

and

more

around

us.

Now

most

multi-functional

nursing

wheelchairs

are

used

in

the

medical

field,

just

like

hawking's

wheelchair,

to

help

him

do

precisely

what

he

cannot

do,

including

speaking

for

him.

Now

the

emergence

of

a

variety

of

multi-functional

nursing

wheelchairs

in

society,

its

research

covers

many

fields,

rehabilitation

medicine,

biomechanics,

mechanical

mechanics,

mechanics,

electronics,

materials

science,

computer

science

and

robotics,

etc.,

has

become

a

hot

field

of

international

research

robot.

At

present,

multifunctional

nursing

wheelchairs

have

been

widely

used

in

rehabilitation

nursing,

prosthesis

nursing

and

rehabilitation

treatment

in

China,

which

not

only

promotes

the

development

of

rehabilitation

medicine

in

China,

but

also

promotes

the

development

of

new

technologies

and

new

theories

in

this

field.

Now,

patients

with

physical

disabilities

caused

by

various

reasons

in

the

human

care

need

to

spend

a

lot

of

manpower

material

resources,

the

present

stage

our

country

population

ages

and

the

increasingly

rapid

pace

of

life,

we

hope

to

design

a

can

take

the

place

of

artificial,

complete

multi-function

nursing

wheelchair,

can

help

the

patient

recovered

system

can

also

help

countries

to

save

human

resources.

That's

why

we

designed

this

wheelchair.

The

main

problem

analyzed

in

this

paper

is

to

study

the

design

of

the

multi-functional

nursing

wheelchair

with

limb

movement.

The

main

design

and

research

focus

of

this

paper

is

the

modeling

and

design

of

the

6-dof

platform

in

the

first

part

of

the

multi-functional

nursing

wheelchair.

Through

the

control

of

the

six

degrees

of

freedom

platform,

the

person

sitting

on

the

chair

can

get

the

corresponding

movement,

so

as

to

achieve

the

effect

of

relaxing

muscles

to

prevent

muscle

atrophy.

Through

the

control

of

the

screw

back

and

forth

swing

to

achieve

the

movement

of

the

human

leg,

so

that

the

patient's

leg

muscle

movement

and

relax,

so

as

to

prevent

muscle

atrophy.

After

the

design

is

completed,

the

3d

modeling

is

firstly

realized

in

SolidWorks

software.

According

to

ergonomics,

a

set

of

3d

matching

the

scale

of

human

body

is

establishedKeywords:Metal3Dprinting；Sprocketwear；CATIACAAsecondarydevelopment；Alloypowder；TheNCmachining目录摘要 Ⅰ目录 Ⅳ1绪论 61.1多功能护理轮椅的简介 61.2多功能护理轮椅的研究现状 61.2.1多功能护理轮椅的发展 71.2.2国内外多功能护理轮椅的现状 71.3功能护理轮椅的设计及其意义 71.5本章小结 82多功能护理轮椅的执行机构设计 92.1多功能护理轮椅的服务对象研究 92.1.1多功能护理轮椅的需求调查 92.1.2多功能护理轮椅适用对象的调查 92.2多功能护理轮椅的整体设计及其原理 102.3护理椅的六自由度平台的设计 102.3.1六自由度平台的简介 102.3.2液压六自由度平台的结构设计 102.4前肢运动的设计 122.5脚腕部分的设计 142.6本章小结 143护理轮椅控制机构的设计 153.1六自由度平台的控制方案 153.1.1液压六自由度平台的控制原理 153.1.2主要参数元件的设计及选择 163.1.3六自由度液压油箱的设计及其计算 183.2本章小结 204多功能康复椅的Adams仿真分析 224.1虚拟样机与Adams仿真分析简介 234.2建立基于弧长优化的路径规划方法 错误!未定义书签。4.2.1 错误!未定义书签。4.2.2 错误!未定义书签。4.3robotmaster机器人编程软件介绍 错误!未定义书签。4.4使用robotmaster软件编程 264.5.1打印后的表面形貌分析 错误!未定义书签。4.5.2打印后的金相组织分析 274.5.3硬度测试及分析 错误!未定义书签。4.5.4耐磨性测试及分析 错误!未定义书签。4.5本章小结 错误!未定义书签。5机器人曲面抛光仿真 错误!未定义书签。5.1曲面抛光仿真软件设置 错误!未定义书签。5.2轨迹规划与仿真分析 错误!未定义书签。5.3链轮检具设计及检测 错误!未定义书签。5.4链轮链窝数控铣削加工 错误!未定义书签。5.4.1链窝铣削加工工艺要点 错误!未定义书签。5.4.2选择加工刀具 错误!未定义书签。5.4.3确定铣削量参数 错误!未定义书签。5.4.4CATIAV5的CAM功能介绍 错误!未定义书签。5.4.5链窝加工轨迹的生成及数控加工 错误!未定义书签。5.5本章小结 错误!未定义书签。6结论与展望 错误!未定义书签。6.1结论 错误!未定义书签。6.2展望 错误!未定义书签。参考文献 29致谢 691绪论1.1多功能护理轮椅的简介多功能护理轮椅包含了工业机器人和医疗辅助机器人，既可以说是它们的结合，也可以说是它们的融合。1980年是研究和探索的初级阶段，在世界处于领先地位轮椅的多功能机器人方面的研究是在美国，英国和加拿大。1990年前全球的56个研究设计制造技术中心主要分布在5个工业发展区内：英联邦、北美、欧洲大陆、斯堪的纳维亚半岛和加拿大及日本。1990年后多功能护理轮椅的研究和探索迎来了全面发展时期。现在,多功能护理轮椅的研究方向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方面。多功能护理轮椅的主要作用体现在两个方面，第一就是帮助由于疾病造成的瘫痪，或者是因意外伤害造成的运动障碍的人提高运动能力，这部分作用的机器设备称作康复训练机器人；第二就是辅助肢体运动，帮助一些行动不便的老人完成某个肢体运动，从而达到康复作用。多功能护理轮椅是由计算机进行精确的控制，并配有相应的传感器和安全系统，可以根据被护理人的实际情况调节参数，从而实现最佳的锻炼效果。随着社会的发展，医疗辅助机器人日益出现在我们的视线里，现在应用在医疗领域，最为大家熟知的是使用的机器人来进行精密手术的控制。现在出现各种各样的多功能护理轮椅，它的研究贯穿了康复医学、生物力学、机械学、机械力学、电子学、材料学、计算机科学以及机器人学等诸多领域，已经成为了国际机器人领域的一个研究热点。目前，多功能护理轮椅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。 现在由于各种原因造成肢体的残疾的患者在人工辅助运动的时候需要耗费很大的人力，在现在日益老龄化和快节奏的生活里，很难对需要帮助的人一个完善系统的康复训练，所以希望设计一款代替人工的康复椅，给予需要帮助的人一个系统的恢复。 多功能护理轮椅现在主要的成果有以下几个方向：手部多功能护理轮椅，手臂康复机器人，下肢多功能护理轮椅，及其行走机器人。但这些都比较单一，不能实现整体的联动。此多功能护理轮椅更加人性化设计，通过对人体的生物运动机能和传感器技术相结合，实现主动调节和人肢体的运动，做到更加的精确，使效果更加明显。多功能护理轮椅技术的发展取决于提高患者的康复质量，减少患者的痛苦，减轻社会的负担具有重大的意义。由于各种原因造成运动障碍的患者越来越多，而且中国的老人也日益增多，人们对康复机械的需求越来越多，需求的形式也越来越多，针对不同的人会出现不同的康复机械，其发展的方向更加的人性化，更加的专业化。在西方的国家，康复机械发展的很全面，很高端，我国的康复机械还会在起步阶段需要更多的投入和更加专业的人开发。中国在康复机械这个方面未来会有更广的发展前景，也会带动国民经济的发展。1.2多功能护理轮椅的研究现状1.2.1多功能护理轮椅的发展20世纪80年代是研究和探索多功能护理轮椅的起步阶段,在多功能护理轮椅方面的研究处于世界的领先地位是美国，英国和加拿大。1990年前全世界的50多个研究制造中心分布在5个工业区内：英联邦、北美、欧洲大陆、斯堪的纳维亚半岛和加拿大及日本。1990年后兴起了研究和探索多功能护理轮椅的热潮。现在，多功能护理轮椅的研究方向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方面。现在世界上最新的多功能护理轮椅机器人是Handy1，新一代的Handy1多功能护理轮椅结合现代思维，不仅价格低廉，而且也是最成功的多功能护理轮椅系统之一。目前有很多患者都在使用它，认为Handy1多功能护理轮椅物美价廉。根据现在机器人发展的三种结构：第一种结构是彻底结构化的控制平台，将机械手安装在固定的操控平台上，完成在固定工作空间内的操作；第二种构是将机械手安装在多功能护理轮椅上，但是这导致了机械手的刚性下降，致使抓取的精度不够。第三种结构是将机械手安装在自动或半自动车辆上，通过传感器控制，完成复杂的运动和完成辅助的任务。1.2.2国内外多功能护理轮椅的现状国外的机器人做的最具代表的是上文提到的Handy1多功能护理轮椅，它是目前世界上最成功的一种低价、市售的多功能护理轮椅系统。Handy1多功能护理轮椅机器人由5自由度机器人手臂和新型控制器组成，设计者给Handy1多功能护理轮椅机器人设计了很强的通话能力，这样就可以在操作过程中为护理人员及用户提供有用的信息，所提供的信息可以是简单的操作指令或者是有益的指示。这种装置可以大大提高Handyl多功能护理轮椅机器人方便用户的能力，而且有助于突破语言上的障碍。 国内针对多功能护理轮椅的研究方向大多数都在假肢上，但是还是有一小部分的科研机构在从事多功能护理轮椅研究，设计出了帮助下肢康复训练的机器人和其他有关康复机器人的国家专利。清华大学、上海交通大学、复旦大学、哈尔滨工业大学等的在这方面研究较前端。现阶段我国各大医院相对比较精密的医疗设备大多数都是从国外进口的，成本较高。所以随着我国科学技术的不断发展，多功能护理轮椅技术研究的深入，我觉得我们的设备国产化具有必然性及可行性，要成为中国创造。1.3功能护理轮椅的设计及其意义主要是针对于那些不能自主运动的人来进行设计的，设计出通过轮椅的运动从而带动患者运动的多功能护理轮椅。对于缺乏运动的人来说，康复护理主要是以活动和放松肌肉为主要的目的，多功能护理轮椅的运动设计是模拟人在运动过程中肌肉的活动规律，从而锻炼肌肉，防止肌肉的萎缩。同时，研究人的腰背部的运动，通过控制元件，带动坐在机器上的人的运动。将患者固定在多功能护理轮椅上，通过控制六自由度平台的运动，被动的使患者得到运动，这样就减少了患者不能得到锻炼的痛苦，从而活动肌肉达到放松肌肉的效果，这样就可以减少护工的工作强度，从而节省人力资源通。控制丝杠的摆动，来控制腿部的运动，从而使腿部肌肉得到运动，通过控制脚踏板的摆动，实现脚腕的运动。 设计多功能护理轮椅的初衷就是为了能够使不能自主运动的人能够更加方便的得到康护治疗，更加轻松的达到运动的目的，使肌肉得到放松。对患者的康复训练起到辅助作用。从另一方面来看，对于多功能护理轮椅的研究和设计在对以后研究这一方面打下了一个坚实的基础，有很多的研究成果都是可以直接被后续的工作所应用的。多功能护理轮椅既可以减少工作护理人员的负担从而节省人力资源，同时还可以使患者更加方便的得到运动从而使肌肉放松防止肌肉萎缩。1.5本章小结本章研究主要进行阐述了多功能护理轮椅的背景和国内外的发展与进步。然后是它的设计初衷和工作原理。最后，自我保健和多功能轮椅相关的课程，一边学习上的六个自由度平台的控制平台控制如何更深入地了解设计的下一个更深入的了解，并做充足的准备知识。2多功能护理轮椅的执行机构设计2.1多功能护理轮椅的服务对象研究2.1.1多功能护理轮椅的需求调查 根据第六次人口普查的报告显示，全国60岁以上的老年人口总数已达到1.45亿，约占人口总数的14.3%，我国已然成为了老年社会。根据第二次全国残疾人抽样调查，目前，我国各类残疾人总数为8296万人，残疾人占全国总人口的比例为6.34%，肢体残疾人2412万人，占29.07%。随着现阶段中国的不断发展，这一数字会不断的上升，与之相对应的是，社会上的康复设施资源比较少，下肢残疾人由于各种原因引起的相应增加数量，康复设施较少的资源在社会中，有很多的患者更难获得适当的治疗。替代人力的康复研究方法可以逐渐走进了我们的视野，所以多功能护理轮椅的设计问题尤为重要，目前我国市场上的机器人主要是通过辅助教学训练的机器人，让患者自己能够发展逐渐的恢复运动控制能力，缺少治疗性或者是缺少预防性机器人。对于那些下肢运动不便的患者，机器人的训练辅助器材很难发挥作用，所以我们设计的机器人是针对下肢得不到运动的人，所以任务紧，需求量比较大，同时也具有十分重要的实用价值。2.1.2多功能护理轮椅适用对象的调查多功能护理轮椅主要是通过针对研究轮椅运动从而带动患者运动的虚拟样机的设计，主要研究针对一个特定的人群，一是长期卧床的病人，二是腿部受到较严重的伤害，三是行动不便的老人。所以就需要一个平台将患者固定在上面，然后通过控制平台的运动实现康复运动，其中康复运动包括腿部的抬升运动，这个运动是不负压力的运动，也就是说这个运动不是简单的康复训练机器人，而是一个恢复肌肉功能的运动，主要是让长期无法运动的肌肉得到运动，避免肌肉的萎缩。同时，多功能护理轮椅还可以带动腰背部的运动，使腰背部得到运动，从而放松肌肉防止肌肉萎缩。这主要研究通过系统设计患者固定的椅面的运动，根据不同患者的身体素质能力，和人体工学以及中国医学的要求，合理规划设计运动，从而对肌肉的机能进行数据恢复，防止器官萎缩。还有额外的功能是脚踝的运动，这部分随着腿的运动，可以适当调整，并设计合理的余量，调整踏板的运动范围。2.2多功能护理轮椅的整体设计及其原理图2-1康复机械椅的简图多功能护理轮椅分为三个部分，第一部分是椅面，包括六自由度平台，这是多功能护理轮椅的核心部分，也是设计仿真的主要部分。第二部分是前肢的腿部运动的部分，这部分主要是电机带动丝杠的运动，实现前肢的摆动辅助运动。第三部分是脚腕部分的运动主要是电机带动皮带轮的运动，从而带动脚踏板的运动。这个平台主要部分是控制方面，在solidworks中无法体现出，因此只能应用到adams进行仿真，对于液压仿真方面，会在下文中进行详细的介绍。2.3护理椅的六自由度平台的设计2.3.1六自由度平台的简介自由度运动平台由六个致动器，在每个六个联和由两个平台的上部和下部铰链，该平台是由致动器的6个伸缩运动，的在六完成的装置固定在基础上自由度运动平台空间（X，Y，Z，α，β，γ），它可以模拟各种空间运动的手势。可广泛应用到各种能力训练模拟器以及动感电影、娱乐设施设备等地方。在加工行业可制成六轴联动机床，灵巧机器人等。设计六个自由度运动平台，涉及一系列机械，液压，电气，控制，计算机，传感器，空间运动的数学模型，实时信号传输处理，图形，动态模拟，因此开发高科技领域，为高等院校因此六自由度运动，科研院所，其中液压和电平控制的标志性符号。六自由度运动发展平台是传动及控制信息技术研究领域的王者产品，掌握了它，在传动和控制管理领域已经基本上就没有了难题。2.3.2液压六自由度平台的结构设计液压六自由度运动平台体结构包括上和下平台，系统变量极，上连杆，下平台和桅杆铰链元件变量，力感测元件，感测元件的位移等。下平台为固定的平台，上平台是可动的平台，采用六根变长机构进行驱动，驱动部分为两个液压缸，通过分析液压技术控制管理系统，控制杆的收缩，从而可以控制信息平台的运动。根据该信息，与DC所使用的位移检测元件差动变压器式位移传感器位移传感器。它把振荡器、相敏解调器与差动变压器进行封装在一起，只需通过提供社会稳定的直流电源，就能获得与位移量成线性相关关系的直流工作电压信号输出。铰链元件采用万向节铰链设计，因此，上下有旋转自由度，液压缸膨胀有运动自由度，缺少旋转自由度的液压缸与液压活塞杆相对旋转，上下铰链元件分布的上下平台半径r=300mm，液压缸一次行程为a=125mm，上下平台初始位置高度为600mm。图2-2液压缸的简易视图在solidworks中建模，其中包括液压缸的采用连个轴心重合的连杆机构代替，铰接出画出自己一个球铰，以此来提高完成铰接。上平板与下平板的距离l=500mm，上平板与下平板的半径为300mm。球铰均匀的分布在平板上，上平板与下平板的球铰错开放置。如下图：图2-3六自由度平台的示意图2.4前肢运动的设计在solidworks中建模设计前肢的连接方式如下图所示：图2-4前肢驱动的设计图 其中，所述支架设计前肢摆动角度α=60，其中，从所述球窝接头的顶部支架前肢为150mm。设置最初始的位置是支架垂直地面的问题时候，这一次丝杠处于初始位置，当托架处于最大摆动角的位置时，主轴螺母的向前运动的距离=150毫米秒。图2-5前肢运动的设计运动计算 其中丝杠通过联轴器与电机直接相连，丝杠一段固定，另一端随着前肢的运动而摆动，可以同时通过不断调整连杆的位置信息调整自己最大的摆角，以及丝杠的导程来调整前肢的摆动角度。在使用滚珠螺杆，滚珠螺杆由螺杆，螺母和滚珠组成这个设计过程。它的功能是将旋转进行运动能力转化成直线管理运动，滚珠丝杠的特点：第一是通过高精度的保证，第二是微进给系统可能，滚珠丝杠副由于是我们利用滚珠运动,所以需要启动力矩极小,不会导致出现这种滑动运动方式那样的爬行现象,能保证企业实现更加精确的微进给，第三是无侧隙、刚性高，滚珠丝杠副可以加予压,由于予压力作用可使轴向间隙是否达到负值,进而能够得到具有较高的刚性(滚珠丝杠内通过给滚珠加予压力,在实际数据用于农业机械设备装置等时,由于滚珠的斥力可使丝母部的刚性需求增强)。电机的选择：因为伺服马达是由输入转子速度控制输入端，和快速响应，自动控制系统，作为致动器，并且具有小的机电时间常数，高线性度，启动电压等特性选择伺服马达，可以转换从电机轴的角位移或角速度输出接收的信号。 图2-6松下伺服电机的类型根据我们计算出的需要的扭矩，选择更为合适的电机为MADHT1107NA1型号，其额定功率为100w。通过以上的选择可以使控制更加准确，因此前肢的运动更加准确，保证患者的安全。2.5脚腕部分的设计在solidworks中建模脚腕部分的设计即如下图：图2-7脚腕部分示意图 脚腕部是由带轮1由伺服马达旋转通过皮带驱动带动踏板的带轮2被驱动，带轮2与脚踏板的轴通过键连接，从而带动脚踏板摆动，使患者脚腕得到活动。在设计中，选择皮带轮是因为允许打滑，在一定影响程度上起到保护脚腕的作用，在过载或者其他原因造成脚踏板运动畸形时，可以有效保护患者的脚部。电机的选择，因为其是用于转矩相对小的部分可以使用50W的电机，按照该图型选择松下伺服电机MADHT1105NA1电机。其额定的功率为50w。脚踏板可以折叠起来同前支驱动支架一同向侧方展开。2.6本章小结本章主要介绍了多功能康复椅的设计原则，其中包括结构采用的执行元件，以及部分零件的设计原则，这为以后的仿真奠定基础。在以上的介绍中，可知其中六自由度平台的仿真时康复椅的重点，这包括了椅面的运动轨迹，以及各个液压缸的相对运动长度。还介绍了其他两个部分的控制方式，前肢主要是通过滚珠丝杠来实现，由旋转运动变为直线运动。脚腕主要是通过电机带动带轮，从而控制其运动。3护理轮椅控制机构的设计3.1六自由度平台的控制方案3.1.1液压六自由度平台的控制原理主要由液压技术控制管理系统1、动力系统，2、机架，3控制及监控信息系统等主要几个部分组成。这个液压控制系统有一个模拟驱动系统也就是由六套液压作动筒驱动，让它有6个独立的控制和动力泵系统。控制及监控管理系统研究主要使用功能是在子系统内修正液压作动筒活塞行程与指令的偏差，给定的质量中心的空间姿态按表计算出的目标控制参数；该系统的动态泵站为一个模拟控制和监视系统的控制下，驱动系统供电的电源，主要为机架安装测试设备，它受6套液压作动筒控制，在液压作动筒的驱动下实现六自由度运动。图3-1系统组成结构动力系统，我们考虑到液压伺服系统结构简单，体积小，驱动力大，控制精度高，速度快等优点，所以选用液压伺服系统通过液压控制作动力系统。液压泵是动力进行系统的核心部件，主要作用是给系统运行提供压力油，是整个系统的心脏，同时可以兼具内部控制调解服务功能，它主要由通过各种控制阀、恒压变量泵、电机、蓄能器、冷却装置和油箱等重要组成，结构设计方面我们采用块式集成布置方式，将油路直接做在辅助连接件上或液压阀的阀体上，借助连接件及其油路孔道实现液压控制阀及其它元件和管路的集成电路连接和油路连接，具有管件少、结构更加紧凑、组装方便、外观整齐美观、油路通路短，不易发生泄漏、维修人员方便等优点。3-2液压系统原理图

液压系统的工作原理是：控制和监控系统分别发出与六个模拟驱动系统的伺服阀对应的六组信号。

与各自传感器的反馈信号进行比较后，通过伺服放大器放大差值，驱动相应的伺服阀产生相应的压力流量（液压放大）。该系统使用由单个缸杆作为动力机构，由计算机，独立和关节运动平台体6个自由度的由软件解耦计算控制的分布式计算机控制，电动液压伺服阀。3-4六自由度平台的控制电气-液压框图3.1.2主要参数元件的设计及选择1）液压缸的选择：液压缸输出力，则考虑到节约成本，我们决定选用一个比较标准系列的液压缸活塞缸，活塞杆的直径为

40mm，既可满足系统性能发展要求，又可保证动力最大的推力：F=π×5.12×200=20kN最大拉力为：8.5kN3-4液压缸的二维示意图2)液压泵的流量计算及液压泵的选型:设计条件:按系统六缸同时动作时,其平均速度vp,按20mm/s进行计算，故所需泵的流量为:qΣ=6A*Vpj=6×π/4×64×0.2×60=36L/min液压泵的选择原则：液压泵的选择主要考虑的是要满足系统的工作要求。3.1.3六自由度液压油箱的设计及其计算3-5液压油箱的示意图1、设计油箱的注意事项

油箱设计时，油箱必须有足够的容量，保证系统工作时不会差油能保持一定的液位；工作时会使油箱发热，所以我们在设计管路相对较长的系统时，还应考虑检修时能容纳回油箱自由流动的容量；当油箱容积不能增大但不能满足散热要求时，需要给它安装冷却器给它降温。2、油箱的结构设计结构式压力油箱，一般是通过焊接工艺得来的，

该类结构的液压油箱制造工艺较差，所以不同型号的液压油箱必须自行使用一套专用压模。但是我们液压系统油箱完全能够不用压形模，而是通过利用折边机折边成形，折叠成U形横截，因为这样端口和中间分隔板较焊接。这种液压油箱下料精度要求不高，对原材料适应力强，折边部位可随意调整，不用模具，大大节省了成本费用，缩短了制造时间。这种结构的液压油箱，我们已经在近几年被广泛应用于工程机械，建筑机械等移动机械。3、油箱的容量设计油箱容量主要先考虑油箱的大小和空气容量。

油容量是指当油箱内的油最多时，油的体积高于最高液面等于流体容量划出10％至15％的空气容量。１）验算固定设备用油的油液容量应该大于液压泵流量的３～５倍，行走设备应该为0.5～1.5倍的泵流量。即Ｖ＝１．２～１．２５（０．２～０．３３×Ｑ＋ＥＺ）如果我们在油箱上加装一个冷却器，则我们就可以适当减小油箱的容量了。既可以节省材料，又可以减轻重量。２）根据热平衡条件验算（１）每单位时间的已知的总热H1（J

/

h）上的系统;（２）单位时间内冷却器的散热量（如果有的话）Ｈ２＝Ｑａ·ρｋ·Ｃｐ·Δｔ（J/h）；（３）单位时间内液压系统本身由于温升所吸收的热量Ｈ３＝（ｃ１ｍ１＋ｃ２ｍ２）ΔＴ（J/h）（４）单位时间内油箱的散热量Ｈ４＝ＫＡΔＴ（Ｊ/ｈ）（５）计算出Ｈ４是否稍大于Ｈ１－Ｈ２－Ｈ３，如果计算出的结果相差很大，①我们可以重新确定油箱的容量，②我们可以考虑增大或者减小冷却系统，达到合适就可以了。我们还要验算出多功能护理轮椅液压缸全部伸出的状态下，油箱的油位不允许低于最低油位；液压缸全部缩回来时，油箱的油位不允许高于最高油位。3.2驱动前肢的丝杠部分的控制方案3-6滚珠丝杠的装配图这部分的控制主要是控制伺服电机的运转，从而使丝杠运动，带动连杆的运动。控制伺服电机运转的方式有三种：速度，转矩，位置；

可根据自己的需要选择合理的控制模式。滚珠丝杠的导程设计原则为VL≥max，根据Adams的仿真结论设计滚珠丝杠的导程为Nmax=5mm。滚珠丝杠的参数如下所示：3-7滚珠丝杠的参数联轴器选择弹性套销联接LT-Y-14，其注销利用一弹性套筒端部套筒（橡胶材料），联接半部安装在所述孔的凸缘边缘，以实现半联轴器联接。其具有一个良好的补偿进行轴向，径向和角向轴线方向偏移技术性能，减振性能好，结构设计简单，工作进行时平稳安全可靠，无噪音，不用润滑，维护管理方便，装拆简单，工艺性能好，成本低，通用性良好。3.2本章小结本章介绍了六个自由度的控制平台，这使得对模拟的下一部分准备的，自由平台的六个自由度运动平台的更深入的了解的六度可以设计成各种形式的需要必要的，给予各种形式的运动，从而奠定了后来的康复培训的基础。六自由度平台主要是通过采用液压控制，因为液压控制管理更加需要精确，没有噪音，精度要求更高，更加可以节省能量。在前肢的控制部，所述主伺服控制系统被应用于，伺服控制系统的好处是给定的电压脉冲信号，马达旋转控制，可实现任意控制。4多功护理轮椅的Adams仿真分析4.1虚拟样机与Adams仿真分析简介机械管理系统的虚拟样机技术(Virtual

Prototyping)即机械设计系统研究动态仿真数据技术是一项伴随计算机信息技术企业发展结合起来的新技术。

借助该技术，可以在计算机上建立机械系统模型，辅以三维可视化处理，模拟系统在真实环境中的运动学和动力学特性，并根据仿真结果对系统的设计进行细化和优化。这可以提前产品性能，缩短产品开发时间预测，节省开发成本。4-1adams仿真软件On

ADAMS

(Automatic

Dynamic

Mechanical

Analysis

System)

originally

developed

by

the

United

States

company

MDI

(mechanical

DynamicsInc.开发，是最著名的虚拟样机分析软件。和其它

CAD

、CAE

软件比,ADAMS

具有发展十分需要强大的运动学和力学研究分析系统功能。和机器人喷漆设备可以使用这些函数运动由ADAMS分析提供，并可以快速且容易地可视化获得的结果。4.2多功能护理轮椅六自由度平台Adams软件中建模的过程4.2.1adams软件建模此次的毕业设计采用了SolidWord软件来进行实体建模。先在SolidWord软件中建立六自由度平台的模型，然后再将模型保存为“x-t”格式，然后再到Adams软件中打开。得到如下图所示：

4-2六自由度平台的示意图4.2.2模型约束和驱动的添加 图4-3约束添加完成图Joint：Fixed固接符号：在导入模型之后我们首先用一个Joint：Fixed将下板固接至Ground上面，作为整个机构的机架功能使用。图4-4固定副示意图移动副需要限制5个空间的自由度，所以只需保留1个直线的自由度。六自由度平证两者相互滑动。图4-5移动副的添加完成示意图SphericalJoint：球铰4-6球铰示意图为机构添加完所有约束之后，我们利用Adams/View的检测功能对整个机构进行分析，得出相应结论：六自由度平台机构只有6个自由度，是正确的。机构实现运动的相应条件是其自由度数目与原动件数目相等。根据我们上面的计算，我

们对其添加驱动。图4-7校验示意图4.3六自由度平台空间位置的计算六自由度平台控制的空间位置和姿态有两种计算方法。（1）反解：已经知道了平台的空间位置和姿态，算出六根液压缸的长度。可以通过空六六根速度以及加速度。六根本文主要是通过反解的方式，计算出六自由度平台的运动规律然后进行分析。4.4反解研究液压平台的运动规律4.4.1由反解加载驱动控制再一个一个求出六个液压缸的运动方式。在adams中，点驱动可以做到这规律包括位移，速度，加速度等，同时各个移动副的运动规律也会被调用出来。面