智能移乘護(hù)理機(jī)器人設(shè)計(jì)含catia三維及CAD圖,智能,護(hù)理,機(jī)器人,設(shè)計(jì),catia,三維,cad 智能移乘護(hù)理機(jī)器人設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：XXX年級(jí)：XXX專業(yè)：XXXXX指導(dǎo)老師：XXX一.設(shè)計(jì)背景二.總體設(shè)計(jì)方案三.機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 四.液壓系統(tǒng)原理設(shè)計(jì)智能移乘護(hù)理機(jī)器人設(shè)計(jì) 摘 要 隨著科學(xué)技術(shù)跨時(shí)代的巨變，加上老齡化人口與日俱增，近幾十年來(lái)，各國(guó)對(duì)老年人和一些肢體有殘疾的人員等一些弱勢(shì)群體有了更多的關(guān)于精神上的關(guān)注。護(hù)理機(jī)器人的面世在給老年人們帶來(lái)了許多便捷和快樂(lè)的同時(shí)也減輕了護(hù)理工的負(fù)擔(dān)。幫助護(hù)理人員對(duì)病人進(jìn)行抱起，移乘，放下等動(dòng)作，以此來(lái)達(dá)到在護(hù)理機(jī)器人的幫助下進(jìn)行轉(zhuǎn)移的目的，以此來(lái)減輕護(hù)理工的工作量。并且隨著人口的老齡化增長(zhǎng)，信息技術(shù)的發(fā)展護(hù)理機(jī)器人在國(guó)內(nèi)外均有著廣闊的發(fā)展前景，市場(chǎng)潛力巨大。因此無(wú)論是亞洲國(guó)家還是歐美國(guó)家都在護(hù)理機(jī)器人的發(fā)展上投入了巨大的資金，各種創(chuàng)新的機(jī)器人相應(yīng)出現(xiàn)在人們的生活中。在本次設(shè)計(jì)中，首先對(duì)該機(jī)器人的功能進(jìn)行了分析，主要是能實(shí)現(xiàn)對(duì)下肢不便或者體弱的人進(jìn)行抱起，移乘，放下的動(dòng)作；然后根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查的實(shí)際情況設(shè)計(jì)主要結(jié)構(gòu)，并且進(jìn)行了三維建模，得到智能移乘護(hù)理機(jī)器人的模型。 關(guān)鍵詞: 智能移乘；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；液壓傳動(dòng)；控制系統(tǒng)； Abstract With the rapid changes in science and technology across the ages and the growing population of the aging population, in recent decades, countries in the world have paid more attention to the spiritual concerns of some vulnerable groups such as the elderly and some physically handicapped persons. The availability of nursing robots has brought many conveniences and happiness to elderly people while also reducing the burden on care workers. The subject of designing intelligent mobile robots is designed for people with inconvenient lower limb movements. The nursing staff is assisted in picking up, moving and lowering the patient to achieve the purpose of transferring with the help of the nursing robot, thereby reducing the workload of the nursing staff. With the aging of the population, the development of information technology nursing robots have broad prospects for development at home and abroad, and the market has great potential. Therefore, both Asian and European and American countries have invested huge funds in the development of nursing robots, and various innovative robots have appeared in people's lives. In this design, first of all, the robot's function was analyzed. It was mainly able to carry out the movements of picking up, transferring, and dropping people with inconvenience or weakness in the lower extremities. Then the main structure was designed according to the actual situation of the market investigation. In addition, a three-dimensional modeling was performed to obtain a model of an intelligent care robot. Key words: Intelligent transfer; structural design; hydraulic transmission; control system; 目 錄 引 言 1 第一章 緒論 4 1.1選題背景，目的和意義 4 1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 4 第二章 總體設(shè)計(jì)方案 7 2.1設(shè)計(jì)要求 7 2.2設(shè)計(jì)方案 7 2.3本章小結(jié) 10 第三章 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11 3.1 伸縮機(jī)構(gòu) 11 3.1.1 受力分析 12 3.1.2液壓缸外部負(fù)載的計(jì)算 13 3.1.3伸縮機(jī)構(gòu)抱起液壓系統(tǒng)原理圖 14 3.2胸部支承 19 3.2.1抱緊液壓缸外部負(fù)載的計(jì)算 19 3.2.2胸部支承抱緊液壓系統(tǒng)原理圖 20 3.2.3抱緊液壓缸的主要參數(shù) 21 3.3驅(qū)動(dòng)裝置 25 3.3.1液壓站的設(shè)計(jì) 25 3.3.3輪轂電機(jī)的選用 31 3.4本章小結(jié) 31 第四章 控制系統(tǒng) 32 4.1硬件概述 32 4.1.1AT89C51單片機(jī) 32 4.1.2壓力傳感器 33 4.1.3角位移傳感器 33 4.2具體設(shè)計(jì) 34 4.2.1液壓控制原理圖設(shè)計(jì) 34 4.2.2程序流程圖 36 4.3本章小結(jié) 37 第五章 總結(jié) 37 參考文獻(xiàn) 38 謝 辭 39 引 言 當(dāng)今社會(huì)飛速發(fā)展，關(guān)于機(jī)器人方面的研究成果也越來(lái)越令人贊嘆不已，已經(jīng)發(fā)展出的機(jī)器人現(xiàn)在基本上已經(jīng)能夠用于社會(huì)的各行各業(yè)，有從最基本的生產(chǎn)行業(yè)到服務(wù)領(lǐng)域，到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域等等。由于近年來(lái)老齡化人口的增多，高齡人口已經(jīng)成為成為國(guó)家不可忽略的一個(gè)問(wèn)題，國(guó)家和社會(huì)把越來(lái)越多的關(guān)注放在了這樣一群需要關(guān)注的人群上面?？蒲屑夹g(shù)的發(fā)展已經(jīng)不再是那些遠(yuǎn)離我們生活的方面，越來(lái)越接近我們當(dāng)代的生活，并且將逐漸融入我們的生活，成為我們生活中的一部分。在逐漸崛起成為經(jīng)濟(jì)大國(guó)的同時(shí)，人們對(duì)生活精神上的要求也逐漸提高，因此對(duì)這些老年群體和行動(dòng)不便的弱勢(shì)群體也越來(lái)越重視了，希望能通過(guò)現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)改善他們的生活，給他們帶來(lái)生活和樂(lè)趣，提高他們對(duì)生活的幸福感。本課題所設(shè)計(jì)的智能移乘護(hù)理機(jī)器人，就可以很好地幫助這些下肢運(yùn)動(dòng)不便的人群進(jìn)行位置的改變。 第一章 緒論 1.1選題背景，目的和意義 在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速的今天，在機(jī)器人方面的研究成果也越來(lái)越令人嘆為觀止，已經(jīng)發(fā)展出的機(jī)器人現(xiàn)在基本上已經(jīng)能夠用于社會(huì)的各行各業(yè)，有從最基本的生產(chǎn)行業(yè)到服務(wù)領(lǐng)域，到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域等等。近年來(lái)老齡化問(wèn)題也越來(lái)越突出，成為國(guó)家不可忽略的一個(gè)問(wèn)題，在最近的幾十年來(lái)，當(dāng)代的中國(guó)已經(jīng)進(jìn)入了老年社會(huì)，并且高齡老人會(huì)越來(lái)越多?？萍嫉娘w速發(fā)展，越來(lái)越接近并且將逐漸滲透我們的生活，很多高技術(shù)的產(chǎn)品逐漸走入大眾的視野之中。在逐漸崛起成為經(jīng)濟(jì)大國(guó)的同時(shí)，人們對(duì)生活精神上的要求也逐漸提高，因此對(duì)這些老年群體和行動(dòng)不便的弱勢(shì)群體也越來(lái)越重視了，希望能通過(guò)現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)改善他們的生活，給他們帶來(lái)生活和樂(lè)趣，提高他們對(duì)生活的幸福感。本課題所設(shè)計(jì)的智能移乘護(hù)理機(jī)器人，就可以很好地幫助這些下肢運(yùn)動(dòng)不便的人群進(jìn)行位置的改變，并且在這個(gè)過(guò)程中始終保持一種輕松的狀態(tài)。 當(dāng)代的年輕人大多數(shù)忙于工作，沒(méi)有時(shí)間親自護(hù)理他們的親人，親自護(hù)理成為一件不可能，也很不現(xiàn)實(shí)的事情，因此很多的家庭可能會(huì)選擇找一個(gè)護(hù)理工，而護(hù)理工在照顧的過(guò)程中可能會(huì)遇到很多不便的事情，此時(shí)也很有可能會(huì)忽略了被照顧者本人的情緒和心理狀態(tài)，被照顧者很可能會(huì)不好意思或者很害羞，即使知道是雇主和雇傭的關(guān)系，也不愿意總是麻煩他們。由于肢體上的不便令他們感到自卑和羞澀，不敢過(guò)多地進(jìn)行活動(dòng)，不想過(guò)多地麻煩別人，認(rèn)為自己是家庭和護(hù)理工的負(fù)擔(dān)，這樣的護(hù)理其實(shí)對(duì)他們的健康發(fā)展是有害的。但是如果使用一款智能移乘護(hù)理機(jī)器人的話，這樣便會(huì)給護(hù)理工減輕很大的工作量，護(hù)理工只需要稍加照看和輔助就能幫助實(shí)現(xiàn)各種動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)，這樣護(hù)理工的工作也會(huì)更加輕松，甚至能有更多精力來(lái)幫助調(diào)整被護(hù)理者的心理情緒，而且此時(shí)被護(hù)理者的內(nèi)心不會(huì)有太大的壓力，心理壓力和情緒也得以釋放。 1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 美國(guó)，日，韓，英，德國(guó)在機(jī)器人的發(fā)展方面遙遙領(lǐng)先于其他國(guó)家，眾所周知，美國(guó)是研發(fā)醫(yī)用機(jī)器人的先行者。近幾年來(lái)在醫(yī)療護(hù)理上的投資也是越來(lái)越多。日本則是居于第二，在機(jī)器人的研發(fā)歷史上比美國(guó)稍晚，但是機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的十分迅速，有著十分先進(jìn)的精密零件生產(chǎn)企業(yè)和醫(yī)療企業(yè)，并且近年來(lái)開(kāi)始不斷在醫(yī)用機(jī)器人方面投入精力和研發(fā)資金。日本的老齡化問(wèn)題已經(jīng)成為一個(gè)無(wú)法逃避的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，老齡化的程度已經(jīng)領(lǐng)先于世界。所以日本在發(fā)展護(hù)理機(jī)器人這個(gè)方向特別重視。 圖1-1 日本護(hù)理機(jī)器人 圖1-2 日本松下老年人護(hù)理機(jī)器人 在17年的5月，河北工業(yè)大學(xué)的“白澤”機(jī)器人正式和大家見(jiàn)面，這是中國(guó)護(hù)理機(jī)器人研發(fā)的重要轉(zhuǎn)折點(diǎn)，是年老體弱者和下肢不便人群的福音。有關(guān)專家認(rèn)為在不久的將來(lái)就可以普及到人類社會(huì)生活中去，為每個(gè)家庭服務(wù)，給每個(gè)家庭帶去歡樂(lè)和幸福。隨著科技的飛速發(fā)展和國(guó)內(nèi)老齡人口的增多，更加智能，更加經(jīng)濟(jì)的移乘護(hù)理機(jī)器人有著廣闊的市場(chǎng)。 圖1-3 “白澤”機(jī)器人 1.3 論文結(jié)構(gòu)及研究的內(nèi)容 本文主要介紹了一款智能移乘護(hù)理機(jī)器人，設(shè)計(jì)的過(guò)程中結(jié)合了三維軟件建模，matlab圖形處理。全文一共可以分為4個(gè)部分： 第一章是緒論，主要是從我國(guó)當(dāng)今老年人口的變化趨勢(shì)和醫(yī)療機(jī)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀，到世界各大國(guó)在護(hù)理機(jī)器人方面的發(fā)展情況，在現(xiàn)代社會(huì)都是一個(gè)值得關(guān)注的問(wèn)題，并且存在著巨大的市場(chǎng)和不可估量的發(fā)展?jié)摿Α? 第二章是在本課題的設(shè)計(jì)要求的前提之下，提出了總體的設(shè)計(jì)方案。 第三章是智能移乘機(jī)器人的主要機(jī)械結(jié)構(gòu)的介紹。首先對(duì)智能移乘護(hù)理機(jī)器人的工作功能進(jìn)行了介紹和說(shuō)明，通過(guò)在某些預(yù)設(shè)的已知條件下對(duì)伸縮機(jī)構(gòu)進(jìn)行了受力分析和運(yùn)動(dòng)分析。然后分別介紹了胸部支承，和驅(qū)動(dòng)裝置部分的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和相關(guān)結(jié)構(gòu)及元件的選用，并且對(duì)某些結(jié)構(gòu)和元件進(jìn)行了校核檢驗(yàn)。 第四章是對(duì)該課題的控制系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)說(shuō)明，包括單片機(jī)的選用，傳感器的選擇，液壓控制原理圖和運(yùn)行流程圖。 1.4本章小結(jié) 通過(guò)分析各國(guó)的人口成分和老齡化趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)在當(dāng)今社會(huì)針對(duì)老年人口或者下肢運(yùn)動(dòng)不便的人群迫切需要一款智能化的移乘支援裝置，從當(dāng)前各國(guó)護(hù)理機(jī)器人的發(fā)展及應(yīng)用來(lái)看，智能移乘護(hù)理機(jī)器人真正地走進(jìn)每個(gè)需要他們的家庭還需要一段時(shí)間，因此迫切需要一種智能化，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的移乘支援裝置。本文就結(jié)合了當(dāng)下的形式，設(shè)計(jì)了一款智能移乘護(hù)理機(jī)器人，為以后智能移乘護(hù)理機(jī)器人的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 第二章 總體設(shè)計(jì)方案 2.1設(shè)計(jì)要求 本設(shè)計(jì)中的智能移乘護(hù)理機(jī)器人主要用于醫(yī)院和理療機(jī)構(gòu)，主要能對(duì)下肢癱瘓或者高齡人員下肢運(yùn)動(dòng)不便的人員進(jìn)行換位和移動(dòng)。在設(shè)計(jì)時(shí)假定被轉(zhuǎn)移者的體重為， 通過(guò)了解一些普通的病床尺寸和一些病人用的輪椅的尺寸以此為基礎(chǔ)來(lái)參考設(shè)計(jì)支援裝置。當(dāng)智能移乘護(hù)理機(jī)器人用于實(shí)際中時(shí)，主要考慮的是運(yùn)行過(guò)程中的平穩(wěn)問(wèn)題和被移乘者的舒適程度。 2.2設(shè)計(jì)方案 由于該智能移乘機(jī)器人主要實(shí)現(xiàn)的的動(dòng)作就是抱緊，抱起，移乘，和放下的動(dòng)作。抱緊這個(gè)動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)主要是通過(guò)胸部支承內(nèi)部的雙活塞液壓缸來(lái)實(shí)現(xiàn)的。而實(shí)現(xiàn)抱起的主要機(jī)構(gòu)就是使得下面的支承臂進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的伸縮機(jī)構(gòu)，通過(guò)伸縮機(jī)構(gòu)來(lái)帶動(dòng)支承臂的旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)將人抱起的動(dòng)作。經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)查知道，可以實(shí)現(xiàn)該功能的機(jī)構(gòu)有電動(dòng)推桿，液動(dòng)推桿，氣動(dòng)推桿，液壓缸。經(jīng)過(guò)反復(fù)比較最終決定用于將人抱緊的裝置和伸縮機(jī)構(gòu)均采用液壓缸來(lái)實(shí)現(xiàn)該運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的思考，設(shè)計(jì)出本課題的三維模型如下所示： 圖2-1 智能移乘護(hù)理機(jī)器人的立體模型 圖2-2 智能移乘護(hù)理機(jī)器人主要結(jié)構(gòu) 本設(shè)計(jì)的機(jī)器主要是由上述7個(gè)部分組成的，下面分別列出它們的在智能 移乘機(jī)器人中作用。 1-胸部支承 主要對(duì)被移乘者起到抱緊和支撐的作用 2-支承臂 主要是在伸縮機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到將人抱起的目的 3-護(hù)膝支承 主要是支承被移乘者膝蓋，使得運(yùn)行的過(guò)程中更加有安全感 4-伸縮機(jī)構(gòu) 主要通過(guò)伸長(zhǎng)和收縮來(lái)達(dá)到抱起和放下被移乘者的目的 5-支承板 主要對(duì)整個(gè)裝置起到支承的作用 6-液壓站 主要是給胸部支承的抱緊和支撐臂的抱起和放下的動(dòng)作 7-輪轂電機(jī) 主要作用是驅(qū)動(dòng)整個(gè)裝置的運(yùn)動(dòng) 智能移乘機(jī)器人的工作原理概述： 首先由控制部分發(fā)出指令，智能移乘機(jī)器人走到移乘者的前方，當(dāng)人做好準(zhǔn)備時(shí)，1-胸部支承在液壓驅(qū)動(dòng)部分的作用下現(xiàn)將人抱緊，抱緊之后，2-支承臂在4-伸縮機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下將人抱起，當(dāng)?shù)竭_(dá)最高位移點(diǎn)時(shí)，支援機(jī)器人開(kāi)始運(yùn)行至目的地，在該運(yùn)行過(guò)程中，人始終保持在最高點(diǎn)的位置。到底目的時(shí)，2-支承臂在4-伸縮機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下將人緩慢放下，完成此次移乘的過(guò)程。繪制二維平面運(yùn)行軌跡如下圖； 圖2-3 二維運(yùn)動(dòng)平面圖 2.3本章小結(jié) 本章根據(jù)智能移乘護(hù)理機(jī)器人所要實(shí)際實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，并且介紹了智能移乘護(hù)理機(jī)器人的工作原理和工作過(guò)程。 第三章 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1 伸縮機(jī)構(gòu) 伸縮機(jī)構(gòu)其實(shí)就是指的是單活塞液壓缸，利用液壓油使得活塞桿的伸出或者收縮來(lái)帶動(dòng)搖臂的擺動(dòng)。主要由下圖所示的幾個(gè)部分組成。 圖3-1 伸縮液壓缸的結(jié)構(gòu)組成 3.1.1 受力分析 圖3-2 受力分析示意圖 受力分析圖如上所示：為了方便計(jì)算，因此取角度用于接下來(lái)的計(jì)算中；為了方便計(jì)算，假設(shè)人的重心在上支撐臂和胸靠的交點(diǎn)處，則C處鉸鏈的力為因此只要對(duì)D點(diǎn)取矩，則可以得到如下的關(guān)系式： ； （3.1） ； （3.2） ； (3.3) 由此可以推出： ； （3.4） 由支撐臂固定角為150度，因此可以得出帶入上面的式子中得到最終的關(guān)系式有：公式中各個(gè)參數(shù)的確定： 將公式輸入進(jìn)行圖形分析，如下圖所示： 圖3-3 伸縮液壓缸所受負(fù)載與支撐臂與水平夾角的關(guān)系 從上面的設(shè)計(jì)可以看出，當(dāng)時(shí)，此時(shí)承受了最大的負(fù)載力。而在本設(shè)計(jì)公式中，初始角度，因此暫時(shí)取最大的負(fù)載力,可以根據(jù)上面的公式來(lái)算出最大的負(fù)載力為由此來(lái)進(jìn)行下一步的分析，帶入計(jì)算得到的結(jié)果為2150N. 3.1.2液壓缸外部負(fù)載的計(jì)算 (1)工作負(fù)載(即為上面所求的最大負(fù)載力） (2)機(jī)械摩擦負(fù)載 (3.5) (3.6) (3.7) 為靜摩擦阻力；為動(dòng)摩擦阻力；取0.2；取0.2； (3)慣性負(fù)載 (3.8) (行走機(jī)械一般取在這里取最小值) (4)工況分析 工況 負(fù)載組成 推力 F/ 啟動(dòng)階段 加速階段 恒速階段 減速制動(dòng)階段 反方向啟動(dòng) 反方向加速 反方向恒速階段 反方向制動(dòng)階段 3.1.3確定本部分的液壓系統(tǒng)原理圖 通過(guò)對(duì)伸縮機(jī)構(gòu)功能的具體分析，可以繪制出相應(yīng)的液壓傳動(dòng)原理圖；該部分與支撐臂結(jié)構(gòu)主要對(duì)人完成抱起，移動(dòng)，放下的動(dòng)作。 圖3-4 伸縮機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖 3為單向閥；4為電液比例換向閥；5為平衡閥；6為伸縮液壓缸 ； 抱起：在胸靠布置了一個(gè)柔性的壓力傳感器，檢測(cè)到設(shè)定的壓力范圍時(shí)，可以認(rèn)為被護(hù)理者已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，可以進(jìn)行抱起。當(dāng)收到控制信號(hào)時(shí)，電液比例換向閥的右端接入電路中，此時(shí)液壓缸的活塞收縮，支撐臂向左旋轉(zhuǎn)，將人抱起至設(shè)定的高度。 移動(dòng)：當(dāng)?shù)竭_(dá)至移乘終點(diǎn)時(shí)，位移傳感器將位移的信息反饋至控制系統(tǒng)，此時(shí)電液比例換向閥的中位接入到回路中，此時(shí)平衡閥的作用是為系統(tǒng)保持一定的壓力。智能移乘機(jī)器人保持被護(hù)理者在這個(gè)高度，向目標(biāo)運(yùn)動(dòng)。 放下：當(dāng)?shù)竭_(dá)控制系統(tǒng)所設(shè)置的目的地時(shí)，此時(shí)電液比例控制閥的左端接入回路中，液壓缸的活塞桿伸長(zhǎng)，將人緩慢放下。 3.1.4確定伸縮液壓缸的主要參數(shù) （1） 缸筒直徑和活塞直徑的確定 本文是智能移乘機(jī)器人的設(shè)計(jì)，屬于小型的護(hù)理機(jī)器類，因此根據(jù)課程設(shè)計(jì)書(shū)上的標(biāo)準(zhǔn)初選液壓缸的工作壓力為1.0MPa.可以由這個(gè)經(jīng)驗(yàn)值來(lái)確定液壓缸的基本尺寸。因?yàn)樵诒驹O(shè)計(jì)中,支承臂進(jìn)行來(lái)回?cái)[動(dòng)，一次循環(huán)運(yùn)動(dòng)需要兩次供油，因此選擇雙作用的液壓缸，在本設(shè)計(jì)中選擇單活塞式液壓缸，試求缸筒面積如下： （3.9） 式中 （3.10） 其中D--液壓缸的工作直徑 ；按標(biāo)準(zhǔn)取值：，然后確定活塞桿外徑的大小。由于在本設(shè)計(jì)過(guò)程中是對(duì)人體進(jìn)行抱起，因此對(duì)平穩(wěn)性的要求很高，則抱起和放下的速度應(yīng)該近似相同，被移乘者才會(huì)感到有安全感。因此根據(jù)上述的要求有： ，則可以取 因此可以按照標(biāo)準(zhǔn)算出各面積為： 無(wú)桿腔面積： （3.11） 有桿腔面積： （3.12） （3.13） ； D——液壓缸內(nèi)徑(m)； ——缸筒材料的許用應(yīng)力，鋼管：。 =1.5X2.008=3.012Mpa 則在中低壓液壓系統(tǒng)中 （3.14） 因此可求出缸體的外經(jīng)為 （二）計(jì)算伸縮液壓缸各工作階段的壓力，流量和功率 （1） 伸縮液壓缸活塞收縮（即為將人從護(hù)理床或者椅子上抱起的過(guò)程,從市場(chǎng)上已經(jīng)生產(chǎn)的與智能移乘護(hù)理機(jī)器人相似的移位機(jī)來(lái)看，初步將活塞桿的運(yùn)動(dòng)速度定為） （3.15） （3.16） （3.17） （2）伸縮液壓缸活塞伸長(zhǎng)（即為智能移乘護(hù)理機(jī)器人到達(dá)目的地之后，將人放下來(lái)的過(guò)程，同樣地，初步地將活塞桿的運(yùn)動(dòng)速度定為） （3.18） （3.19） （3.20） 工況 壓力 流量 功率 抱起 2.008 0.4856 162.508 放下 1.7 0.6554 115.863 （三）編制伸縮液壓缸的工作情況圖 （1）圖 圖3-5 壓力循環(huán)圖 （2）圖 圖3-6 流量循環(huán)圖 （3） 圖3-6 功率循環(huán)圖 （4） 伸縮液壓缸行程的確定 由于在本設(shè)計(jì)中的智能移乘機(jī)器人，支承臂的擺角行程已經(jīng)確定，因此可以由以上的推導(dǎo)方程式求出行程。由第二章所給的條件可以了解到支承臂的擺角范圍為60度到100度。由（3.2）可以分別求出兩個(gè)極限位置的d的長(zhǎng)度。 （3.21） 當(dāng)導(dǎo)向長(zhǎng)度對(duì)液壓缸的穩(wěn)定性也起著重要的影響，因此導(dǎo)向長(zhǎng)度不能太短。 根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，只要滿足如下的公式一般可以視為合格： （3.22） 在上面的式子中，； D是指液壓缸的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑。 3.2胸部支承 圖3-8 胸部支承結(jié)構(gòu)圖 胸部支承主要是由壓力傳感器，突出支承，支承主體，扶手，雙活塞液壓缸等組成。突出支承的外部是可以伸縮的外殼，內(nèi)部設(shè)有滑道。該機(jī)構(gòu)主要起到支承人體上身和抱緊上身的作用。假設(shè)當(dāng)壓力傳感器測(cè)得的力在時(shí)，可以視為兩個(gè)突出支承此時(shí)已經(jīng)將人抱緊。 3.2.1抱緊液壓缸外部負(fù)載的計(jì)算 （1）工作負(fù)載(則在后續(xù)的計(jì)算中取最大的負(fù)載力為800N） （2）機(jī)械摩擦負(fù)載 （3.23） （3.24） (3.25) ； (3)慣性負(fù)載 (3.26) 行走機(jī)械一般取在這里取最小值。 （4）工況分析 工況 負(fù)載組成 推力 F/ 啟動(dòng)階段 加速階段 恒速階段 減速制動(dòng)階段 反方向啟動(dòng) 反方向加速 反方向恒速階段 反方向制動(dòng)階段 3.2.2胸部支承抱緊液壓系統(tǒng)原理圖 圖3-9 抱緊機(jī)構(gòu)液壓原理圖 7為電液比例換向閥；8,9為液控單向閥；10為雙活塞液壓桿；11為壓力傳感器； 抱緊：當(dāng)智能移乘機(jī)器人已經(jīng)靠近被護(hù)理者時(shí)，人緊緊地貼在胸靠上，此時(shí)遠(yuǎn)程控制電液比例換向閥7的左端接入電路，使得活塞桿收縮，抱緊病人。并在胸靠上的突出支撐部裝一個(gè)壓力傳感器，當(dāng)達(dá)到一定的數(shù)值范圍時(shí)，在控制系統(tǒng)的作用下此時(shí)則視為智能移乘護(hù)理機(jī)器人已經(jīng)將人抱緊，此時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，使得電液比例換向閥處于中位。此時(shí)兩個(gè)液控單向閥在此處的作用是保壓，保持這個(gè)抱人的壓力值。 3.2.3抱緊液壓缸的主要參數(shù) （一）初選執(zhí)行元件的設(shè)計(jì)壓力 參考伸縮機(jī)構(gòu)的壓力取值，在本機(jī)構(gòu)中取0.8Mpa，因?yàn)樵诒驹O(shè)計(jì)中的第二部分的液壓系統(tǒng)，胸靠上的支撐部分的兩側(cè)同時(shí)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，達(dá)到將人抱緊的目的，一次循環(huán)運(yùn)動(dòng)需要兩次供油，因此選擇的和伸縮部分的一樣。 (3.27) 式中F---液壓缸上的外負(fù)載 --液壓缸的最大負(fù)載力 ---液壓缸的工作直徑 (3.28) 按標(biāo)準(zhǔn)取值： 根據(jù)活塞桿伸長(zhǎng)和收縮的速度比值來(lái)確定活塞桿的直徑即可。由于在本設(shè)計(jì)過(guò)程中是對(duì)是對(duì)人體進(jìn)行抱緊，則迅速抱緊和迅速放開(kāi)的速度應(yīng)該近似相同，快速完成這一過(guò)程。因此根據(jù)上述的要求有： ，則可以取，剛好為標(biāo)準(zhǔn)值。 因此可以按照標(biāo)準(zhǔn)算出各面積為： 無(wú)桿腔面積： (3.29) 有桿腔面積： (3.30) (二）計(jì)算液壓缸各工作階段的壓力，流量和功率 (1)液壓缸活塞伸長(zhǎng)（由于在抱起人的過(guò)程中，因此在抱緊的過(guò)程中取） (3.31) (3.32) (3.33) （2）液壓缸收縮（即為胸靠上的突出的支承部分抱緊人的過(guò)程，將人放下來(lái)的過(guò)程，此時(shí)初步地將活塞桿的運(yùn)動(dòng)速度定為） (3.34) (3.35) (3.36) 工況 壓力 流量 功率 伸長(zhǎng)準(zhǔn)備 1.012 0.3016 50.867 收縮抱緊 1.91 0.198 115.863 （三）編制液壓缸的工況圖 （1）圖 圖3-10 壓力循環(huán)圖 （2）圖 圖3-11 流量循環(huán)圖 （3）圖 圖3-12 壓力循環(huán)圖 （四）抱緊液壓缸行程的確定 由上面的分析有，缸筒的內(nèi)徑D=40mm;活塞桿的直徑d=20mm; 該活塞桿進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)是為了能夠使胸靠上面的突出支承部分可以將人抱緊，因此該行程應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況來(lái)確定。根據(jù)實(shí)際情況初步確定行程S2的尺寸為10cm. 導(dǎo)向長(zhǎng)度對(duì)液壓缸的穩(wěn)定性影響很大，因此導(dǎo)向長(zhǎng)度必需得滿足最小值。 根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，只要滿足如下的公式一般可以視為合格： (3.37) 在上面的式子中，； D是指液壓缸的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)徑。 3.3驅(qū)動(dòng)裝置 圖3-13 液壓站結(jié)構(gòu)圖 該機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置主要是由液壓站和輪轂電機(jī)。抱緊裝置和伸縮裝置都是由液壓站提供動(dòng)力的，因此必需對(duì)該部分進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。 3.3.1液壓站的設(shè)計(jì) （一）液壓泵的選擇 齒輪泵，葉片泵，柱塞泵等都是常用的泵，選擇液壓泵的主要依據(jù)是最大壓力和最大流量。同時(shí)還要考慮定量或者變量，原動(dòng)機(jī)類型，轉(zhuǎn)速，容積效率等等，因此需要通過(guò)下面的計(jì)算來(lái)選擇液壓泵的型號(hào)。 （1）液壓泵的最大工作壓力的確定 (3.38) ，可以由已知的條件得知 是系統(tǒng)進(jìn)油路上的總的損失，簡(jiǎn)單的系統(tǒng)?。粡?fù)雜的系統(tǒng)取 工作壓力和額定壓力是所選用的液壓泵的主要參數(shù) （2）計(jì)算液壓泵的最大流量 (3.39) 是系統(tǒng)中所需要的流量；，是同時(shí)動(dòng)作的液壓缸或者液壓馬達(dá)的最大總流量，是指同時(shí)工作的液壓缸或者液壓馬達(dá)的最大流量值一般取 （3）液壓泵規(guī)格的選擇 按照上面所得到的泵的最大工作流量和最大工作壓力，從產(chǎn)品或者液壓手冊(cè)中選擇相應(yīng)的液壓泵的規(guī)格。為了保證滿足系統(tǒng)的流量和壓力的要求，因此在選擇液壓泵的型號(hào)時(shí)，一定要選大一個(gè)型號(hào)。 在智能移乘護(hù)理機(jī)器人的液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案中，工作壓力不高，負(fù)載壓力不大，功率也不大，流量也不大。因此選擇雙作用葉片泵。雙作用葉片泵適用于中高壓的場(chǎng)合中，雙葉片泵有以下的特點(diǎn)： 1） 適用于中高壓系統(tǒng)。因?yàn)殡p作用葉片泵的配流盤(pán)上，兩個(gè)吸油窗口，和壓壓油窗口對(duì)稱布置，因此作用在轉(zhuǎn)自和定子的液壓徑向力平衡，因此軸承承受的徑向力小，壽命小。 2） 流量均勻，平穩(wěn)。只要選擇合適的定子的過(guò)渡曲線形狀及葉片數(shù)目就能達(dá)到理論瞬時(shí)理論流量均勻。 因此，根據(jù)以上算得的和在查閱相關(guān)手冊(cè)，現(xiàn)選用型雙作用定量葉片泵，排量2.5~100ml/r，額定壓力6.3Mpa，額定轉(zhuǎn)速960r/min，容積效率，，容積效率達(dá)高達(dá)92%。驗(yàn)證流量大于理論流量，滿足要求。 （二）電機(jī)的選擇 從上面的分析我們知道，智能移乘護(hù)理機(jī)器人的液壓系統(tǒng)最大功率出現(xiàn)在液壓缸 收縮把人抱起的狀態(tài)，這個(gè)時(shí)候液壓泵的供油壓力值為2.008Mpa，流量這個(gè)為已經(jīng)選定的雙作用葉片泵的理論流量值。是液壓泵的總效率。柱塞泵取0.80。在前面液壓泵的選擇中選擇的就是960r/min ,因此選用960r/min的電動(dòng)機(jī)，由上面這些已知條件，可以求出驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率為： (3.40) 選擇電動(dòng)機(jī) YB132S-6，其額定功率為3KW。 （三）液壓控制閥的選擇、 （1）液壓控制閥應(yīng)該滿足的要求 1)由于該設(shè)計(jì)為智能移乘護(hù)理機(jī)器人設(shè)計(jì)，因此要求可以遠(yuǎn)程控制，且要求靈敏度高，使用可靠，工作噪聲小，速度平穩(wěn)，并且其損失小。 2) 由于是小型的智能機(jī)器人結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，因此密封性能必需達(dá)到一定要求。 （2）選擇各類閥的類型 由上面的分析計(jì)算可以知道各個(gè)油路的液壓控制閥在系統(tǒng)工作的最大工作壓力和通過(guò)該閥的實(shí)際流量，加上某些一些液壓閥需要接入反饋裝置或者是檢測(cè)裝置，還要考慮液壓控制閥的安裝固定方式，以及在油管中的損耗情況，工作環(huán)境和工作期限來(lái)選擇。 在智能移乘護(hù)理機(jī)器人的設(shè)計(jì)當(dāng)中，所有閥的額定壓力都認(rèn)為是6.3Mpa,因此來(lái)選擇各個(gè)系統(tǒng)中所需要的控制閥。由以上可知，系統(tǒng)中的泵所供給的流量是2.4L/min，額定的壓力為6.3Mpa,由這兩個(gè)條件來(lái)選擇各類的液壓閥。 在該智能移乘機(jī)器人的設(shè)計(jì)中，主要有兩個(gè)電液比例換向閥，一個(gè)平衡閥，一個(gè)溢流閥，兩個(gè)液控單向閥，一個(gè)單向閥。經(jīng)過(guò)查閱資料和各種產(chǎn)品的規(guī)格及其安裝方式，可以確定選用他們的型號(hào)如下。 三位四通電液比例換向閥選擇的型號(hào)為;其通徑為;溢流閥選擇Y-10B;其最大通過(guò)的流量為；單向閥選擇I-10B;其中允許通過(guò)的最大流量為，工作壓力為6.3Mpa；液控單向閥選擇的型號(hào)為Z2S6型，工作壓力最高可達(dá)31.5Mpa;平衡閥的型號(hào)選擇是XD4F,選擇工程通徑為10mm; 在各種液壓控制閥的連接方式中選擇了板式連接，這樣選擇有兩個(gè)比較明顯的好處：最大的優(yōu)點(diǎn)就是便于系統(tǒng)集成化和液壓裝置設(shè)計(jì)的合理化；第二，對(duì)于安裝和拆卸會(huì)變得非常方便。 （四）液壓輔助元件以及工作介質(zhì)的選定 （1） 油箱 油箱的作用有很多，例如說(shuō)存儲(chǔ)液壓油，釋放空氣，將熱量從系統(tǒng)中排放出來(lái)等作用，絕大多數(shù)時(shí)候是自己設(shè)計(jì)的，但是在確定油箱的具體尺寸時(shí)，一定要滿足系統(tǒng)的供油要求。除此之外，還要考慮一些散熱，水分溢出，空氣逸出，水分分離等因素。整體式油箱，兩用油箱和獨(dú)立油箱是三種最常見(jiàn)的類型。獨(dú)立油箱是它們當(dāng)中應(yīng)用最為廣泛的一種類型，通常被做成矩形的。因此油箱的流量一般先按照下面的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，然后再按照系統(tǒng)的散熱進(jìn)行校核。 (3.41) 其中V是油箱的有效面積；為液壓系統(tǒng)的額定總流量，L/min;a是與主機(jī)類型相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；行走機(jī)械一般取1到2之間；低壓系統(tǒng)取2到4之間，中壓系統(tǒng)取5到7之間，并且可以自己根據(jù)實(shí)際情況再進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)。因此根據(jù)液壓泵站油箱的公稱容量系列，選擇油箱的容量為4升。與此同時(shí)還應(yīng)該滿足通常的油箱的容量取泵每分鐘流量的3~8倍，則取六倍，則有,因此根據(jù)液壓泵站油箱的公稱容量系列，選擇油箱的容量為16升。從上面兩種油箱的公稱容量計(jì)算來(lái)看選擇大的容量。在設(shè)計(jì)油箱時(shí)應(yīng)該注意這些問(wèn)題：油箱容量的確定，在上面已經(jīng)詳細(xì)說(shuō)明選用的過(guò)程了，并且其油面的高度應(yīng)該不能超過(guò)油箱高度的80%。 首先，必需要有一個(gè)過(guò)濾器，使得通流順暢。并且其過(guò)濾器要時(shí)常清洗，因此還要考慮拆卸方便。 第二，油箱底部應(yīng)該做成適當(dāng)?shù)男倍?，并且安放油塞? 第三，油位指示器一定要安裝在油箱的側(cè)壁，以此來(lái)提醒我們油位的高低變化。 吸油管和回油管之間一定要用隔板分開(kāi)，帶來(lái)一定的緩沖作用，使得氣泡和雜質(zhì)可以完全分離出來(lái)。具體的尺寸應(yīng)該按照設(shè)計(jì)手冊(cè)上的經(jīng)驗(yàn)值來(lái)選取。 (2) 過(guò)濾器：在泵的出口安裝一個(gè)網(wǎng)式的過(guò)濾器。是為了防止大顆粒的雜質(zhì)進(jìn)入泵的入口，并且同時(shí)有較大的通流能力，不至于發(fā)生空穴現(xiàn)象。 (3) 油管和管接頭的選用 1.在液壓系統(tǒng)的使用的油管的種類有很多類型，比如說(shuō)有鋼管、尼龍管、橡膠管、塑料管等，在選用時(shí)要根據(jù)該設(shè)計(jì)的需求來(lái)選用。本設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)智能護(hù)理機(jī)器人，從書(shū)中可以知道尼龍管用在低壓系統(tǒng)；塑料管一般用在回油管用。由于再設(shè)計(jì)智能移乘護(hù)理機(jī)器人的過(guò)程中，液壓缸與其他連接件之間會(huì)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此也在連接連個(gè)具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的連接件可以使用膠管。則在其余的部分選用鋼管。 管道內(nèi)徑計(jì)算： (3.42) 式中 q——通過(guò)管道內(nèi)的流量 v——在允許的壓力損失下管內(nèi)允許流速 ；當(dāng)P=2.5~16Mpa時(shí)，，因此根據(jù)要求帶入該數(shù)值即可。 然后根據(jù)液壓設(shè)計(jì)手冊(cè)選擇標(biāo)準(zhǔn)的鋼管外徑為8mm,管接頭的連接螺紋為10mm,并且螺距為1mm。管子的壁厚為1mm,推薦通過(guò)的流量為6.3L/min.符合本課題設(shè)計(jì)的要求。 2. 管接頭的選用： 管接頭是一種可以拆卸的連接，管接頭一般具有很多優(yōu)點(diǎn)，比如有可以很方便的拆卸、連接的很牢固、密封可以得到保證、外部尺寸小、通流能力很大、壓力損失小、易于加工等各種條件。在書(shū)中介紹的管接頭的種類很多，液壓系統(tǒng)中油管與管接頭的常見(jiàn)聯(lián)接方式有：用于硬管連接的主要有擴(kuò)口式，焊接式，軟管接頭有可拆式和扣壓式兩種。由于在本設(shè)計(jì)中既需要軟管又需要硬管。因此具體的連接方式之后才能確定。 （4）工作介質(zhì)的選擇 液壓工作介質(zhì)的主要功能是載能和潤(rùn)滑，冷卻，液壓介質(zhì)的工作特性對(duì)工作品質(zhì)和液壓系統(tǒng)的功能的實(shí)現(xiàn)具有很大的影響。由于在上面的泵的選擇中選擇了葉片泵，因此選擇的液壓油為L(zhǎng)-HM型的抗磨液壓油。 下表列出了各個(gè)液壓元件的選用及型號(hào) 標(biāo)號(hào) 名稱 大概通過(guò)流量 型號(hào) 規(guī)格 1 雙作用葉片泵 2.4 6.3Mpa，容積效率為92% 2 三位四通電液比例換向閥 6 6通徑，板式連聯(lián)接 3 溢流閥 4 Y-10B 10通徑，板式聯(lián)接 4 平衡閥 6 XD4F 10通徑，板式聯(lián)接 5 液控單向閥 80 Z2S6 10通徑，板式聯(lián)接 6 電機(jī) - YB132S-6 滿載轉(zhuǎn)速為960r/min 7 壓力表 - YX型電接點(diǎn)壓力表 測(cè)量范圍0~6Mpa 8 壓力傳感器 - FPT-100型壓力傳感器 測(cè)量范圍0~7Mpa （6）液壓系統(tǒng)發(fā)熱功率的估算和溫升驗(yàn)算 液壓系統(tǒng)的壓力損失，容積損失構(gòu)成的能量損失，這些能量損失都將轉(zhuǎn)化為熱能，使得油溫或者整個(gè)液壓系統(tǒng)的油溫升高。由于油路中存在著各種液壓元件，因此產(chǎn)生了大的功率消耗，可以按照下面的公式來(lái)計(jì)算： (3.43) 其中是指液壓泵的輸入功率； 已知油箱的容積則可以求得油箱的近似散熱面積，假設(shè)油箱通風(fēng)良好，，取油箱的散熱系數(shù)則可以算出此時(shí)的溫升為 (3.44) 設(shè)環(huán)境溫度為25度，,符合要求。 3.3.3輪轂電機(jī)的選用 根據(jù)實(shí)際情況，車(chē)輪選擇機(jī)器人常用的車(chē)輪型號(hào)，即為中菱4寸的微型機(jī)器人輪轂電機(jī)，是一種將傳統(tǒng)的電機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)，制動(dòng)系統(tǒng)和為一體的裝置，可以高精度地控制機(jī)器人的運(yùn)行軌跡。 3.4本章小結(jié) 本章詳細(xì)地介紹了智能移乘護(hù)理機(jī)器人各部分機(jī)構(gòu)的組成及工作原理，并且根據(jù)相關(guān)的設(shè)計(jì)手冊(cè)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，最終選取合適的元件。 第四章 控制系統(tǒng) 4.1硬件概述 4.1.1AT89C51單片機(jī) 當(dāng)下是科技爆發(fā)的時(shí)代，幾乎所有的領(lǐng)域都能看到單片機(jī)的身影?，F(xiàn)在市場(chǎng)上的單片機(jī)的類型有很多種，通過(guò)對(duì)比和選擇，最終1確定選用51單片機(jī)。AT89C51單片機(jī)是一種如今隨著社會(huì)的發(fā)展使用的越發(fā)頻繁的單片機(jī)，性能很高，體積也小，可以精確地控制，可以用于多個(gè)方面，是設(shè)計(jì)智能移乘機(jī)器人首選的單片機(jī)。 圖4.1 AT89C51單片機(jī) 圖4.1 AT89C51單片機(jī)外形 4.1.2壓力傳感器 據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，壓力傳感器是使用的最為廣泛的一種傳感器，在工業(yè)，航天，軍事等多個(gè)方面均有應(yīng)用。常用的種類也非常之多。在本智能移乘護(hù)理機(jī)器人設(shè)計(jì)中主要選用壓力傳感器用來(lái)測(cè)量人與胸靠上面的突出的支撐部分的壓力是否達(dá)到預(yù)定值，還用于胸靠上用來(lái)測(cè)量是否人體的胸部與胸靠相貼合，將信息反饋到控制系統(tǒng)之后，再發(fā)出下一個(gè)指令。為了滿足這兩個(gè)檢測(cè)方面的要求，經(jīng)過(guò)多次對(duì)比與選擇，選用了這款cp201柔性壓力壓力傳感器。這類柔性壓力傳感器有許多的優(yōu)點(diǎn)，它的響應(yīng)速度非?？?，體積小而輕，耗能少，柔韌性也非常好，可以感應(yīng)到非常微小的變化非常符合智能移乘護(hù)理機(jī)器人的設(shè)計(jì)要求。 圖4-3 CP201柔性壓力傳感器 4.1.3角位移傳感器 角位移傳感器主要是指通過(guò)不直接接觸的方法，將機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)的變量轉(zhuǎn)化成電信號(hào)。角位移傳感器的應(yīng)用也相當(dāng)廣泛，從電子到冶金領(lǐng)域均有應(yīng)用。在本智能移乘護(hù)理機(jī)器人的設(shè)計(jì)中主要是采用角位移傳感器來(lái)測(cè)量支承臂的轉(zhuǎn)動(dòng)角位移，從而反饋給控制系統(tǒng)來(lái)發(fā)布下一個(gè)指令。因此根據(jù)實(shí)際情況，經(jīng)過(guò)各種挑選與對(duì)比，最終選擇R30A角位移傳感器。 圖4-4 R30A角位移傳感器 4.2具體設(shè)計(jì) 4.2.1液壓控制原理圖設(shè)計(jì) 圖4-5 液壓控制原理圖 該移乘護(hù)理機(jī)器人在工作時(shí)主要分為以下幾個(gè)步驟進(jìn)行：抱緊，抱起，移動(dòng)，放下。 抱緊：當(dāng)智能移乘機(jī)器人已經(jīng)靠近被護(hù)理者時(shí)，人緊緊地貼在胸靠上，此時(shí)遠(yuǎn)程控制電液比例換向閥7的左端接入電路，使得活塞桿收縮，抱緊病人。并在胸靠上的突出支撐部裝一個(gè)壓力傳感器，當(dāng)達(dá)到一定的數(shù)值范圍時(shí)，在控制系統(tǒng)的作用下此時(shí)則視為智能移乘護(hù)理機(jī)器人已經(jīng)將人抱緊，此時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，使得電液比例換向閥處于中位。此時(shí)兩個(gè)液控單向閥在此處的作用是保壓，保持這個(gè)抱人的壓力。 抱起：在胸靠上也裝一個(gè)柔性的壓力傳感器，檢測(cè)到設(shè)定的壓力范圍時(shí)，可以認(rèn)為被護(hù)理者已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，可以進(jìn)行抱起。這時(shí)在控制系統(tǒng)的作用下，電液比例換向閥的右端接入電路中，此時(shí)液壓缸的活塞收縮，支撐臂向左旋轉(zhuǎn)，將人抱起至一定的高度。 移動(dòng)：當(dāng)?shù)竭_(dá)至移乘終點(diǎn)時(shí)，角位移傳感器將位移的信息反饋至控制系統(tǒng)，此時(shí)電液比例換向閥的中位接入到回路中，此時(shí)平衡閥可以起到長(zhǎng)時(shí)間的鎖定作用。智能移乘機(jī)器人載著被護(hù)理人向目標(biāo)地移動(dòng)。 放下：當(dāng)?shù)竭_(dá)控制系統(tǒng)所設(shè)置的目的地時(shí)，此時(shí)電液比例控制閥的左端接入回路中，液壓缸的活塞桿伸長(zhǎng)，從而將人放到椅子上或者是護(hù)理床上。 4.2.2程序流程圖 圖4-6 運(yùn)行流程圖 流程圖說(shuō)明：機(jī)器人在控制系統(tǒng)發(fā)出指令后，達(dá)到指定目標(biāo)地；此時(shí)被支援者貼近胸靠，貼在胸靠上的柔性傳感器檢測(cè)到壓力反饋到控制系統(tǒng)之后，則視為人已經(jīng)準(zhǔn)備好，可以執(zhí)行下一步的命令，否則人繼續(xù)向前靠，直到檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到信號(hào)為止；如果人已經(jīng)準(zhǔn)備好，則此時(shí)胸靠上面的突出支承部分在液壓油的作用下，向內(nèi)收縮，將人抱緊，直到柔性壓力傳感器反饋到測(cè)量系統(tǒng)的值達(dá)到設(shè)定的壓力值，否則繼續(xù)進(jìn)行抱緊；如果壓力已經(jīng)到達(dá)預(yù)設(shè)值，此時(shí)在伸縮機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下使得支承臂向左旋轉(zhuǎn)，逐漸實(shí)現(xiàn)將人抱起，直到角位移傳感器的輸出值達(dá)到預(yù)設(shè)值。此時(shí)，智能移乘機(jī)器人將進(jìn)行移動(dòng)直到到達(dá)目標(biāo)地點(diǎn)，然后再將移乘者緩慢放下來(lái)。 4.3本章小結(jié) 本章主要是對(duì)智能移乘護(hù)理機(jī)器人控制和檢測(cè)裝置的元件進(jìn)行了選擇，并且對(duì)智能移乘護(hù)理機(jī)器人的工作流程進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明。 第五章 總結(jié) 在本課題的研究中，首先通過(guò)在第一章分析了國(guó)內(nèi)外的老齡化程度，引出了研究本課題的意義和目的；在第二章中針對(duì)當(dāng)前的國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀，介紹了本課題所設(shè)計(jì)的智能移乘護(hù)理機(jī)器人，并且簡(jiǎn)單地介紹了主要結(jié)構(gòu)和簡(jiǎn)要敘述其中的工作原理；在第三章中，較為詳細(xì)地介紹了各個(gè)機(jī)構(gòu)，及它們的功能。最后在第四章中，簡(jiǎn)單地介紹了這個(gè)控制系統(tǒng)。 本次設(shè)計(jì)的智能移乘護(hù)理機(jī)器人主要是用來(lái)協(xié)助護(hù)理工對(duì)被護(hù)理者進(jìn)行移位，在這個(gè)設(shè)計(jì)中還有很多的不足之處，它的使用范圍非常有限，因?yàn)橹С斜蹧](méi)有設(shè)計(jì)成可以升降的結(jié)構(gòu)，因此在使用和推廣上很有限制。并且是采用液壓系統(tǒng)進(jìn)行傳動(dòng)，雖然平穩(wěn)性較好，動(dòng)作靈敏，但是液壓油容易受到溫度的影響，并且對(duì)各個(gè)液壓元件的制造精度要求很高，因此成本高。因此在本設(shè)計(jì)上還有許多可以改進(jìn)之處。 參考文獻(xiàn) [1] 濮良貴.紀(jì)明剛.機(jī)械設(shè)計(jì).北京.高等教育出版社.2011 [2] 陳立群.液壓傳動(dòng)與起動(dòng)技術(shù)[M].中國(guó)勞動(dòng)社會(huì)保障出版社.2009(08). 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Rome, Italy: IEEE, 2012. 992?997 謝 辭 在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的這段時(shí)間里，遇到過(guò)許多困難，當(dāng)打下這段文字時(shí)，有一種千帆過(guò)盡的感覺(jué)。與之前的課程設(shè)計(jì)相比，畢業(yè)設(shè)計(jì)的難度提高了好幾級(jí)，所以在成功完成這個(gè)設(shè)計(jì)后，我要向給我提供諸多幫助的金山海老師表示十分的敬意和感謝。老師他思維敏捷，切中要點(diǎn)，每次給我指出的缺點(diǎn)都是我所沒(méi)有考慮到的。我們?nèi)?wèn)老師問(wèn)題的時(shí)候，老師也會(huì)放下手中的工作，但對(duì)某個(gè)問(wèn)題有疑惑或者很久不明白時(shí)，老師都會(huì)給我們耐心地解答和舉例，生動(dòng)的例子隨手捏來(lái)，讓我們豁然開(kāi)朗。老師淵博的知識(shí)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)也深深感染我，讓我了解更廣闊的知識(shí)天地。最重要的是，老師的教育態(tài)度，對(duì)學(xué)術(shù)一絲不茍的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度，對(duì)設(shè)計(jì)的認(rèn)真負(fù)責(zé)，讓我們敬佩！ 其次，我想感謝和我一起交流，一起解惑的同學(xué)，雖然他們的時(shí)間緊迫，但是依然回答我的問(wèn)題。不厭其煩地面對(duì)我的請(qǐng)教，感謝他們的幫助，讓我有所進(jìn)步。這次設(shè)計(jì)，我受益良多，從資料的檢索、傳動(dòng)分析、機(jī)構(gòu)裝置的考慮和最終方案的選擇，每一個(gè)階段都離不開(kāi)老師和同學(xué)的幫助和鼓勵(lì)。這將是我無(wú)法忘記的人生經(jīng)歷！ 38