發(fā)布時間：2021-02-02 14:55

　　隨著助老助殘機器人技術(shù)的不斷發(fā)展,老年人和肢體障礙患者的生活質(zhì)量明顯提高。但是,由于現(xiàn)如今大多數(shù)機器人安裝在固定位置,這就導致它的服務范圍有限。為了解決這一問題,本課題設(shè)計了一款置于座椅位姿可調(diào)輪椅上的服務機械臂,該機械臂將輪椅的移動性、輪椅座椅位姿的可調(diào)性與機械臂的靈活性緊密結(jié)合起來,保證肢體障礙患者在無人看護的情況下也能完成一定的日常操作,課題的具體研究內(nèi)容如下:1.根據(jù)輪椅用機械臂的設(shè)計準則確定了機械臂的自由度數(shù)和關(guān)節(jié)機構(gòu)構(gòu)型,并利用UG軟件建立機械臂的虛擬樣機。建立輪椅機械臂的運動學模型,根據(jù)D-H法得到機械臂的運動學正逆解,并用矢量積分法推導出機械臂的雅克比矩陣,基于蒙特卡洛法分析了輪椅機械臂的工作空間。2.將座椅具有調(diào)角和調(diào)高兩種功能的輪椅簡化為3自由度機構(gòu),建立了輪椅機械臂系統(tǒng)的運動學模型;并利用齊次變換矩陣和D-H參數(shù)法相結(jié)合的方式推導出了座椅兩種調(diào)姿狀態(tài)下輪椅機械臂系統(tǒng)的運動學方程;之后對此冗余輪椅機械臂系統(tǒng)的運動學逆解進行仿真驗證。3.對機械臂進行受力分析。根據(jù)機械臂連桿間力的傳遞關(guān)系及達朗貝爾原理推導出機械臂的靜力學及動態(tài)靜力學方程,并求解出在不同工況下機械臂各關(guān)... 

【文章來源】：河北工業(yè)大學天津市 211工程院校

【文章頁數(shù)】：81 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

我國殘疾人口按類分布圖

置于姿態(tài)可調(diào)輪椅座椅上的五自由度機械臂設(shè)計2現(xiàn)如今助老/助殘機器人已發(fā)展到如輔助腿腳不便人群出行的智能輪椅產(chǎn)品；幫助患慢性病老年人、生活不能自理病人的護理床產(chǎn)品；幫助殘障人士及肢體退化老年人進行康復訓練的康復臂等多種類型的機器人。而本課題開發(fā)一款安裝于座椅位姿可調(diào)輪椅上的機械臂，它能夠代替人手完成一些常見的日常動作，如吃飯、喝水、開門等，而基于輪椅座椅位姿的可調(diào)性，機械臂的運動范圍也得到了極大的提高。綜合以上分析，再結(jié)合目前輪椅用機械臂的研究現(xiàn)狀及機器人相關(guān)理論，對這種安裝于座椅位姿可調(diào)輪椅上的機械臂的技術(shù)研究具有巨大的社會意義和經(jīng)濟價值，應用前景廣闊。1.2國內(nèi)外輪椅機器人研究現(xiàn)狀輪椅機器人的設(shè)計目的是將輔助機械臂安裝于輪椅一側(cè)，用于幫助殘疾人和老年人移動，而機械臂可以代替人手輔助輪椅乘坐者完成一些日常生活中基本的取物類動作，提高他們的生活自理能力，鑒于它巨大的實用價值，國內(nèi)外很多學者對這種基于移動平臺的機器人進行了相關(guān)研究。區(qū)別于固定基座的機械臂，輪椅機械臂結(jié)合了移動平臺和多自由度機械臂的雙重優(yōu)點，既可以像移動機器人那樣在一個更廣闊的空間內(nèi)活動，又可以靈活地進行取物操作。這種基于移動平臺的機器人雖然優(yōu)點眾多，但是由于其自身結(jié)構(gòu)的復雜性以及較高的人機交互性，給相關(guān)研究人員帶來了很大的挑戰(zhàn)。針對輪椅機器人的研究，歐美國家的研究起步較早，早在上個世紀六十年代就出現(xiàn)了第一臺輪椅機器人CASE[5]，之后就展開了關(guān)于輪椅機器人的大量研究。（a）（b）（c）圖1.2Manus機械臂及其應用在眾多研究中，較為成功的有荷蘭ExactDynamics公司研制的Manus機械臂[6]，如圖1.2(a)所示，該機械臂共有7個自由度，包括6自由度的臂身旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和1個自

河北工業(yè)大學碩士學位論文3由度的末端執(zhí)行器，此機械臂機構(gòu)緊湊、運動靈活，手臂單元整體重量僅為13公斤，臂展長度能夠達到900mm，它安裝在一個可旋轉(zhuǎn)伸縮的手臂基座上并由電機驅(qū)動，傳動系統(tǒng)由多重帶傳動和多重錐齒輪傳動組成，末端執(zhí)行器為腱繩驅(qū)動的兩指手系統(tǒng)。由于Manus機械臂出色的可移植性，因此被應用到多款輪椅機器人中,如圖1.2(b)、(c)所示，Manus機械臂可以代替人手完成關(guān)燈、倒水等操作。西班牙馬德里卡洛斯III大學研發(fā)的Mats[7]輪椅機械臂，如圖1.3所示，該輪椅機械臂具有5個自由度，重量僅為11公斤，但是臂展能夠達到1.3m。該機械臂的自主性良好，僅需電源供電。此外該機械臂安裝在一個半環(huán)性導軌上，可以根據(jù)需要來充當人體的左右手臂。圖1.3Mats機械臂JACO[8]機械臂是加拿大Kinova公司研制的一款輪椅用機械臂產(chǎn)品，如圖1.4所示。圖1.4JACO機械臂該機械臂是六自由度的串聯(lián)機械臂，末端執(zhí)行器為一款具有三根手指的多自由度

【參考文獻】：
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博士論文
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碩士論文
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本文編號：3014885