隨著助老助殘機(jī)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(jī)器人安裝在固定位置,這就導(dǎo)致它的服務(wù)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(wù)機(jī)械臂,該機(jī)械臂將輪椅的移動性、輪椅座椅位姿的可調(diào)性與機(jī)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(hù)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(jī)械臂的設(shè)計準(zhǔn)則確定了機(jī)械臂的自由度數(shù)和關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)構(gòu)型,并利用UG軟件建立機(jī)械臂的虛擬樣機(jī)。建立輪椅機(jī)械臂的運(yùn)動學(xué)模型,根據(jù)D-H法得到機(jī)械臂的運(yùn)動學(xué)正逆解,并用矢量積分法推導(dǎo)出機(jī)械臂的雅克比矩陣,基于蒙特卡洛法分析了輪椅機(jī)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(jī)構(gòu),建立了輪椅機(jī)械臂系統(tǒng)的運(yùn)動學(xué)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(dǎo)出了座椅兩種調(diào)姿狀態(tài)下輪椅機(jī)械臂系統(tǒng)的運(yùn)動學(xué)方程;之后對此冗余輪椅機(jī)械臂系統(tǒng)的運(yùn)動學(xué)逆解進(jìn)行仿真驗證。3.對機(jī)械臂進(jìn)行受力分析。根據(jù)機(jī)械臂連桿間力的傳遞關(guān)系及達(dá)朗貝爾原理推導(dǎo)出機(jī)械臂的靜力學(xué)及動態(tài)靜力學(xué)方程,并求解出在不同工況下機(jī)械臂各關(guān)... 

【文章來源】：河北工業(yè)大學(xué)天津市 211工程院校

【文章頁數(shù)】：81 頁

【學(xué)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(jī)械臂設(shè)計2現(xiàn)如今助老/助殘機(jī)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(hù)理床產(chǎn)品；幫助殘障人士及肢體退化老年人進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練的康復(fù)臂等多種類型的機(jī)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(jī)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(jī)械臂的運(yùn)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(jī)械臂的研究現(xiàn)狀及機(jī)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(jī)械臂的技術(shù)研究具有巨大的社會意義和經(jīng)濟(jì)價值，應(yīng)用前景廣闊。1.2國內(nèi)外輪椅機(jī)器人研究現(xiàn)狀輪椅機(jī)器人的設(shè)計目的是將輔助機(jī)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(jī)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(xué)者對這種基于移動平臺的機(jī)器人進(jìn)行了相關(guān)研究。區(qū)別于固定基座的機(jī)械臂，輪椅機(jī)械臂結(jié)合了移動平臺和多自由度機(jī)械臂的雙重優(yōu)點(diǎn)，既可以像移動機(jī)器人那樣在一個更廣闊的空間內(nèi)活動，又可以靈活地進(jìn)行取物操作。這種基于移動平臺的機(jī)器人雖然優(yōu)點(diǎn)眾多，但是由于其自身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及較高的人機(jī)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(jī)器人的研究，歐美國家的研究起步較早，早在上個世紀(jì)六十年代就出現(xiàn)了第一臺輪椅機(jī)器人CASE[5]，之后就展開了關(guān)于輪椅機(jī)器人的大量研究。（a）（b）（c）圖1.2Manus機(jī)械臂及其應(yīng)用在眾多研究中，較為成功的有荷蘭ExactDynamics公司研制的Manus機(jī)械臂[6]，如圖1.2(a)所示，該機(jī)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(xué)碩士學(xué)位論文3由度的末端執(zhí)行器，此機(jī)械臂機(jī)構(gòu)緊湊、運(yùn)動靈活，手臂單元整體重量僅為13公斤，臂展長度能夠達(dá)到900mm，它安裝在一個可旋轉(zhuǎn)伸縮的手臂基座上并由電機(jī)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(jī)械臂出色的可移植性，因此被應(yīng)用到多款輪椅機(jī)器人中,如圖1.2(b)、(c)所示，Manus機(jī)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(xué)研發(fā)的Mats[7]輪椅機(jī)械臂，如圖1.3所示，該輪椅機(jī)械臂具有5個自由度，重量僅為11公斤，但是臂展能夠達(dá)到1.3m。該機(jī)械臂的自主性良好，僅需電源供電。此外該機(jī)械臂安裝在一個半環(huán)性導(dǎo)軌上，可以根據(jù)需要來充當(dāng)人體的左右手臂。圖1.3Mats機(jī)械臂JACO[8]機(jī)械臂是加拿大Kinova公司研制的一款輪椅用機(jī)械臂產(chǎn)品，如圖1.4所示。圖1.4JACO機(jī)械臂該機(jī)械臂是六自由度的串聯(lián)機(jī)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(xiàn)】：
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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