隨著社會(huì)老齡化日益加劇,護(hù)理人員數(shù)量嚴(yán)重不足,因此迫切需要研發(fā)能夠替代或輔助醫(yī)護(hù)人員完成老人護(hù)理工作的機(jī)器人。護(hù)理機(jī)器人與工業(yè)機(jī)器人不同,其工作環(huán)境是動(dòng)態(tài)非結(jié)構(gòu)化的護(hù)理環(huán)境,工作對(duì)象為失能的老人,因此護(hù)理機(jī)器人的環(huán)境感知能力、人機(jī)交互的可靠性及安全性成為了研究的難點(diǎn)和熱點(diǎn)�；诖�,本文研制了一種應(yīng)用于護(hù)理場(chǎng)景下的六自由度機(jī)械臂,其結(jié)構(gòu)緊湊、負(fù)載大,能夠?qū)c瘓老人從病床上抱起,機(jī)械臂表面的皮膚具備觸覺感知和接近覺感知功能,結(jié)合提出的主被動(dòng)安全控制方法使得機(jī)器人能夠安全、可靠地執(zhí)行護(hù)理任務(wù)。針對(duì)癱瘓病人的搬運(yùn)任務(wù)需求,確定大負(fù)載機(jī)械臂的構(gòu)型和性能指標(biāo),提出一種基于多級(jí)減速的雙自由度關(guān)節(jié)方案,并設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)緊湊的六自由度機(jī)械臂,依據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo)對(duì)關(guān)鍵零部件進(jìn)行選型。建立大負(fù)載機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型,并分析其可達(dá)操作空間。為了提高人機(jī)交互的安全性,設(shè)計(jì)一種具有觸覺和接近覺感知功能的機(jī)械臂皮膚感知系統(tǒng)。分析不同類型的觸覺傳感器以及接近覺傳感器特性并進(jìn)行選型,依據(jù)傳感器的工作特性,進(jìn)行采集電路板的設(shè)計(jì)和性能測(cè)試。設(shè)計(jì)蜂窩結(jié)構(gòu)的柔性皮膚基體,其不僅保護(hù)傳感器,而且提高人機(jī)接觸時(shí)舒適性和安全性。依據(jù)所設(shè)計(jì)的機(jī)... 

【文章來(lái)源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：71 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

“RI-MAN”機(jī)器人[10]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-3-日本理化研究所的OdashimaT等人研發(fā)出了一款名叫“RI-MAN”護(hù)理機(jī)器人，用來(lái)協(xié)助護(hù)理人員完成各種護(hù)理工作，其中包括將癱瘓病人從病床上抱起然后轉(zhuǎn)移到輪椅上[10]，如圖1-2所示。MukaiT等人在“RI-MAN”的基礎(chǔ)上研制出外觀設(shè)計(jì)更加友好的護(hù)理機(jī)器人“RIBA”，如圖1-3所示，其外觀像一只白色的北極熊，并且表面包覆的柔性皮膚在與患者接觸時(shí)候能給人一種舒適安全感�！癛IBA”機(jī)器人的每個(gè)機(jī)械臂有7個(gè)自由度，其關(guān)節(jié)采用了差速耦合驅(qū)動(dòng)器機(jī)構(gòu)，使得機(jī)械臂在尺寸較小的情況依然可以輸出較大的力矩，機(jī)器人通過(guò)實(shí)際測(cè)試可以抬升起重達(dá)63kg的人。“RIBA”和“RI-MAN”機(jī)器人都可以通過(guò)融合音頻和視頻信息來(lái)實(shí)時(shí)搜索特定的人，并基于聲音識(shí)別功能來(lái)理解人的語(yǔ)音�！癛IBA”機(jī)器人表面包裹著一層觸覺傳感器，護(hù)士可以通過(guò)接觸機(jī)器人表面指引機(jī)器人抱起病人的位置、方向和所需的運(yùn)動(dòng)速度[11]。圖1-2“RI-MAN”機(jī)器人[10]圖1-3“RIBA”機(jī)器人[11]日本早稻田大學(xué)IwataH等人研發(fā)的一種復(fù)雜的人類共生護(hù)理機(jī)器人“TWENDY-ONE”，具有能夠與人友好交流，安全協(xié)助和靈巧操縱等功能，如圖1-4所示。機(jī)器人的結(jié)構(gòu)尺寸參照人體工程學(xué)進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得機(jī)器人具有人性化的外觀，其每條機(jī)械臂都具有7個(gè)自由度，裝在機(jī)械臂末端的機(jī)械手具有13個(gè)自由度，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定抓取和靈巧地操作，使得“TWENDY-ONE”機(jī)器人能夠在復(fù)雜護(hù)理環(huán)境下進(jìn)行病人的護(hù)理工作。機(jī)器人的移動(dòng)底盤采用全向輪設(shè)計(jì)，能夠在房間進(jìn)行任意方向運(yùn)動(dòng)，此外兩自由度腰部關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)擴(kuò)展了機(jī)械臂的工作范圍，可以拾取到地板上的物體。“TWENDY-ONE”機(jī)器人手臂采用片簧和電磁制動(dòng)系統(tǒng)組成的被動(dòng)阻抗關(guān)節(jié)，使得機(jī)器人與護(hù)理環(huán)境中物體接觸時(shí)產(chǎn)生順應(yīng)性，提高了執(zhí)行任?

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-4-部的后部以及前臂的外部區(qū)域都被具有高粘彈性的減震硅樹脂材料覆蓋，提高了接觸的舒適性。機(jī)器人的眼睛周圍和胸部等處帶有LED指示器的機(jī)器人內(nèi)部工作狀態(tài)，并且可以通過(guò)外部傳感器進(jìn)行視覺識(shí)別，語(yǔ)音識(shí)別和指令生成。目前，“TWENDY-ONE”機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)多種護(hù)理工作，包括支撐病人站立，將病人安全轉(zhuǎn)移到輪椅上，為病人送餐等復(fù)雜的護(hù)理任務(wù)[12]。a)支撐病人站起b)給病人送餐圖1-4“TWENDY-ONE”機(jī)器人[12]韓國(guó)機(jī)械與材料研究所的Dong等人研發(fā)出了一種雙臂“救援”機(jī)器人，如圖1-5a)所示，目前主要用于戰(zhàn)場(chǎng)或者災(zāi)區(qū)的各種救援活動(dòng)，它的每一個(gè)機(jī)械臂有5個(gè)自由度，每條手臂能夠承受40kg的載荷，其機(jī)械臂前三個(gè)關(guān)節(jié)都是電機(jī)，蝸輪齒輪和諧波減速器組成，如圖1-5b)所示，該關(guān)節(jié)不僅可以產(chǎn)生較大的扭矩輸出，同時(shí)因?yàn)槲佪單仐U傳動(dòng)的無(wú)反沖特性，即使由于意外故障而切斷電源，機(jī)器人也可以穩(wěn)定地支撐人體，保證了舉起患者或重物的安全性[13]。a)機(jī)器人整體結(jié)構(gòu)b)關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)圖1-5韓國(guó)雙臂“救援”機(jī)器人及其關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)[13]

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本文編號(hào)：3137606