機(jī)械義肢(上肢)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

ABSTRACT 第2章仿生上肢結(jié)構(gòu)分析 第3章上肢義肢的的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 第4章伺服元件的選取和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 第5章上肢義肢結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析 12ABSTRACTtwo-dimensionalGeneralAssemblyandmainpKeywords：structure；designofmechan32412萬的肢殘患者，其中29%為上肢殘疾患者與1987年第一次全國殘疾人抽樣調(diào)查的限，但是此肌肉電勢假手動作準(zhǔn)確率己能達(dá)到90%左右，英國TouchBionicS公司制造高性能的機(jī)械義肢的研究具有一定的科研價值和廣闊的市場潛力。43、設(shè)計(jì)上肢義肢結(jié)構(gòu)的零部件，完成驅(qū)動原件和標(biāo)準(zhǔn)件的選擇和校核，主要包52.1仿生上肢的研究方向在仿生機(jī)構(gòu)學(xué)中，特別重視對人體上肢和下肢的結(jié)構(gòu)及其相應(yīng)機(jī)能的分析與研究，以便模擬制造出高水平的人造手足。根據(jù)用途的不同，機(jī)械臂一般可分為兩類：2.2人類上肢關(guān)節(jié)分析于抓取物體和做細(xì)巧的動作提供了方便.除拇673.1相關(guān)技術(shù)參數(shù)1、自由度：是指上肢義肢所具有的獨(dú)立坐標(biāo)軸運(yùn)動的數(shù)目，不包括手爪(末端2、精度：上肢的精度主要依存于機(jī)械誤差、控制算法誤差與分辨率系統(tǒng)誤差。機(jī)械誤差主要產(chǎn)生于傳動誤差、關(guān)節(jié)間隙與連桿機(jī)構(gòu)的撓性。傳動誤差是由輪、承載能力：是指義肢在工作范圍內(nèi)的任何位姿上所能承受的最大質(zhì)量。3.2設(shè)計(jì)原則與要求1、最小運(yùn)動慣量原則：由于操作機(jī)運(yùn)動部件多，運(yùn)動狀態(tài)經(jīng)常改變，必然產(chǎn)生學(xué)特性。為此，在設(shè)計(jì)時應(yīng)注意在滿足強(qiáng)度和質(zhì)量，并注意運(yùn)動部件對轉(zhuǎn)軸的質(zhì)心配置。2、尺度規(guī)劃優(yōu)化原則：當(dāng)設(shè)計(jì)要求滿足一定工作空間要求時，通過尺寸優(yōu)化以3、高強(qiáng)度材料選用原則：由于操作機(jī)從手腕、小臂、大臂到機(jī)座是依次作為負(fù)載起作用的，選用高強(qiáng)度材料以減輕零部件的質(zhì)量是十分必要的。必須恰當(dāng)?shù)剡x擇桿件剖面形狀和尺寸，提高支承剛度和接觸剛度，合理地安排作用在臂桿上的力和力矩，盡量減少桿件的彎曲變形。5、可靠性原則：義肢操作機(jī)因機(jī)構(gòu)復(fù)雜環(huán)節(jié)較多，可靠性問題顯得尤為重要。86、工藝性原則：義肢是一種高精度、高集成度的機(jī)械系統(tǒng)，良好的加工和裝配工藝性是設(shè)計(jì)時要體現(xiàn)的重要原則之一。僅有合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而無良好的工藝性，必然導(dǎo)致操作機(jī)性能的降低和成本的提高。根據(jù)人體手臂的特點(diǎn)，以及整體機(jī)械手臂的功能，對機(jī)械義肢提出以下幾點(diǎn)要上臂重為1.474kg，前臂重0.755kg3.2.3機(jī)械上肢義肢造型設(shè)計(jì)及任務(wù)要求部件名稱長度（mm）直徑（mm）1手19上肢義肢能做一些簡單的運(yùn)動，比如抓取東西，可抓取0.5kg左右的重物，并可3.3傳動方式和驅(qū)動源的選擇及總體方案設(shè)計(jì)直接驅(qū)動：驅(qū)動源不經(jīng)過中間環(huán)節(jié)或經(jīng)過一個速比等于1的機(jī)械傳動這樣的中間1、電機(jī)驅(qū)動：它是是技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的一種驅(qū)動方式，為大多數(shù)智能1.假手構(gòu)件2.小臂轉(zhuǎn)動構(gòu)件3.小臂轉(zhuǎn)動支撐（1）大臂俯仰的肩關(guān)節(jié)：由步進(jìn)直線電機(jī)驅(qū)動絲杠螺母，將回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動從而推動大臂繞肩關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動產(chǎn)生俯仰運(yùn)動，在運(yùn)動中由限位開關(guān)進(jìn)行行程保（2）小臂俯仰和肘關(guān)節(jié)：采用齒輪傳動方式。（4）手腕俯仰運(yùn)動：關(guān)節(jié)采用減速電機(jī)驅(qū)動，經(jīng)一級傘齒輪變后實(shí)現(xiàn)手腕向上4.1伺服元件的選取最大轉(zhuǎn)速為3r/s，如傳動效率為90%，則所選步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速≥100r／min即能滿足要L為使步進(jìn)電機(jī)具有良好的起動及較快的響應(yīng)速度，通常推薦：TLTLTMAXLTMAX電流1.7A、驅(qū)動電壓DC24V、步距角度1.8度、最大轉(zhuǎn)矩0.35Nm、最大空載起動轉(zhuǎn)速度，最大轉(zhuǎn)矩0.35Nm、最大空載起動轉(zhuǎn)速100r/min、重量0.2kg。實(shí)物圖如下圖4.2GL機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩T=75Nm，功率P=40w，轉(zhuǎn)速n=30L聚盛VGM經(jīng)濟(jì)型行星減速機(jī)PG系列，實(shí)物圖如下圖4.3：型號輸出轉(zhuǎn)速（r/min)功率(W)電壓(V)直徑(mm)長度(mm)4.2.1絲杠的設(shè)計(jì)FFp=d為螺紋中直徑；2h為螺紋工作高度，梯形螺=0.5p、H,為相互旋合長度；[P]為許用壓強(qiáng)，查《機(jī)械手冊》得鋼對銅材料低速[P]為18…25MPH,為了設(shè)計(jì)計(jì)算，令d，則由式(1)可得：2d2FpFp2據(jù)GB5796—2005取d=9mm，則螺紋公稱直徑d=10mm、2d=7.5mm，D=10.5mm，1((4F)2)23]ddσσ3-53-5v=4.73、d2=9mm代入公式（4）得：10.2x7.5[4.2.2錐齒輪根據(jù)常用的齒輪材料及力學(xué)性能表，選取兩齒輪的材料為Q235A，調(diào)質(zhì)處理，硬2、按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)（1）確定參數(shù)值），F(xiàn)1F4.2.3軸承校核raFFFFFAABB12h4.2.4鍵的選擇及校核計(jì)算2Tx103Kldpp所以曲軸上的鍵的校核計(jì)算為5.1小臂及手掌部分設(shè)計(jì)1.手指2.連桿3.手掌開合驅(qū)動4.傘齒輪變相機(jī)構(gòu)5.手腕擺動驅(qū)動電機(jī)6.手腕如圖5.3所示，手腕轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)由減速電機(jī)提供動力，電