康复护理机器人床运动机构一体化设计
发布时间：2017-10-02 13:12
本文关键词：康复护理机器人床运动机构一体化设计
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【摘要】：全国的老龄化和高龄化的不断加深使医疗和社会保险系统面临前所未有的压力,长期卧床者和瘫痪老人的自我照顾能力非常欠缺,目前他们的护理工作主要由家属或者医疗机构护理人员承担,护理工作的强度较大,在康复护理过程中产生的费用也比较大,并且他们迫切需要良好的护理条件。长期卧床者、老年病人、瘫痪病人等人群大量存在,这类人群的照看护理与康复锻炼工作是人口老龄化国家所面临的共同问题。基于此,本文针对长期卧床者、老年人和瘫痪病人等设计了一款能够帮助他们最大程度进行身体活动和锻炼的康复护理机器人床。本论文的主要内容有以下几个方面:(1)康复护理机器人床的总体方案设计。依据对康复护理机器人床的功能要求及设计指标,确定出各个床板的尺寸参数,对康复护理机器人床进行总体布局,完成该机器人床的参数设计,从而确定该机器人床的整体设计方案。(2)运动机构设计分析,对机器人床的支背运动机构、曲腿运动机构、翻身运动机构进行设计分析,分析出各个床板在运动时运动机构在位移、速度、角度等各个参数的变化情况,从而确定各个机构的合理性,为其原动件的选型、零部件的设计与强度校核提供必要的理论依据。(3)对整体床架进行结构设计与材料选择,在对各功能机构选型及分析的基础上,对支背运动机构及其保护装置、曲腿运动机构、翻身运动及其保护机构和座便运动机构进行详细的结构三维建模设计和驱动部件选型等。(4)运用三维建模软件Solidworks中的SimulationXpress模块对关键承载部件进行应力应变的有限元分析,分析承载部件在最大受力的条件下的应力分布与位移变形情况,校核部件的强度和刚度,以确保机构运行的安全性、可靠性。(5)对康复护理机器人床运动机构的控制系统进行初步研究,初步确定控制系统总体方案,对主控制器进行选择,确定步进伺服系统的控制方式。对康复护理机器人床样机进行反复调试和测试,验证各模块运动机构运行过程的稳定性,实验样机多次运行和可靠性测试结果表明,本文所设计的运动机构运行平稳可靠、各机构之间无干涉存在,能够很好地达到预期功能。
【关键词】：康复护理机器人床 运动机构 支背 翻身 有限元分析
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242;TH789
【目录】：
- 摘要6-8
- ABSTRACT8-13
- 第一章 绪论13-20
- 1.1 课题提出背景13-14
- 1.2 课题研究的目的及意义14-16
- 1.3 国内外相关产品发展现状16-18
- 1.4 本文主要研究的内容18-20
- 第二章 康复护理机器人床的总体方案设计20-42
- 2.1 康复护理机器人床的设计要求和设计指标20-24
- 2.2 康复护理机器人床的整体方案设计24-39
- 2.2.1 总体布局24-26
- 2.2.2 康复护理机器人床的参数设计26-27
- 2.2.3 康复护理机器人床中各功能模块机构设计27-39
- 2.3 康复护理机器人床的控制系统方案39-40
- 2.4 康复护理机器人床的驱动形式40
- 2.5 本章小结40-42
- 第三章 康复护理机器人床运动机构设计与分析42-59
- 3.1 运动机构设计的原则42
- 3.2 运动机构的确定42-43
- 3.3 支背运动机构的设计与分析43-47
- 3.3.1 支背运动机构的参数设计43-44
- 3.3.2 支背机构的运动分析44-45
- 3.3.3 支背保护装置设计分析45-47
- 3.4 曲腿运动机构的设计与分析47-50
- 3.4.1 曲腿运动机构的参数设计47-48
- 3.4.2 曲腿机构的运动分析48-50
- 3.5 翻身运动机构的设计与分析50-58
- 3.5.1 翻身功能需求分析50-51
- 3.5.2 基于翻身功能需求的翻身流程分析51-53
- 3.5.3 实现翻身功能的运动机构设计与分析53-54
- 3.5.4 翻身机构运动分析54-57
- 3.5.5 基于安全性考虑的改进机构57-58
- 3.6 本章小结58-59
- 第四章 康复护理机器人床的结构设计59-78
- 4.1 整体床架结构设计59-61
- 4.2 支背运动机构一体化设计61-68
- 4.2.1 支背运动机构结构设计62-64
- 4.2.2 支背保护装置四杆机构设计64-65
- 4.2.3 支背保护四杆机构设计运动仿真65-67
- 4.2.4 支背驱动电机的选型67-68
- 4.3 曲腿运动机构一体化设计68-72
- 4.3.1 曲腿运动机构结构设计69-70
- 4.3.2 基于平行四边形机构的曲腿机构的运动学仿真70-71
- 4.3.3 曲腿驱动电机的选型71-72
- 4.4 翻身运动机构一体化设计72-75
- 4.4.1 翻身嵌套式床板设计73
- 4.4.2 翻身运动机构结构设计73-75
- 4.4.3 翻身驱动电机的选型75
- 4.5 座便运动机构一体化设计75-77
- 4.5.1 座便运动机构结构设计76
- 4.5.2 座便驱动电机的选型76-77
- 4.6 本章小结77-78
- 第五章 关键承载部件应力应变的有限元分析78-84
- 5.1 上床框应力应变的有限元分析78-80
- 5.2 下床框应力应变的有限元分析80-81
- 5.3 床腿应力应变的有限元分析81-82
- 5.4 支撑横梁应力应变的有限元分析82-83
- 5.5 本章小结83-84
- 第六章 康复护理机器人床控制方案初探84-87
- 6.1 康复护理机器人床控制系统总体方案84-85
- 6.2 主控制器和步进伺服系统的选择85-86
- 6.3 本章小结86-87
- 第七章 总结与展望87-89
- 7.1 全文总结87-88
- 7.2 课题研究展望88-89
- 参考文献89-92
- 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果92-93
- 致谢93-94
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本文编号：959783
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