多功能護理服務機器人的設計與研究.pdf

1、老齡化社會的提前到來和“空巢家庭”的日趨增多,使得越來越多的老年人“照顧缺位”。因此,用何種社會保健方式來完成因身體虛弱臥床不起和因疾患導致生活不能自理的老人家庭護理任務,已經(jīng)成為亟待解決的一個社會問題。而正是這一問題引發(fā)了醫(yī)療護理機器人領域的研究熱潮,涌現(xiàn)出了一批優(yōu)秀成果,但仍然不能滿足日常護理中的多樣化需求。
　　 針對這一形勢,本文設計了多功能護理服務機器人。該機器人兼有智能輪椅和護理床的特點,既能作為一種高智能的代步工具

2、,又能滿足家庭和醫(yī)院日常護理中的多樣化體位要求和智能座便要求,能消除病人在兩種設備間轉移時的不安全因素,在后續(xù)研究中,還將賦予它人機情感交互等更多高級智能,使高齡老人和癱瘓病人在無人照料的情況下自行解決有限范圍移動和護理問題。
　　 首先,基于人機工程學,進行了機器人總體方案設計。根據(jù)相關標準及調研結果,制定了機器人的設計原則,功能要求及設計指標；完成了機器人本體總體方案設計、控制系統(tǒng)總體方案設計；確定驅動形式及能源供給方式。<

3、br>　　 其次,完成了機器人機構的運動學和動力學分析。采用桿組分析法建立了機器人各模塊的運動學和動力學模型,在Matlab環(huán)境下完成了理論計算。針對理論計算中一些必要假設可能帶來誤差的情況,采用虛擬樣機技術對所有參數(shù)進行了再次計算,完成了對理論計算結果的驗證。結果表明,兩種方法的計算結果差值很小,理論計算結果非?？尚?。
　　 然后,采用自上而下的方法完成了機器人結構詳細設計并出了全套工程圖。主要包括總體框架、抬腿部件、抬背部

4、件、翻身部件、腳踏板升降部件和智能座便系統(tǒng)等六大功能模塊。其中,功能多樣的隨車智能座便系統(tǒng)在更大程度上體現(xiàn)了對老年人的關懷。
　　 最后,進行了機器人整車穩(wěn)定性分析和關鍵部件有限元分析。穩(wěn)定性分析主要包括總體框架設計時的上下坡縱向靜態(tài)穩(wěn)定性初步分析和整車設計完之后的上下坡時的縱向靜態(tài)穩(wěn)定性、動態(tài)穩(wěn)定性和處于斜坡時的橫向穩(wěn)定性校核。有限元分析得到了關鍵部件的應力分布和變形結果,校核了機構的強度和剛性。兩種分析均表明機器人結構有很高