氣動護理助力機械的設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、<p>　　氣動護理助力機械的設(shè)計</p><p>　　Design of a pneumatic power assisting device for nursing use</p><p>　　學 院（系）： 機械工程學院 </p><p>　　專 業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化 </p><p>　　

2、學 生 姓 名： </p><p>　　學 號： </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師： </p><p>　　評 閱 教 師： </p><p>　　完 成 日 期： </

3、p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　由于計劃生育政策的影響,現(xiàn)在的社會年齡結(jié)構(gòu)已呈現(xiàn)到三角形,中國進入老齡化社會將會是遲早的事,老年人的數(shù)量很多,而且還有上升趨勢,而當今家庭結(jié)構(gòu)小型化,這大大的加重了年輕人的負擔,一對夫妻可能要撫養(yǎng)兩對老人,這樣在精力上將會有所不足,外加如果有了重病的病人,對護理人員的體力要求也是很高的,為了使老年人能夠自主

4、護理病人,家庭助力機械的發(fā)展成為必然.</p><p>　　對臥病在床的病人和不能隨意支配身體的老年人等,如果可以在護理他們的時候,為護理人員提供一些助力,這樣,對于護理人員來說可以節(jié)省很多體力,減輕勞動強度,并且可以順利的完成護理動作,本設(shè)計方案是基于該設(shè)計理念提出的.該機械將被穿戴在護理人員身體上,使用氣缸在必要的關(guān)節(jié)提供助力,幫助護理人員完成既定動作.所用的材料多為米思米的型材與零件,另有設(shè)計所需的一些零件

5、,詳見圖紙,通過proe三維造型并用manikin模塊做動作演示以保證機械裝置的實用性.</p><p>　　本次設(shè)計使用的機構(gòu)具有簡單、輕便，造價不高等優(yōu)點；使用的動力系統(tǒng)為氣動系統(tǒng)，提供的助力柔和，較適合病人與老年人使用；護理動作為人主機輔模式，護理人員與病人或老人之間沒有機械結(jié)構(gòu)，會減低老年人對及其的恐懼并且增加護理人員的可操作性；操作簡單，不需要專業(yè)訓練和指導(dǎo)，需要通過設(shè)定好的程序驅(qū)動機構(gòu)。很適合個人護理

6、，整機械具有輕便，價格低廉，結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定，能夠有效地減輕護理人員的負擔。</p><p>　　主要設(shè)計參數(shù)：床面高度600mm，提供的助力約為人體重量的一半約為500N，互利機械活動范圍500mm-180mm，使用4.2大氣壓的便攜式空壓源。</p><p>　　關(guān)鍵詞：護理；助力機械；氣動</p><p>　　Design of a pneumatic power

7、 assisting device for nursing use</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　As a result of family planning of birth control , the age structure of the society has been abnormal ,China will b

8、e a old-age country sooner or later ,the number of the old is very big ,and it seems grow .Nowadays ,most of families are the small which are different from that before ,and this will greatly increase the burden of the y

9、oungs ,a couple may raise two pairs of elderly ,which will be result in the shortage of attentions ,in addition to the patients ,we need a strong nurse so that we can</p><p>　　For those who lie in their bed

10、because of illness and those who cannot copy their bodies very well ,we can design a machine that help the nurses ,in this way ,we can induce the labor intensity of the nurses ,and the nurses can fulfill the task smoothl

11、y .The machine will be wear by the nurses ;driven by cylinder in the right way .The material of the machine is almost from misumi ,and some other parts needed is design .We use the proe to make the shape of the machine ,

12、and use the manikin to make s</p><p>　　The design of the pneumatic machine has the advantages of simple, lightweight and low cost .The power system use the pneumatic system to provide soft power ,more suited

13、 to patients and elderly .Use human host and auxiliary mode ,there is no structure between the nurses and the old or the patients ,and this will be good for the old and the patients .The operation isn’t difficult so that

14、 we don’t need to train them how to use it ,but we need a set program to driven it .</p><p>　　Key words: Caring; Pneumatic ;Assistant machine</p><p><b>　　目 錄</b></p><p&

15、gt;<b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　引 言1</b></p><p><b>　　緒論2</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計目的2</b></p&g

16、t;<p><b>　　國內(nèi)外研究現(xiàn)狀3</b></p><p>　　設(shè)計的主要任務(wù)10</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計說明書11</p><p>　　總體方案的提出11</p><p><b>　　三單元設(shè)計14</b></p><p>　　上肢方案對

17、比選擇與組成14</p><p>　　腰部單元結(jié)構(gòu)對比選擇與組成18</p><p><b>　　下肢單元20</b></p><p><b>　　氣缸的選型23</b></p><p>　　氣壓傳動的優(yōu)點和缺點23</p><p>　　氣缸的類型與應(yīng)用25<

18、;/p><p><b>　　氣缸的選定26</b></p><p>　　主要參數(shù)的確定28</p><p><b>　　導(dǎo)軌的選擇28</b></p><p>　　LM 軌道構(gòu)造與特長29</p><p><b>　　整體成本估算31</b><

19、;/p><p><b>　　結(jié)論32</b></p><p><b>　　參考文獻34</b></p><p><b>　　致謝35</b></p><p><b>　　引 言</b></p><p>　　社會老齡化問題日漸

20、浮出水面，那么主要的問題就是老年人的照顧撫養(yǎng)，而現(xiàn)在家庭趨于小型化，經(jīng)常會有一個家庭有兩家老人要撫養(yǎng)，但是如果老人生病等導(dǎo)致不能自由行動，這就會導(dǎo)致年輕人們沒有足夠的精力來同時照顧，這就需要輔助助力機械來幫助老年人照顧老年人，為了能夠讓體弱的老年人照顧生病的老年人或者病人，就可以大大的解放勞動力，為社會做出更多的工作。本設(shè)計基于這樣一種想法，設(shè)計一個氣動護理助理機械來幫助體弱的老年人照顧病人或者不能自由動作的老年人。</p>

21、<p>　　本設(shè)計最基礎(chǔ)的想法來自人體本身的結(jié)構(gòu)，由于仿生學的發(fā)展，可以看到生物在歷史進化中展現(xiàn)的驚人潛力，仿照人體的結(jié)構(gòu)針對人體的結(jié)構(gòu)做出一套可以穿戴在人生上的助力機械，從而對人體進行輔助，相信效果會不錯。另外還要注意在搬運病人過程中機械和人體之間最好沒有其他的結(jié)構(gòu)，可以使護理人員和病人之間有直接的交流，這樣可以使病人得到更多的人文關(guān)懷，作為家用的小型裝置，需要小巧，操作簡單，價格低，結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定，能夠有效地減輕護理人員

22、的負擔。根據(jù)人體結(jié)構(gòu)，本設(shè)計的主要部分包括：手臂單元、腰部單元和腿部單元三個方面。針對以上的要求，本次設(shè)計主要做的工作包括：根據(jù)使用情況，做出設(shè)計的總體方案；做出實現(xiàn)護理動作的機構(gòu)并進行強度校核；進行氣缸的選型；對直線型導(dǎo)軌選型。</p><p>　　在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，對手臂單元、腰部單元和腿部單元都做了許多研究，可以進行彎腰，搬運，行走等動作。經(jīng)過proe中的manikin模塊對該裝置進行了人體尺寸和動作的測試，

23、理論上能夠平穩(wěn)，可靠地幫助護理人員完成護理動作。</p><p>　　本設(shè)計目的為減少護理人員的勞動強度，安全幫助護理人員完成護理任務(wù)。期間閱讀一些國內(nèi)外的相關(guān)文獻，進行分析學習研究，結(jié)合自己學習知識，在老師的幫助下，完成了本次氣動護理助力機械的設(shè)計。</p><p><b>　　緒論</b></p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計目的

24、</b></p><p>　　20世紀90年代以來，中國的老齡化進程加快，隨著20世紀中期出生高峰的人口陸續(xù)進入老年，可以預(yù)見，21世紀前期將是中國人口老齡化發(fā)展最快的時期，而且獨生子女的增多，使得老年人到終老時候在身邊全天伺候的人員減少。因此能夠為老年人提供自立服務(wù)和方便對老人照料幫助的產(chǎn)品正成為社會上的急需。雖然老年人是人生的“夕陽紅”階段，可是為老年人提供服務(wù)的產(chǎn)業(yè)卻是一項未來的“朝陽產(chǎn)業(yè)”，面

25、臨著越來越大的市場需求。尤其是，我們中華民族是一個有敬老傳統(tǒng)的民族，無論是老年人的子女還是全社會都對關(guān)愛老年人的事業(yè)傾注了極大的熱情，投入和很多的人力和物力。</p><p>　　提起護理器械，就會想到病床、輸液架等這些最基本、最簡單的器械，從現(xiàn)代臨床治療與護理的關(guān)系來看，醫(yī)療護理所涉及的范圍和領(lǐng)域已遠遠超出傳統(tǒng)的概念?？梢哉J為：凡是可以用來減輕護士的勞動強度、提高護理質(zhì)量、增加臨床療效、減少院內(nèi)交叉感染、促進病

26、人康復(fù)自理，并主要由護士來操作使用或協(xié)助病人使用，或遵照醫(yī)囑使用的設(shè)備、器具和用品，都屬于“醫(yī)療護理器械”。 近年來隨著為電子技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，以及全球人口老年化，醫(yī)療器械尤其是護理器械出現(xiàn)了蓬勃發(fā)展的生機，世界各國都在積極研制和生產(chǎn)各種適合家庭護理、物理治療和康復(fù)保健的護理器械。總的趨勢是：體積越來越小、功能越來越強、自動化程度越來越高、使用越來越方便、為患者考慮越來越周到。但是針對老年人行動不便這一特點，為他們直接提供助力的機械

27、，以及為給他們提供護理的人員提供助力機械還比較少見。</p><p>　　對于臥床不起的老年人，或者是不能自由行走的病人，護理人員在將他們的身體從床上搬下搬上的時候，如果單純的依靠護理人員本身的肢體力量，很耗費體力，長此以往，將會對護理人員的身體產(chǎn)生永久性的肌肉損傷；而另一方面，一旦護理人員在搬運老年人或者病人的過程中體力不支，那么將對被護理人員造成嚴重的危險。如何能夠設(shè)計出一種護理搬運機械，能夠幫助護理人員在搬

28、運護理對象的時候，助上一臂之力，減輕其體力勞動強度，本設(shè)計方案就是在這樣的構(gòu)思上提出來的。</p><p>　　通過助力機械給護理人員提供幫助，就能極大地減輕護理人員的體力勞動強度，使他們能夠輕松地完成護理工作。尤其是對于女性或者年長的護理人員來說，這種助力機械將使他們完成本來不可能完成的工作，從而降低了對護理人員的體力要求，能使他們更好的為病人提供護理。</p><p>　　同樣的，有了

29、這種機械的幫助，護理人員可以輕松地搬起老年人，護理人員可以同時對多位老人進行護理，而不會感到疲勞或厭倦，甚至可以實現(xiàn)由老年人來護理老年人，從而使一個家庭里的老兩口可以互相照顧，這樣不僅極大地節(jié)約社會勞動力資源，而且減輕老年人給社會或子女造成的負擔，是老年人的心理壓力減小，從而過上輕松幸福的晚年生活。</p><p><b>　　國內(nèi)外研究現(xiàn)狀</b></p><p>

30、　　由于日本是全世界人口老齡化最嚴重的國家，因此格外重視幫助老年人的護理機械的研究。日本靜岡縣time公司制造的用于護理的可變換形狀的新產(chǎn)品，他可以變換形狀來實現(xiàn)病人的搬運以及躺臥，且可以提供助力給護理人員。其構(gòu)造如圖1.1所示。</p><p>　　圖1.1 time公司可變換形狀裝置臥式結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　從圖1.1可以看出來，該機構(gòu)可以變換形狀，實現(xiàn)對病人的搬上搬下以及身

31、體的轉(zhuǎn)動，但是該機構(gòu)很笨重，機構(gòu)也很復(fù)雜，且造價很高，對于普通的家庭使用來說，其龐大的體積，笨重的機構(gòu)，以及昂貴的價格都不太適合使用，所以該機構(gòu)雖然功能較多，但是很難普遍使用。</p><p>　　日本東京工業(yè)大學北川（土冢）越研究室的下肢助力裝置</p><p>　　助力裝置安裝效果圖如下圖1.2所示。本裝置使用便攜式的空氣壓力源作為動力裝置，主要針對那些肌肉力量及骨骼有疾病的患者。患者

32、可以借助該下肢助力裝置抵消行走時的負荷，以減輕腿部關(guān)節(jié)的疼痛。不僅可以在平坦的地方使用，也可以在有坡度的地方使用。</p><p>　　圖1.2 安裝效果圖 圖1.2.1 助力裝置結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖1.2.1是該助力裝置的結(jié)構(gòu)簡圖。主要是利用氣缸來支撐負重，再與一個鞍形坐墊連接。此機構(gòu)中的自鎖機制鎖定時，可以支撐負載。自鎖機制解

33、除時，支撐桿可以活動，以實現(xiàn)行走的動作。</p><p>　　東京工業(yè)大學開發(fā)的“零號搬運工”</p><p>　　這是一種通過幾條“腿”的交替伸縮，實現(xiàn)攀爬樓梯的載物機器人。其八個腿部支撐輪4個為驅(qū)動輪，4個為被動輪，滑動腿由電機控制伸出和縮回，下為機構(gòu)動作方案。</p><p>　　圖1.3 圖

34、1.3.1</p><p>　　研究人員近期著力解決了伸縮“腿”既可以在支撐狀態(tài)可以提供足夠的支撐力，又可以在收回時動作較為迅速的問題。其內(nèi)部通過使用一個行星輪變速器提供了高速、低速和鎖定三個檔位，為該機器人提供了支撐、收回和緊急鎖定三個姿態(tài)。</p><p><b>　　圖 1.3.2</b></p><p>　　此為變速器的檔位變換機構(gòu)模塊

35、圖。</p><p><b>　　圖1.3.3</b></p><p>　　圖1.3.3中（a）為結(jié)構(gòu)模塊，（b）是自動爬樓梯實驗，（c）是承載使用者實驗，（c）是與其他機器人結(jié)合作為室內(nèi)檢查機器人。</p><p><b>　　表 1.1</b></p><p>　　表中數(shù)據(jù)為“零號搬運工”的主要

36、技術(shù)參數(shù)。</p><p>　　該機構(gòu)“腿”機構(gòu)的設(shè)計簡捷實用，可很好地完成搬運重物攀爬樓梯的功能，但其電控系統(tǒng)過于復(fù)雜，變速機構(gòu)也過于細致。當搬運重物時需首先將重物置于該機構(gòu)的平面上，不適于家庭使用。且通用性也不夠強，當面對鋼琴等跨度較大的物品時，安全性不夠，甚至無法完成任務(wù)。</p><p>　　日本筑波(Tsukuba)大學研制的HAL系列機器人</p><p&g

37、t;　　日本筑波大學Cybemics實驗室的科學家和工程師們，研制出了世界上第一種商業(yè)外骨骼機器人(HybridAssistiveLeg，HAL)，準確地說，是自動化機器人腿:混合輔助腿。這種裝置能幫助人們以每小時4公里的速度行走，毫不費力地爬樓梯，HAL機器腿的運動完全由使用者通過自動控制器來控制，不需要任何操縱臺或外部控制設(shè)備。HAL由背囊、內(nèi)裝計算機和電池的一組感應(yīng)控制設(shè)備、4個電傳裝置(對應(yīng)分布在骸關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)兩側(cè))組成。這種幫

38、助人行走的外骨骼動力輔助系統(tǒng)，配備較多的傳感器，如角辨向器、肌電傳感器、地面?zhèn)鞲衅鞯?，所有動力?qū)動、測量系統(tǒng)、計算機、無線網(wǎng)絡(luò)和動力供應(yīng)設(shè)備都裝在背包中，電池掛在腰部，是一個可佩戴的混合控制系統(tǒng)，根據(jù)生理反饋和前饋原理研制的動力輔助控制器可以調(diào)整人的姿態(tài)，使其感到舒適。HAL機器人骨架是一種“穿”在人身上的特殊構(gòu)架，固定在皮帶上的微型計算機根據(jù)皮膚電脈沖收集有關(guān)肌肉活動的信息，然后借助于伺服電動機加強動作，以此降低肌肉的負荷，從而幫助工

39、人和體力活動受限制者。</p><p>　　圖1.4.1 筑波大學研制的HAL-3“混合輔助腿”</p><p>　　2005年，經(jīng)改良后代號為“HAL-5”在愛知世博會上首次亮相，其重量約15公斤，電池供電，一次充電可工作兩個小時和更多時間(取決于負載大小)。同樣通過電力信號在皮膚表面的變化中探測到肌肉的運動，然后將運動的力量放大。借助這種機器裝置的幫助，一個弱不禁風的小女子也能提起幾

40、十公斤的重物。與HAL-3不同之外在于HAL-5增加了上肢支持系統(tǒng)。</p><p>　　圖1.4.2 HAL-5</p><p><b>　　臥床病人護理機械臂</b></p><p>　　下圖1.5是國內(nèi)某醫(yī)院的醫(yī)師申請的臥床病人護理機械臂，在該裝置中，其結(jié)構(gòu)是由底座、萬向輪、升降機械臂、蝸輪減速機、手輪、滑套和立柱構(gòu)成，萬向輪設(shè)置在底座

41、的下方，表面設(shè)置有齒條的立柱固定在底座上，滑套與立柱套接在一起，升降機械臂與滑套固定在一起，設(shè)置有手輪的蝸輪減速機與滑套連接在一起。通過手輪的搖動來達到升降目的，通過渦輪減速機達到助力的目的。該護理機械結(jié)構(gòu)簡單、易于加工、使用方便。該裝置的升降機械臂沒有調(diào)節(jié)功能，只能像叉車一樣將護理對象搬起，另一方面，利用手輪和渦輪減速機進行升降運動也不是很方便，護理人員需要站在該裝置的后面才能操作，在升降過程中，缺少了對護理對象的保護。所以雖然申請了

42、專利，但是沒有在國內(nèi)得到很好的推廣。</p><p>　　圖1.5 臥床病人護理機械臂</p><p>　　日本電氣通信大學的小山猛等人，研制了可為護士提供助力的護理助力機器人。如圖1.6所示。通過電動助力系統(tǒng)，為站在機器人前面的護理人員提供助力。從而使護理人員能夠更輕松的完成護理工作。</p><p>　　圖1.6護理助力機器人實用圖</p><

43、;p>　　在這個研究中，在設(shè)計中特別強調(diào)了使用機械式助力設(shè)備時，充分利用護理人員的能力。比如，讓護理人員直接與老年人相接觸，這樣可以減輕老年人對機器的恐懼感，增強他們的安全感和舒適度。護理人員還能夠在護理時，與老年人一邊進行語言和情感的交流，一邊觀察老年人的細微狀態(tài)變化和身體反應(yīng)，一邊進行護理工作。從而獲得比單純使用機器更好的、和更人性化的護理效果。</p><p>　　但是，這個研究也有結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)過于

44、復(fù)雜的弊病。獨立可穿戴式動力助力衣服有腳踝部、膝蓋部、腰部、肩部、肘部等多個關(guān)節(jié)。驅(qū)動這些關(guān)節(jié)需要大量的氣動作動器?？刂七@些作動器還需要復(fù)雜的自動控制回路。同時該裝置也消耗大量的壓縮空氣氣體能源。護理助力機器人，使用電動系統(tǒng)，力的控制的實現(xiàn)比較復(fù)雜，需要依賴安裝在上肢處傳感器來實現(xiàn)。該傳感器根據(jù)肌肉發(fā)出的電信號來測量肌肉發(fā)生的力量。</p><p>　　由于上述研究過于復(fù)雜，裝置過于昂貴，不能面向以護理對象為老年

45、人的一般家庭用戶，因此本畢業(yè)設(shè)計擬開發(fā)一種新型的氣動護理助力機械，以滿足實際需要，填補這一方面的空白。</p><p><b>　　設(shè)計的主要任務(wù)</b></p><p>　　在本畢業(yè)設(shè)計中，我們設(shè)計了針對幫助護理人員的氣動護理助力機械。有了這種機械的幫助，護理人員可以輕松地從床上搬起老年人，并搬運到需要移動的地方。為了實現(xiàn)給護理人員提供助力的目的，我們設(shè)計了氣動護理

46、助力機械。它具有以下的特點：結(jié)構(gòu)簡單輕便，造價便宜，便于穿戴，適用于家庭醫(yī)院等場合。使用氣動系統(tǒng)，提供的助力輕柔、使老年人感到舒適。護理所需的抬起和放下老年人的動作，均由氣動系統(tǒng)和護理人員共同來完成，從而降低老年人對機器的恐懼感，增加護理工作的安全感。操作簡單，直觀。不需要特殊的學習和訓練。本裝置采用便攜式空氣壓力源作為主動力裝置，無污染、無液體泄漏，動作迅速且可提供一定的緩沖。并且自鎖機制的運用，可以很好地將負載傳遞給地面，利用大地這

47、個天然的支撐架來進行支撐，從而省去大部分的人力。通過本助力機械的幫助，人們輕松地完成搬運病人任務(wù)，變繁重體力勞動為輕量的體力勞動，從而達到減輕負擔的目的。</p><p>　　本助力機械設(shè)計的主要任務(wù)包含以下內(nèi)容：</p><p>　　第一，面向家庭使用，從護理人員實際使用的需要出發(fā)，提出了總體設(shè)計方案。綜合考慮實際需要情況，從可穿戴以及助力兩個關(guān)鍵點出發(fā)，提出了總體設(shè)計方案。</p

48、><p>　　第二，對機構(gòu)進行細化，對關(guān)鍵零部件進行設(shè)計。</p><p>　　第三，設(shè)計了帶有有鎖定與解鎖機制的導(dǎo)軌支架機構(gòu)的下肢。</p><p>　　第四，設(shè)計可以完成搬運病人的上肢單元和腰部單元。</p><p>　　第五，對氣缸進行選型。</p><p>　　第六，進行直線導(dǎo)軌的滑臺選型。</p>

49、<p>　　第七，使用Proe及manikin庫建立人機三維模型，并且用Autocad編輯繪制裝配體的二維工程圖。</p><p><b>　　主要設(shè)計參數(shù)確定：</b></p><p>　　本設(shè)計中以搬運病人為目的，病人的體重約為50Kg。在實際設(shè)計中，以50Kg作為最大負載模型來進行設(shè)計以及計算。便攜式空氣壓力源壓力為4.2bar。</p>

50、<p>　　主要設(shè)計參數(shù)：最大助力50Kg；便攜式空壓源壓力4.2bar。</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計說明書</b></p><p><b>　　總體方案的提出</b></p><p>　　在對研究背景及現(xiàn)狀有了大致了解后，總結(jié)已有成果的經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)一般的便攜式以及可穿戴式助力裝置設(shè)計中，是通過所設(shè)計的

51、機構(gòu)來抵消或轉(zhuǎn)移部分重物的重量，使得真正由人體承擔的負載減小或更加易于承擔。這也是助力機械的基本原理和思想?？墒?，有時助力機構(gòu)雖然可以抵消負重，但其借力點，也就是作用力的另一端依舊是人體，有些裝置只不過是利用肩部的力量比較大而且比手臂要易于負重的原理，將負載通過機構(gòu)轉(zhuǎn)移到肩部。這種機構(gòu)實現(xiàn)了助力，使得重物易于搬運，但穿戴在身上，肩部仍然會受到力的作用，不便于長時間的搬運。</p><p>　　本次設(shè)計包括了如何將

52、負荷傳遞到地面。針對所需要模擬的實際情況及設(shè)計的具體要求，同時考慮到整個助力裝置盡量體積小，重量輕，便于穿戴，使用方便，動力源使用空氣壓力源等。</p><p>　　設(shè)計最初的想法是將這個機械做成小車型，類似與工廠用的叉車，將病人放在搬運臂上，再利用動力裝置，提起病人，借助車輪就可以搬運病人了。小車型的助力機械具有很多優(yōu)點，比如：使用起來方便，結(jié)構(gòu)簡單，搬運過程中的阻力會很小，搬運過程流暢等。往屆的學長們設(shè)計的也

53、是車型的，這在一定程度上也影響著我的本次設(shè)計計劃。但是，車型的結(jié)構(gòu)也有其致命的缺點，比如：在搬運過程中，護理人員與病人之間有著機械結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致護理人員不能與病人接觸，這樣的話，如果在搬運過程中，病人失去平衡等，護理人員鞭長莫及，不能及時的做出處理動作在安全方面和病人的心里方面都有許多問題；另外，車型的機構(gòu)在搬運過程中很方便，但是在搬運的時候由于滾輪的存在，會導(dǎo)致再轉(zhuǎn)身的時候不能夠很方便，很快捷的轉(zhuǎn)身；而且，車型的機構(gòu)在結(jié)構(gòu)上比較大，在進出

54、家里的房門的時候，多有不便，護理人員在操作的時候也不能夠得心應(yīng)手。在這個方案中，最主要的問題就是提出的第一個缺點，不能和病人有足夠的接觸和交流，限制了這種結(jié)構(gòu)的發(fā)展。為了克服以上缺點，達到護理人員與病人之間的契合，使護理人員在護理時候能夠隨心的操作機構(gòu)，動作較靈活，我們致力于設(shè)計一個能夠完美解決這些問題的機械</p><p>　　接著，受到了工程機械中平衡吊的啟發(fā)，我想到了是不是可以設(shè)計一個類似與平衡吊類似的機械

55、，這樣，護理人員可以騰出雙手即時的護理與搬運病人，能夠?qū)崿F(xiàn)搬運與護理的任務(wù)。但是這樣的機械也有其致命的缺點，使用限制很大，只能夠在平衡吊安置位置使用，這樣的話就不能夠完成將病人換病房等需要大范圍移動的任務(wù)，而且，這樣也會使病人感覺到不適，好像自己想機器一樣被來回擺弄。</p><p>　　至此，否定了前面的些許方案，我們開始尋找新的方案。接觸了仿生學后，覺得是不是可以使用仿生學做一個可以穿戴在人身上的助力機械，這

56、一想法得到了老師的贊同，并且給了我許多相關(guān)的材料，于是，我開始研究這種機械的結(jié)構(gòu)，怎樣設(shè)計才能使這個機械更適合人體的穿戴呢。最初，依然是想做個與人體相似的機構(gòu)，把基本的骨架畫了出來，之后在各個機構(gòu)之間增加原動件，經(jīng)過層層篩選與組合，最終定下了如下的方案。</p><p>　　設(shè)計方案[1]如下圖：</p><p>　　整體裝置由上肢單元、腰部單元和下肢單元組成。使用演示如圖：</p&

57、gt;<p>　　本方案以腰部單元為固定單元，腰部框架與人體腰部固定，胸部與靠背固定，腿部與腿部單元固定，腳踏在踏板上。該方案所用的五個氣缸都是分別驅(qū)動，使用時，腰部單元的氣缸放松，人體彎腰；腿部單元氣缸放松可以曲腿；手部單元氣缸伸出手臂伸直；抱起病人之后，腿部單元氣缸發(fā)力，可以站起；腰部單元氣缸發(fā)力，可以直腰；手部單元氣缸收縮，可以把病人抱緊。手臂的彎曲與伸直活動范圍約0-300mm，腰部單元的彎曲活動范圍是0-45度，

58、下肢單元氣缸行程200mm，導(dǎo)軌的滑動范圍300mm，可以完成下蹲動作，綜合各個運動于一身，可以完成下蹲彎腰伸展手臂抱取病人的動作，站起直腰收縮手臂抱緊病人動作。整體作用范圍垂直方向約在50mm-180mm之間，能夠完成抱起并且放下病人的任務(wù)。[2]</p><p><b>　　三單元設(shè)計</b></p><p>　　上肢方案對比選擇與組成</p>&l

59、t;p>　　手部單元在設(shè)計初，提出了許多方案，從中選了兩種作對比說明。[3]如圖：</p><p><b>　　方案：1</b></p><p><b>　　方案：2</b></p><p>　　方案一所表達的機構(gòu)上肢部分由靠背、氣缸、手部桿組組成。使用兩個氣缸完成所需動作，機構(gòu)動作軌跡確定，方案較簡單，通過氣缸作用

60、平行四邊形機構(gòu)，從而達到改變手臂方位和角度的目的，完成上肢運動。兩個氣缸在靠背的兩側(cè)固定。此方案在設(shè)計初，是希望氣缸能夠在連接氣缸座兩個桿之間，這樣有兩個好處，第一，氣缸工作動力會比現(xiàn)在的大，因為現(xiàn)在的結(jié)構(gòu)會使氣缸在工作時是小面積方向作用力；第二個好處就是可以節(jié)省空間，氣缸座不需要延伸到腰部。但是在實際設(shè)計時，發(fā)現(xiàn)如果想實現(xiàn)要求的行程位置，氣缸放在兩桿之間會導(dǎo)致手臂機構(gòu)不能完成固定行程，從而影響到了機構(gòu)的應(yīng)用性，也考慮錯開氣缸的位置，但

61、是這樣就會導(dǎo)致產(chǎn)生扭矩，對于滑動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性造成了影響，所以，最終決定將氣缸擺在如上圖的位置。</p><p>　　方案二所表達的機構(gòu)上肢部分由靠背、氣缸、手部桿組組成。這個機構(gòu)由于自由度比較大，需要的氣缸數(shù)量較多，在大臂和靠背之間，大臂和小臂之間都需要氣缸支持，所以需要四個氣缸，這樣，在空間上，手臂下面的空間安排兩個氣缸是很緊張的，而且，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)不科學，可靠性不高。但是，用于驅(qū)動的氣缸可以換成動力氣囊，來完

62、成手部單元的驅(qū)動，有相關(guān)文獻講述氣囊驅(qū)動的例子，但是由于沒有找到更多的相關(guān)資料，沒有研究的資料，沒有在此方案多下功夫。</p><p>　　綜合各方面因素，選擇方案一為手部單元的結(jié)構(gòu)，人體將小臂放在該機構(gòu)的小臂處，大臂和四邊形機構(gòu)固定，胸部和靠背固定，這樣，就可以使上肢部位發(fā)揮作用。</p><p>　　方案一所示機構(gòu)主要由靠背架和支架組成的靠背部、氣缸座和滑塊導(dǎo)軌組成的氣缸部和由鉸座和手

63、臂桿組組成的手臂部三部分組成。</p><p>　　靠背部由misumi鋁型材中30mm*60mm鋁合金型材和支架組裝成。型材之間使用快速鏈接滑塊連接，使用支架固定。可以將人體軀干部分固定在靠背部分，從而借助腰部單元的氣缸實現(xiàn)提供動力的目的。樣式如下圖[8]：</p><p>　　氣缸部由misumi[4]直線導(dǎo)軌中滑塊加寬加長型微預(yù)壓型導(dǎo)軌、氣缸座和帶導(dǎo)桿型氣缸組成。導(dǎo)桿可以帶動滑塊運動

64、。導(dǎo)軌滑塊用M3.5的螺栓固定在氣缸座上，氣缸用M3的螺栓固定在氣缸座上，滑塊和氣缸推桿連接起來。如下圖：</p><p>　　手臂部由三個桿和一個小臂組成。具體設(shè)計如下圖：</p><p>　　為了使各桿之間沒有運動干涉，使用了平行四邊形機構(gòu)，并且其中桿1的設(shè)計使用了叉狀，避開了各桿重心不在同一表面導(dǎo)致有扭矩存在的尷尬，長桿的長度與人體大臂的長度一致，小臂部分為了讓個使用者能夠舒服，特意

65、設(shè)計了一個符合人體結(jié)構(gòu)的外部設(shè)備。桿之間使用直徑為6的平頭鉸連接。兩個手臂可以分別動作，分別動作的好處：1）可以調(diào)整被抱起老年人的姿勢。使被護理人員能感到最大程度的舒適度。2）可以使護理人員直接面對被護理的老年人，直接與老年人相接觸，減少老年人對器械的恐懼感。增強安全感，由于有了護理人員的參與，使得老年人在心理上又一個更安全的感覺。3）增強人性化設(shè)計，由于加入了人員的直接參與，使得器械的一些不足，比如：不能自己調(diào)節(jié)，不能根據(jù)老人的直接感

66、官反應(yīng)改變出適當?shù)膭幼鳎瑏碜龀稣{(diào)節(jié)反應(yīng)。這樣使得護理人員在使用護理助力機器的同時，又不降低護理的品質(zhì)，達到和人護理一樣的護理效果。</p><p>　　上肢的運動機理，氣缸導(dǎo)桿帶動滑塊滑動，轉(zhuǎn)化成桿1的空間運動，進而借助于平行四邊形機構(gòu)轉(zhuǎn)化成手臂桿組的聯(lián)合伸縮運動，實現(xiàn)抱緊病人的目的。</p><p>　　腰部單元結(jié)構(gòu)對比選擇與組成</p><p>　　在設(shè)計腰部單

67、元時候，提出了兩種方案。</p><p>　　第一種方案是將腰部支架固定，將上肢單元與腰部單元用鉸連接后，使用氣缸驅(qū)動，腰部單元是固定在人身體上的，所以上肢單元通過氣缸作用，得到力，從而實現(xiàn)腰部單元與上肢單元的角度變化完成彎腰的動作。</p><p>　　第二種方案是將上肢單元與下肢單元連接，實現(xiàn)跨關(guān)節(jié)的連接，通過氣缸作用，實現(xiàn)腿部和上肢單元之間的角度變化。</p><

68、p>　　以上兩種方案對比來看，第一種方案優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，沒有跨關(guān)節(jié)，動作曲線單一，相對穩(wěn)定，缺點是活動范圍相對較小，腰部單元的氣缸作用的力可能需要大一些；方案二優(yōu)點是活動范圍大，腰部單元的氣缸的作用力可以小很多，缺點是在行走過程中，在上肢單元與腿部單元之間會有小范圍的干涉。綜合以上因素，選擇方案一來實現(xiàn)腰部單元。</p><p>　　腰部單元由misumi中型材拼接成的腰部框架、固定型鉸和腰部氣缸固定裝置組

69、成，之間用M4內(nèi)六角固定螺絲連接。腰部單元示意圖如下：</p><p>　　氣缸連接在上圖右端的固定型鉸上，與上肢單元的靠背的下端連接，組成腰部供力機構(gòu)。具體組裝見下圖：</p><p><b>　　下肢單元</b></p><p>　　由于在完成護理動作的時候，有時候會需要進行曲腿動作，這樣在下肢單元設(shè)計最初定的方案也是仿造人體骨骼來進行仿生

70、，在大腿與小腿之間增加氣缸做助力氣缸，這樣的優(yōu)點在于人體穿戴起來會比較舒服，因為與人體結(jié)構(gòu)相似，發(fā)力等都會比較合適，但是由于這樣的結(jié)構(gòu)會導(dǎo)致行走不便，在行走過程中，對氣缸的排氣與進氣的功率要求比較高，并且在行走過程中人體腿部對腿部氣缸的依賴并沒有想象中的那么大，所以接受了老師的意見，將腿部單元的結(jié)構(gòu)改成了直線導(dǎo)軌型，在導(dǎo)軌之間安置氣缸以作動力驅(qū)動，這樣的結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于，機構(gòu)在動作的時候不需要彎曲，這樣對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性就有了保證，而且在人體

71、彎曲腿的時候，可以根據(jù)設(shè)計的自鎖機構(gòu)來實現(xiàn)腿部直線結(jié)構(gòu)的長度變化，完成曲腿前進的動作，在需要發(fā)力時，氣缸動作便可以直接驅(qū)動，其結(jié)構(gòu)如下圖：</p><p>　　下肢單元[6]由球鉸、接頭、內(nèi)外導(dǎo)軌滑塊、氣缸、連接件、自鎖裝置、方軸、套筒和踏板組成。</p><p>　　下肢單元通過上部的球鉸與腰部單元連接，內(nèi)外導(dǎo)軌用于抬腿或者氣缸伸縮調(diào)整位置用，也用于承受重量。氣缸的連接通過直徑6的平頭鉸

72、連接。</p><p>　　自鎖裝置的設(shè)計與應(yīng)用</p><p><b>　　設(shè)計</b></p><p><b>　　自鎖機構(gòu)的工作原理</b></p><p>　　自鎖的實質(zhì)是作用在構(gòu)建上的驅(qū)動力的有效分力總是小于由所引起的同方向上的最大摩擦力。判定有四方面：</p><p&

73、gt;　?。?）對于移動副，當驅(qū)動力作用在移動副的摩擦角之內(nèi)時，將發(fā)生自鎖；對于轉(zhuǎn)動幅，當驅(qū)動力為單一力，并作用在摩擦圓之內(nèi)時，將發(fā)生自鎖；對于螺旋副，當螺紋導(dǎo)程角 將發(fā)生自鎖。</p><p>　?。?）若計算所得到的機械的生產(chǎn)阻力，在驅(qū)動力任意增大時均足夠大，則該機械發(fā)生自鎖。因為這說明當驅(qū)動力任意增大時，機械都不能運動，要生產(chǎn)阻力反向變?yōu)轵?qū)動力才能促使機械運動。</p><p>　　

74、（3）當驅(qū)動力任意增大時機械的效率小于等于0，則機械發(fā)生自鎖。</p><p>　?。?）若作用在構(gòu)件上的有效驅(qū)動力始終小于或等于其所引起的同方向的最大摩擦力，則機械發(fā)生自鎖。</p><p>　　由以上原理則知，本設(shè)計中所用到的自鎖機構(gòu)產(chǎn)生自鎖的原理如（2）。在F拉力的作用下，方軸與銷軸之間有摩擦力f產(chǎn)生，并且在彈性鋼絲的作用下，帶動鏈板有被張開的趨勢，即在方軸和銷軸結(jié)合的地方將會壓緊

75、,產(chǎn)生更大的壓力Ｆ和摩擦力f，在一定范圍內(nèi)，F(xiàn)增大，f也增大，但是始終F<f，則此時，機構(gòu)發(fā)生自鎖。圖5.1即為自鎖機構(gòu)的原理圖。</p><p>　　圖5.1 滑動自鎖機構(gòu)原理圖</p><p><b>　　自鎖機構(gòu)的校核計算</b></p><p>　　本設(shè)計中的自鎖機構(gòu)，方軸的材料為40Cr，截面為正方形，邊長為5mm；銷軸和鏈板

76、的材料也為40Cr，其中鏈板的中心距為10mm，銷軸的直徑為3mm，根據(jù)設(shè)計原理圖的幾何關(guān)系，可知當自鎖機構(gòu)工作時，原理圖中所標夾角θ的值為：</p><p>　　又查《機械設(shè)計手冊》可知，鋼－鋼的靜摩擦系數(shù)為0.15，動摩擦系數(shù)為0.1[13]，而鋼絲繩拉力在正壓力N的方向上的有效分力為：</p><p>　　由力的平衡關(guān)系可得：</p><p>　　其中n為產(chǎn)生

77、有效摩擦力的銷軸數(shù)目，為保險起見，公式中采用，為鋼－鋼的靜摩擦系數(shù)?，F(xiàn)取n=8，所以計算得：</p><p>　　根據(jù)計算結(jié)果，查閱《機械設(shè)計手冊》[11]，選擇結(jié)構(gòu)為，公稱直徑為1.0mm的不銹鋼絲繩。</p><p><b>　　應(yīng)用</b></p><p>　　站立時，由于人體重力等作用，使方軸與鏈條之間產(chǎn)生相對運動，自鎖鏈條工作，防止方

78、軸與鏈條產(chǎn)生運動，腿部單元長度不變；當人體要抬腿時，下肢單元的自鎖裝置中的套筒會由于彈簧的作用彈起，頂起自鎖鏈條，自鎖裝置解鎖，方軸和鏈條之間產(chǎn)生相對運動，腿部長度減少，人體可以完成曲腿的動作。</p><p><b>　　氣缸的選型</b></p><p>　　氣壓傳動的優(yōu)點和缺點</p><p>　　氣壓傳動簡稱氣動，是指以壓縮空氣為工作介

79、質(zhì)來傳遞動力和控制信號，控制和驅(qū)動各種機械和設(shè)備，以實現(xiàn)生產(chǎn)過程機械化、自動化的一門技術(shù)。它是流體傳動及控制學科的一個重要分支。因為以壓縮空氣為工作介質(zhì)具有防火、防爆、防電磁干擾，抗振動、沖擊、輻射，無污染，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠等特點，所以氣動技術(shù)與液壓、機械、電氣和電子技術(shù)一起，互相補充，已發(fā)展成為實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的一個重要手段，在機械工業(yè)、冶金工業(yè)、輕紡食品工業(yè)、化工、交通運輸、航空航天、國防建設(shè)等各個部門已得到廣泛的應(yīng)用。<

80、/p><p>　?。?）氣壓傳動的優(yōu)點：</p><p>　　①空氣隨處可取，取之不盡，節(jié)省了購買、貯存、運輸介質(zhì)的費用和麻煩；用后的空氣直接排入大氣，對環(huán)境無污染，處理方便。不必設(shè)置回收管路，因而也不存在介質(zhì)變質(zhì)、補充相更換等問題。</p><p>　?、谝蚩諝庹扯刃?約為液壓油的萬分之一)，在管內(nèi)流動阻力小。壓力損失小，便于集中供氣和遠距離輸送。即使有泄漏，也不會像

81、液壓油一樣污染環(huán)境。</p><p>　?、叟c液壓相比，氣動反應(yīng)快，動作迅速，維護簡單，管路不易堵塞。 </p><p>　?、軞鈩釉Y(jié)構(gòu)簡單、制造容易，適于標準化、系列化、通用化。</p><p>　?、輾鈩酉到y(tǒng)對工作環(huán)境適應(yīng)性好，特別在易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射、振動等惡劣工作環(huán)境中工作時，安全可靠性優(yōu)于液壓、電子和電氣系統(tǒng)。</p><

82、;p>　?、蘅諝饩哂锌蓧嚎s性，使氣動系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)過載自動保護，也便于貯氣罐貯存能量，以備急需。</p><p>　　⑦排氣時氣體因膨脹而溫度降低，因而氣動設(shè)備可以自動降溫，長期運行也不會發(fā)生過熱現(xiàn)象。</p><p>　?。?）氣壓傳動的缺點：</p><p>　?、儆捎诳諝饩哂锌蓧嚎s性，因此工作速度穩(wěn)定性稍差。但采用氣液聯(lián)動裝置會得到較滿意的效果。</

83、p><p>　?、谝蚬ぷ鲏毫Φ停ㄒ话銥?.3～1.0MPa），又因結(jié)構(gòu)尺寸不宜過大，總輸出力不宜大于10～40kN。</p><p>　　③噪聲較大，在高速排氣時要加消聲器。</p><p>　　④氣動裝置中的氣信號傳遞速度在聲速以內(nèi)，比電子及光速慢，因此，氣動控制系統(tǒng)不宜用于元件級數(shù)過多的復(fù)雜回路。</p><p>　　對于本助力裝置而言，所要

84、實現(xiàn)的搬運重物功能，使用氣動可以方便控制支撐力的大小，同時可以增加整個裝置的安全性能，在換腳邁步過度時還可以有效地起到一定的緩沖的作用。鑒于氣壓傳動的種種優(yōu)點，采用氣壓傳動作為步行助力裝置的傳動方式是合適也是合理的。</p><p><b>　　氣缸的類型與應(yīng)用</b></p><p>　　氣缸是將氣體的壓力能變?yōu)闄C械能的能量轉(zhuǎn)換裝置。在氣壓傳動系統(tǒng)中，他是執(zhí)行元件。

85、用來帶動夾緊機構(gòu)。定位機構(gòu)，分度裝置等。氣缸的類型按活塞機構(gòu)可分為活塞式氣缸與膜片式氣缸：按安裝方式可以分為固定式氣缸，擺動式氣缸與回轉(zhuǎn)式氣缸：按氣體作用力方向可分為單向作用氣缸與雙向作用氣缸：按氣路連接方式可分為管式連接氣缸與板式連接氣缸。</p><p>　　活塞式氣缸與膜片式氣缸的比較：在氣動裝置中，活塞式氣缸與膜片式氣缸均有應(yīng)用。兩者各有優(yōu)缺點。為了更形象的說明選用結(jié)果，我們將這兩種氣缸的比較列在 表2.

86、1 </p><p><b>　　表2.1 </b></p><p>　　本畢業(yè)設(shè)計采用自行開發(fā)的便攜式空壓源：Dry Ice Power Cell（干冰空壓源）作為動力源。該空壓源具有恒定壓力為4.2個大氣壓，小型輕量，無噪音，放出的二氧化碳氣體無毒、無臭等特點。關(guān)于該便攜式空壓源的詳細資料。</p><p><b>　　氣缸的選

87、用原則</b></p><p>　?。?）根據(jù)工作情況確定氣缸的類型，安裝方式，聯(lián)結(jié)形式及大致結(jié)構(gòu)。</p><p>　　（2）根據(jù)載荷確定氣缸需要輸出的軸向力F。</p><p>　?。?）根據(jù)輸出力F和氣缸工作壓力確定活塞的直徑D。根據(jù)F和材料許用應(yīng)力[]確定活塞桿直徑d。根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)（查表）確定缸筒壁厚t，必要時進行強度驗算。</p>

88、<p>　　（4）確定密封與防塵結(jié)構(gòu)，進而確定活塞厚度b。</p><p>　?。?）根據(jù)需要的行程長度和活塞厚度b確定氣缸長度L，L=S+b+(10~20) mm。必要時，計算氣缸的耗氣量。</p><p>　　（6）根據(jù)氣缸詳細參數(shù)及密封風防塵形式進行結(jié)構(gòu)設(shè)計——畫裝配圖，零件圖（如選用通用氣缸，則可按產(chǎn)品樣本或有關(guān)手冊進行選?。?lt;/p><p>

89、　?。?）根據(jù)氣缸的工作要求，確定技術(shù)條件，包括確定零件的材料，熱處理，精度，表面粗糙度等方面的要求。</p><p><b>　　氣缸的選定</b></p><p>　　根據(jù)我們的設(shè)計要求，及需要的氣缸的工作要求。我們應(yīng)該選擇活塞式氣缸。主要原因如下：</p><p>　?。?）根據(jù)設(shè)計需要，行程為200mm。算是比較大的行程。膜片式氣缸的小

90、行程再此受到很大的限制約束。而活塞式氣缸則能滿足要求。</p><p>　　（2）作用力方面，機體采用鋁合金加上被起重物重量等問題（設(shè)計起重重量為100kg）總體重量比較大。所以要求氣缸能提供較大的作用力。</p><p>　?。?）因本畢業(yè)設(shè)計主要進行搬運助力工作，所以對氣缸運動速度無太大要求。</p><p>　　根據(jù)上述材料，再結(jié)合本次設(shè)計的相關(guān)參數(shù)，手部單元

91、的兩個氣缸選擇MISUMI產(chǎn)品中的帶導(dǎo)桿氣缸，型號MGCLF。腰部和腿部單元的氣缸型號SMC公司的CM2C40-50S單作用彈簧壓回汽缸。</p><p>　　CM2單作用彈簧壓回氣缸[10]</p><p>　　SMC公司CM2系列氣缸</p><p>　　其主要是由缸筒、端蓋、活塞、活塞桿和密封件組成，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如上圖所示：</p><p>

92、;<b>　　1）缸筒</b></p><p>　　缸筒的內(nèi)徑大小代表了氣缸輸出力的大小。活塞要在缸筒內(nèi)做平穩(wěn)的往復(fù)滑動，缸筒內(nèi)表面的表面粗糙度應(yīng)達到Ra0.8um。對鋼管缸筒，內(nèi)表面還應(yīng)鍍硬鉻，以減小摩擦阻力和磨損，并能防止銹蝕。缸筒材質(zhì)除使用高碳鋼管外，還是用高強度鋁合金和黃銅。小型氣缸有使用不銹鋼管的。帶磁性開關(guān)的氣缸或在耐腐蝕環(huán)境中使用的氣缸，缸筒應(yīng)使用不銹鋼、鋁合金或黃銅等材質(zhì)。&

93、lt;/p><p>　　SMC CM2氣缸活塞上采用組合密封圈實現(xiàn)雙向密封，活塞與活塞桿用壓鉚鏈接，不用螺母。</p><p><b>　　2）端蓋</b></p><p>　　端蓋上設(shè)有進排氣通口，有的還在端蓋內(nèi)設(shè)有緩沖機構(gòu)。桿側(cè)端蓋上設(shè)有密封圈和防塵圈，以防止從活塞桿處向外漏氣和防止外部灰塵混入缸內(nèi)。桿側(cè)端蓋上設(shè)有導(dǎo)向套，以提高氣缸的導(dǎo)向精度，

94、承受活塞桿上少量的橫向負載，減小活塞桿伸出時的下彎量，延長氣缸使用壽命。導(dǎo)向套通常使用燒結(jié)含油合金、前傾銅鑄件。端蓋過去常用可鍛鑄鐵，現(xiàn)在為減輕重量并防銹，常使用鋁合金壓鑄，微型缸有使用黃銅材料的。</p><p><b>　　3）活塞</b></p><p>　　活塞是氣缸中的受壓力零件。為防止活塞左右兩腔相互竄氣，設(shè)有活塞密封圈?；钊系哪湍キh(huán)可提高氣缸的導(dǎo)向性，

95、減少活塞密封圈的磨耗，減少摩擦阻力。耐磨環(huán)長使用聚氨酯、聚四氟乙烯、夾布合成樹脂等材料?；钊膶挾扔擅芊馊Τ叽绾捅匾幕瑒硬糠珠L度來決定?；瑒硬糠痔?，易引起早期磨損和卡死?；钊牟馁|(zhì)常用鋁合金和鑄鐵，小型缸的活塞有黃銅制成的。</p><p><b>　　4）活塞桿</b></p><p>　　活塞桿是氣缸中最重要的受力零件。通常使用高碳鋼，表面經(jīng)鍍硬鉻處理，或使用

96、不銹鋼，以防腐蝕，并提高密封圈的耐磨性。</p><p><b>　　5）密封圈</b></p><p>　　回轉(zhuǎn)或往復(fù)運動處的部件密封稱為動密封，靜止件部分的密封稱為靜密封。</p><p>　　缸筒與端蓋的連接方法主要有以下幾種：</p><p>　　整體型、鉚接型、螺紋聯(lián)接型、法蘭型、拉桿型。</p>

97、<p>　　6）氣缸工作時要靠壓縮空氣中的油霧對活塞進行潤滑。也有小部分免潤滑氣缸。</p><p><b>　　主要參數(shù)的確定</b></p><p>　?。?）氣缸承受的軸向力大小估算：</p><p>　　在此設(shè)計中，極限時刻為雙手伸直抱住病人的時候，其中 G為最大的設(shè)計助力，也就是重物的大小。計算得</p>

98、<p>　　G=mg=50*10N/kg=500N </p><p>　　手臂處有兩個氣缸，分攤這部分重力，所以每個氣缸承受250N的力量，根據(jù)手部分的結(jié)構(gòu)看，手部需承受250N的力，由于是輔助機械，不需要完全承受，提供一半以上的助力即可，所以兩個氣缸只需分別提供125N的力即可；腿部兩個氣缸同時承受250N的力。腰部作用力杠桿比例約為1:1，可提供250N左右的力。</p>&l

99、t;p>　　也就是氣缸活塞需要輸出的對外的支撐力。</p><p>　　在氣缸選型上我們選擇選用通用氣缸的方法來減少成本，提高設(shè)計器械的通用性。在此腿部我們選用SMC公司的氣缸來滿足我們的設(shè)計要求，在其公司的產(chǎn)品內(nèi)選擇我們所需要的產(chǎn)品類型；手部的氣缸選擇misumi的帶導(dǎo)桿氣缸。</p><p>　?。?）首先選擇缸筒內(nèi)徑。有三個使用條件來決定缸筒內(nèi)經(jīng)的選擇，一。確定負載重量。二，選

100、定使用的空氣壓力。在本畢業(yè)設(shè)計中，我們選用4.2個標準大氣壓的空壓源。三，動作方向，在這里我們選用單作用氣缸。單作用氣缸具體輸出參數(shù)見SMC產(chǎn)品目錄。</p><p>　　大致計算得缸徑為37mm，因此我們選擇為40mm的單作用氣缸。彈簧的作用方式，根據(jù)方案中的設(shè)定，我們選擇為彈簧壓回。</p><p>　　（2）選擇行程。腿部行程選200mm，腰部單元行程選100mm，手部單元行程100

101、mm。</p><p>　?。?）選擇安裝形式。我們選用上采用耳環(huán)一體型。因為氣缸上部要固定在腿部支架上，若采用法蘭式不便于安裝。</p><p><b>　　導(dǎo)軌的選擇</b></p><p>　　導(dǎo)軌的選擇設(shè)計中，在實現(xiàn)其功能的同時，我們本著精簡，實用，經(jīng)濟，美觀的理念來進行設(shè)計。同時為了提升氣缸的安全性，我們?yōu)闅飧滋砑恿艘粋€幫助承受側(cè)向載

102、荷的導(dǎo)軌。我們選擇了由THK公司生產(chǎn)的SSR型，裝有滾珠保持器德LM導(dǎo)軌和LM滑塊組成的滑臺機構(gòu)。這樣，在實現(xiàn)支撐功能的同時，又能滿足為氣缸分擔側(cè)向載荷的要求。另外手部單元的導(dǎo)軌選擇misumi滑塊加寬加長型微預(yù)壓型型號SELBM。[9]</p><p>　　圖 2.14 LM滑臺</p><p>　　LM 軌道構(gòu)造與特長</p><p>　　在與LM 滑塊被精密

103、研磨加工過的4 列滾動溝槽上球進行滾動，再通過球保持器與裝在LM 滑塊上的端蓋板，使各列球進行循環(huán)運動。由于裝有球保持器，使球與球之間相互摩擦所引起的球的磨損消失，并且延長潤滑脂的壽命，從而實現(xiàn)了長期無需維修保養(yǎng)，而且噪音低，音質(zhì)好，壽命長，同時提高了高速性能。</p><p>　　噪音低、音質(zhì)好：通過球保持器使球均勻地排列，球與球之間的沖突而產(chǎn)生的金屬音消失，所以噪音低，音質(zhì)好。</p><

104、p>　　長期無需維修保養(yǎng)：因通過球保持器使球與球之間的相互摩擦消失，球的摩損消失，并且增強了潤滑脂的保持性，實現(xiàn)了長期無需維修保養(yǎng)。</p><p>　　卓越的高速性，壽命長：因通過球保持器使球與球之間的相互摩擦消失，相對摩擦速度成為1/2，面壓變低，發(fā)熱減少，既能延長壽命又具有卓越的高速性。滾動摩擦變動是舊產(chǎn)品的1/10因球與球之間的相互摩擦消失，故金屬沖突音消失，球被均勻地排列進行循環(huán)，滾動摩擦阻力變動

105、小，使運動變得平滑穩(wěn)定。</p><p>　　FBW的構(gòu)造與特長:</p><p>　　圖2.15 FBW滑臺</p><p>　　低成本、互換性： 由于是沖壓成型的精密部件，該直線運動系統(tǒng)能以低成本獲得穩(wěn)定的品質(zhì)和互換性；</p><p>　　無限行程長度：與傳統(tǒng)的有限形成類型不同，該板式導(dǎo)軌能夠進行無限運動。如果與板式有限云動導(dǎo)軌拼接，

106、它也可在長行程中使用；</p><p>　　易于安裝與使用：由于它的結(jié)構(gòu)能夠防止鋼球脫落，即使滑座從板式有限云動導(dǎo)軌上卸下也是如此，此型號使用方法簡單，還可在除非拆卸就不能安裝的復(fù)雜結(jié)構(gòu)中使用；</p><p>　　配備防塵密封擋板也完成標準化：對于切削碎削或粉塵可能進入系統(tǒng)的部位，配備有防塵密封擋板的型號也實現(xiàn)了標準化。</p><p>　　在本設(shè)計中，兩處使用導(dǎo)

107、軌的位置均主要起定向作用，不需承受太大的載荷，我們選則價格較為低廉的LM型滑臺。</p><p><b>　　整體成本估算</b></p><p>　　整體的成本可分為外購件花銷和加工件與連接件成本。</p><p><b>　　外購件總價估算</b></p><p><b>　　外購件花

108、銷見下表</b></p><p><b>　　自加工件成本估算</b></p><p>　　自加工件包括手臂桿組、踏板、氣缸座、相關(guān)連接件等，其成本可以按每噸10000元估算，鋁的密度約為2.5g/cm3，總體積約為10000cm3。</p><p><b>　　成本：</b></p><p

109、>　　10000cm3*2.5g/cm3*10-6噸/g*10000元/噸=250元。</p><p>　　合計成本為：1252+250 =1502元</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　為了迎接社會老齡化的到來，打好提前量，不致于讓人們感到手足無措，我們設(shè)計了可穿戴型氣動護理助力機械。從剛開始接到任務(wù)書，到找尋

110、相關(guān)文獻，研究可行方案；從制定設(shè)計方案，到修改設(shè)計方案再到最后確定設(shè)計方案；從設(shè)計三維模型到繪制二維圖紙再到編寫畢業(yè)設(shè)計論文，都傾注了老師和我的所有精力和心血。</p><p>　　本次設(shè)計著重于對該可穿戴型氣動護理助力機械的上肢的機構(gòu)組成與結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計。對于上肢的設(shè)計方案進行了深刻的剖析，所確定的方案也是改了又改，力求能夠以最簡單的機械結(jié)構(gòu)完成復(fù)雜的護理動作，所幸，在老師的幫助下，本次設(shè)計完成了對上肢結(jié)構(gòu)的設(shè)