622 护理机器人行走及手臂系统的设计

摘 要

随着老龄化的加剧和医患护理费用的增加，对能为患者与行动不便的老人等提供 简单护理的机器人的需求也变得更加急切，本课题设计的护理机器人的整个过程中， 综合应用所学知识，不断获取和完善相关的专业知识，达到知识的增加与能力的提高 的目的。

本文介绍了国内外护理机器人技术的发展现状及前景，按课题需要进行护理机器 人手臂和底盘行走系统的结构设计，手臂为三自由度手臂，用电机带动扇形齿轮的啮 合实现手抓的放松与夹紧，底盘行走则采用双电机带动，实现差动行驶。进行部件、 电机选型并对手臂齿轮的传递强度进行计算，最后从硬件和软件两个方面设计了单片 机在机械手控制中的应用。设计了单片机的控制电路，绘制了程序流程图。

关键词：护理机器人，机器人手臂，行走系统，单片机

ABSTRACT

With the increased of aging and the cost of doctor­patient care .The demand for simple care robot for patients of the elderly has become more urgent, Throughout the process of the design of the subject of care robot, need an integrated application of knowledge, access and improve the relevant expertise to achieve the purpose of increasing knowledge and capabilities.

This article introduces the development status and prospects of the nursing robotics domestic and international , design the care robot arm and chassis walking system according to the requirement, the degree of freedom for arm is three, use the motor drive the fan gear stretch and clamp, the chassis have two­motor drives to achieve the differential driving. And finish the selection of the parts and the motors.As well as the checking of the transmission intensity of arm gears.At the last design application of the microcontroller in the robot in both hardware and software .Design of the MCU control circuit, draw the program flowchart.

Key words: care robot, robot manipulator,move system, SCM

目 录

1 绪论 (1)

1.1 护理机器人概述 (1)

1.2 课题背景及其意义 (1)

1.3 国内外研究现状 (1)

1.4 本课题的设计要求 (4)

2 护理机器人手臂部分的设计 (5)

2.1手臂的结构设计 (5)

2.2 电机的选择 (6)

2.3大臂处齿轮的计算 (7)

2.4大臂处同步带的计算 (10)

2.5本章小结 (14)

3 护理机器人底盘系统的设计 (15)

3.1 底盘结构的设计 (15)

3.2 底盘处电机的选择 (15)

3.3 机器人底盘行走运动的简略分析 (16)

4 控制系统设计 (17)

4.1 引言 (17)

4.2 电机介绍 (17)

4.4 硬件设计 (26)

4.5 软件设计 (29)

4.6 本章小结 (33)

5 结论 (34)

参考文献 (35)

致谢 (36)

1 绪论

1.1 护理机器人概述

此护理机器人，主要服务对象为行动不便，或者重病在床的患者。通过单片机植 入预定工作程序使机器人移动、抓取物件为患者拿放所需物件，实现对患者比较简单 的如帮助患者喝水、送药、进食等简单护理。本文主要做的是行走和手臂系统的设 计，行走和手臂系统是护理机器人的重要组成部分。机器人手臂为三自由度，可实现 大臂、小臂和手抓在同一平面内的运动。行走系统为两轮差动系统，可实现任意角度 的转动。

1.2 课题背景及其意义

随着老龄化的加剧和医患护理费用的增加，对能为患者与行动不便的老人等提供简 单护理的机器人的需求也变得更加急切，本课题的目的就是为了满足这一社会需求， 设计一种为行动不便的患者提供简单护理的机器人，在为人们提供利的同时，降低有 长期重症患者家庭的护理费用。

护理机器人具有巨大的发展前景,首先是因为社会老龄人口的急剧增加，导致了社 会市场对护理机器人需求的增加，据统计我国现阶段花甲年龄之上的老人近十分之 一，并有可能在2015年突破2亿人这会是中国发展所急需解决的问题，其中挑战性不言 而喻。此外，在世界各国范围内我国残疾人口比例属于偏多的国家。可以预计，在不 远的将来，随着社会生活成本的提高老年人和残疾人的护理也将会困扰着社会，必然 成为社会及其家庭的沉重负担，因此如果能提供一大批护提供诸如取物、喂饭、搀扶 等多种多样服务功能理机器人，必将对帮助照顾老年人和残疾人的日常生活，提高他 们的生活水准，同时减少整个社会对护理消费行业的巨大投入与消耗，并且可以适当 解决护理行业的发展压力。

不久的未来,服务机器人必将大量涌入人们的日常生活之中，成为一道风景。不久 的未来,服务机器人必将大量涌入人们的日常生活，护理机器人是服务机器人的重要组 成部分，其专业性与实用性必将使它渐进深入人们的生活，极大的为人们提供方便。 1.3 国内外研究现状

根据WTEC评估结果，美国在机器人如下领域保持领先地位：机器人室外导航、机 器人体系结构（控制、机构和计算的集成）、以及部分服务和个人机器人领域。日本 和韩国在机器人移动技术、人形机器人和部分服务和个人机器人（包括娱乐）领域处 于领先位置。欧洲在结构化环境的移动技术，包括城市交通领域保持领先。欧洲还在 助老和家庭服务机器人领域资助了重大计划。澳大利亚在定位和导航的理论和应用方