动力助力机械的发展--文献翻译

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1、[键入文字]东北电力大学本科外文翻译动力助力机械的发展developmentofpowerassistingsuit学部（院）：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化学生姓名：张凤帅学号：0902090536指导教师：关山完成日期：2013年4月5日动力助力机械的发展动力助力机械的发展KeijiroYAMAMOTO**,MineoISHII**,KazuhitoHYODO**,ToshihiroYOSHIMITSU**AndTakashMATSUO**摘要：为了设计一个可穿戴的动力助力机械帮护士搬运病人,这个动力和控制系统必须都要小型化,并且他们一定要无线无管道.新的可穿戴

2、机械由肩、手臂、后背、腰和腿等单元组成。这些部位要和护士的身体配合。手臂、腰和腿安装有新的气动旋转驱动器直接由便携式镍-镉电池供电的微空气泵驱动。肌肉的力量通过一个新的使用传感尖端力传感膜设备的肌肉硬度传感器检测。一个嵌入式微机用于控制控制信号的计算。新的可穿戴机械被用在人体和一系列的运动试验中，包括举起和放下重物。每个单元都会直接传送助力扭矩到每个关节以验证它的实用性。关键词：人机界面、控制装置、测量、动力协助机械、可穿戴、直接驱动气动执行机构、微型空气泵、嵌入式微机、主机及从机系统一体化、肌肉硬度传感器1、引言福利机能够满足老年人的需求，它的发展对于中国人口老龄化是个很重

3、要的工程。关于搬运病人的机器人的研究最早开始于1970年，MEL-Kong是个具有代表性的例子。一个基于主从机控制系统的行动机器人Nurcy被研发出来。然而机器人的效率不高。近年来,致力于解决这个问题的研究已经启动.能够支撑病人运动的装置和能够手动搬运病人的装置结构被提出.这种设备目的在于减少护理人员腰部的负担.我们用橡胶管执行机构做动力臂,然后做能够被护士穿戴的腰部和腿部的机械装置.接着,我们开发一个由同心圆框轨道组成的气动旋转驱动器,这个使用旋转驱动器的助力机械会高质量的,流畅的,平稳的完成搬运工作,但是,他有固体摩擦和重量较重的缺点.为了克服这些缺点,我们使用了利用压力

4、袖口的新的气动旋转驱动器.为了实现一个助力机械让护士在搬运病人上下时能够顺利的平稳的进行手臂，腰部和腿部运动,需要能够协调手臂、腰和腿的必要的协助检测系统。一开始，为了检测手臂、腰和腿的运动，传感器采用导电橡胶或者压电装置，放到单元和肌肉之间。然后，我们提出一个新的检测肌肉力量的方式，通过观察肌肉的硬度。由橡胶膜片上接触投影组成的新型的肌肉硬度检测传感器被开发出来。但是，这个新的肌肉传感器对肌肉的温度比较敏感。为了克服这个缺点，我们用电桥似的肌肉硬度传感器。–13–动力助力机械的发展为了实现这个可穿戴的助力机械，需要大量的小型化电源和控制系统。在本次研究中，电源和控制系统都是

5、小型化的，即空气源和管道被微型空气泵代替，电源和电线被镍-镉电池取代，并且使用了嵌入式的微机。在这个论文中，我们给出了这个新的助力机械的设计和特点，并且证明了他被实际应用的可能性。2、助力机械助力机械的基本设计概念由四点组成，如下：1）绝对安全系统。即，这个安全系统必须时刻为紧急情况做准备。这通过护士身上的可控装置来保证，助力系统由主从系统组成。除此之外，当电源断掉，空气泵和排气阀阻止气体从执行机构排出，机械保持原态。2）在装置的前端没有机械部件。这样可以使护士在搬运病人的时候可以用手和胸直接和病人接触，这样可以增强病人和护士之间的熟悉感。3）柔性接头。通过使用压力袖口气动旋

6、转驱动器来实现。在关节处使用气动驱动器能够给护士的手臂、腰和腿舒适的感觉。4）助力和必要的力量结合起来，使关节能够弯曲和伸展。这一项，通过检测驱动关节施加在肌肉上的力来实现。通过这个感应系统，手臂、腰和腿部的机械部件的流畅运动会成为可能。除此之外，作为一个备份和故障安全系统，为了实现某个运动的必要的关节转矩需要从静态人体关节角度的力学方程推导出来。设计的可穿戴的助力机械的架构如图1.助力机械由动力臂、腰和腿组成。肘关节、腰和膝关节通过由镍-镉电池供电的微型气泵驱动气动旋转驱动器来实现转动。一个嵌入式的微机和PWM线路安装在背面。手提的镍镉电池固定在腿部。这些单元都用铝合金制作

7、。当护士直立时，机械的全部重量有腿部单元支撑，当护士弯曲腰或者膝盖时，腰和手臂单元的重量由驱动器支撑。–13–动力助力机械的发展助力机械的传感器和控制系统如图2.护士的手臂、腰和腿部发力时，会被安装在护士上臂，大腿和背部的肌肉硬度传感器检测到。传感器的输出信号被输入到嵌入式微机中。嵌入式微机通过静态人体力学方程计算出实现关节扭转角度的必须的关节转矩，之后计算出的转矩和肌肉传感器输出信号一起作为控制信号输入到PWM驱动电路中。然后气泵按照关节需要的力矩向袖口提供气体。3、肌肉硬度传感器我们开发了一种新型的