自动搓背机器人系统的研制

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1、扬州大学硕士学位论文自动搓背机器人系统的研制(申请硕士学位)陈军华指导教师：朱兴龙教授扬州大学中华人民共和国，扬州I2014年5月摘要洗澡是每个人不可或缺的日常保健卫生活动，随着人们住房条件的改善和生活水平的提高，在家洗澡已是普遍现象。但是由于人体自身结构的限制并不能对人体背部进行有效清洗，因此自我搓背成为洗澡时的一大难题，尤其是对老人或有身体残疾的群体。目前，国内外对能够实现人体辅助搓背的机器研究甚少且现有市场上销售的产品也很少。鉴于此，本课题利用机器人技术研究设计了一款自动搓背机器人。首先本文对搓背

2、的作用和手法进行了详细的研究分析，通过对比分析总结了市场上已有的搓背器的优缺点，在此基础上提出了一种结构简单、控制方便的自动搓背机器人总体设计方案。该自动搓背机器人系统包括机构部分和控制部分，并对两个部分之间的关系进行了详细说明。根据搓背机器人的总体设计方案的要求，对机器人系统的材料和传动装置进行选择，并确定选用6061铝作为其主要材料，滚珠丝杠副和同步带作为整个机构的传动部件。然后对其机构部分进行了详细设计，主要包括机架设计、搓背机构设计、搓背头设计等。提出了一种新型的长幅内摆线机构作为机器人的搓背机

3、构，并利用Pro／E三维建模软件对搓背器人的零件进行建模并完成了整体装配。为了进一步验证新型机构的可行性，采用MATLAB软件对新型内摆线机构进行了运动学仿真分析了整个运动周期机构的运动学性能。为了进一步获得所需要的运动性能，采用连杆机构尺度综合的方法对搓背机构的各杆的尺寸进行了详细设计，利用MATLAB编程语言建立了机构的数值图谱库，结合模糊识别提取出了多组可实现其运动的杆组，经进一步优化确定了机构各杆尺寸，并进行动力学仿真验证。仿真结果可以看出本文所设计的新型搓背机构结构简单、运动曲线平滑，能满足搓

4、背机器人的需求。根据搓背机器人的总体方案，对控制系统的硬件和软件进行了设计。控制系统的设计过程主要包括PLC的选型，设计PLC外部接线，控制策略的提出和触摸屏，并设计出相关程序。最后，制造出搓背机器人的试验样机，在试验的过程中，主要是为了对新型搓背机构的可行性进行分析，验证控制部分的设计能否正确的控制机构完成搓背动作。试验结果表明以上试验目标基本达到要求。关键词：自动搓背机器人新型长幅内摆线机构MATLAB仿真连杆机构尺寸综合ABSTRACTIIIBathingisanintegralpartofrou

5、tinehealthcareforeveryonehealthactivities，withintheimprovementofpeople’Slivingcondition，takingabathathomeisacommonphenomenon．But，wecannotrubbackeffectivelyjustbecauseofthelimitationofbody’Sstructure，especiallyfortheoldpeopleandthedisabledpeople．SOselfCho

6、ppingbecomeamajorproblemwhenbathing．Atpresent，studyonChoppingmachinesisnotverywidebothathomeandabroad．Inviewofthis，thesubjectuseofroboticsresearchdesignedallautomaticChoppingrobots．First，thispapercardedoutadetailedanalysisabouttheChoppingroleandpractices

7、，bycomparingandanalysisingsummarizestheadvantagesanddisadvantagesofChoppingdeviceonthemarket，basedonthis，weproposeaoveralldesignofnewAutomaticChoppingbackrobot，thisautomaticrobotsystemiswithsimplestructureandCanbecontrolledeasilycamparedtotheexitingrobot

8、s．thissystemconsistsofstructurepartandcontrolpart，andtherelationshipbetweenthetwoportionswillbedescribedindetail．Basedontherequirementofthedesignscheme，thisrobotismadeof6061aluminumandthetransmissionpartisdrivenbyballscrew