一種下肢康復(fù)訓(xùn)練步態(tài)機(jī)器人的創(chuàng)新設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-3"\h\u14563一、緒論 127166（一）研究意義及目的 122874（二）國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì) 14366（三）本設(shè)計(jì)工作內(nèi)容 428462二、總體設(shè)計(jì)方案 417608（一）本設(shè)計(jì)總體要求 413559（二）設(shè)計(jì)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn) 53745（三）下肢康復(fù)訓(xùn)練步態(tài)機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)方案 57773三、機(jī)器人動(dòng)力的設(shè)計(jì) 65510（一）電機(jī)選型 631824（二）電機(jī)裝置過(guò)載校核 720117（三）小結(jié) 816778四、機(jī)器人傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 829260（一）錐齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核 8118591.設(shè)定錐齒輪參數(shù) 835282.以齒輪部件的齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 9310993.依據(jù)齒輪部件齒根位置的彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 122583（二）小結(jié) 1418261五、標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計(jì) 1417367（一）棘輪棘爪的設(shè)計(jì) 14279831.棘輪棘爪的工作原理 1484132.棘輪幾何尺寸的確定 163973（二）圓柱螺旋彈簧設(shè)計(jì) 1771741.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 17204252.彈簧的材料及許用應(yīng)力 18165443.彈簧的參數(shù)計(jì)算 186671【參考文獻(xiàn)】 21一、緒論（一）研究意義及目的研究下肢康復(fù)訓(xùn)練步態(tài)機(jī)器人，對(duì)于因疾病和發(fā)生事故要通過(guò)下肢康復(fù)訓(xùn)練實(shí)現(xiàn)正常行走、提高自主生活能力的人來(lái)說(shuō)，下肢康復(fù)訓(xùn)練步態(tài)機(jī)器人可以通過(guò)控制使其模擬正常人的行走姿態(tài)、下肢各部位的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)下肢的康復(fù)訓(xùn)練，下肢康復(fù)訓(xùn)練步態(tài)機(jī)器人在模擬正常人的步伐規(guī)律時(shí)，起到一定鍛煉下肢的肌肉的作用，恢復(fù)神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)行走能力的控制，達(dá)到恢復(fù)行走機(jī)能的目的。總的來(lái)看，下肢康復(fù)訓(xùn)練步態(tài)機(jī)器人的總體工作目的就是為了能夠使下肢需要進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練的人能夠更加方便的，更輕松的達(dá)到訓(xùn)練的目的，對(duì)下肢的康復(fù)訓(xùn)練起到輔助的作用。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的選題來(lái)源于生活實(shí)際，針對(duì)本次設(shè)計(jì)新型下肢康復(fù)訓(xùn)練步態(tài)機(jī)器人的任務(wù)書設(shè)計(jì)一種或多種方案，完成本設(shè)備的動(dòng)作流程。歷經(jīng)畢業(yè)設(shè)計(jì)整個(gè)過(guò)程的鍛煉和學(xué)習(xí)，需要能夠初步掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的基本流程和設(shè)計(jì)所用的相關(guān)方法，需要能夠使得知識(shí)貯備也邁上新臺(tái)階，需要能夠結(jié)合實(shí)際情況綜合運(yùn)用各種不同的知識(shí)，能夠更好的理論結(jié)合實(shí)踐，將所學(xué)知識(shí)服務(wù)于生產(chǎn)實(shí)際，需要培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和提高設(shè)計(jì)能力。結(jié)合設(shè)備的實(shí)際工況設(shè)計(jì)完成本次設(shè)計(jì)新型下肢康復(fù)訓(xùn)練步態(tài)機(jī)器人，設(shè)計(jì)所得的新型下肢康復(fù)訓(xùn)練步態(tài)機(jī)器人需要基于現(xiàn)有的實(shí)際生產(chǎn)水平，能夠?qū)崿F(xiàn)量化生產(chǎn)，能夠?yàn)樯a(chǎn)設(shè)計(jì)切實(shí)的解決某項(xiàng)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)某種價(jià)值。設(shè)計(jì)的過(guò)程是學(xué)習(xí)的過(guò)程，需要培養(yǎng)構(gòu)思設(shè)計(jì)方案的能力，需要培養(yǎng)機(jī)械制圖的能力，總結(jié)收獲各種進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的有關(guān)方法，為今后的機(jī)械設(shè)計(jì)工作打下基礎(chǔ)。（二）國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)下肢康復(fù)訓(xùn)練器的前身是外骨骼，最早是為了提升單兵作戰(zhàn)能力而制造的，如美軍SARCOS研究公司的WEAR完全戰(zhàn)斗外骨骼機(jī)器人（下圖1-1）。后來(lái)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的發(fā)展才開(kāi)始應(yīng)用于醫(yī)療康復(fù)，如美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校研制的BLEEX(下圖1-2)。截止至今，其研究領(lǐng)域已經(jīng)從原先的軍事領(lǐng)域擴(kuò)展到醫(yī)療的康復(fù)、消防、航空航天及工業(yè)運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域，例在2005年，英國(guó)Salford（索爾福德）大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)的康復(fù)助行器(下圖1-3)。到如今，其在康復(fù)領(lǐng)域的研究應(yīng)用已經(jīng)并不只限于外骨骼的形式，開(kāi)始出現(xiàn)上下肢或坐姿、站姿、臥姿等方面的研究，WalkingPowerAssistLegWPAL(下圖1-4)。目前為止，在康復(fù)訓(xùn)練器的研究和應(yīng)用方面以美國(guó)為首的歐美發(fā)達(dá)國(guó)家處于領(lǐng)先地位。圖1—1戰(zhàn)斗外骨骼機(jī)器人圖1—2美國(guó)BLEEX機(jī)器人圖1—3英國(guó)Salford康復(fù)助行器圖1—4WalkingPowerAssistLegWPAL我國(guó)對(duì)康復(fù)訓(xùn)練器方面的研究起步較晚，現(xiàn)處于基礎(chǔ)階段，在該技術(shù)的探索和應(yīng)用方面與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家有很大差距。而隨著我國(guó)社會(huì)老齡化情況日益加劇，殘疾人數(shù)居高不下。就社會(huì)目前對(duì)下肢康復(fù)訓(xùn)練器的需求量越來(lái)越大；在我國(guó)現(xiàn)已有諸多學(xué)者、專家和相應(yīng)機(jī)構(gòu)對(duì)這一方面展開(kāi)了研究。但目前國(guó)內(nèi)關(guān)于這方面的研究，最主要還是集中在假肢的領(lǐng)域。目前就只有在哈爾濱工程大學(xué)的機(jī)電一體化研究所在這一方面取得了一定的成果；成功研制出了一種多功能手臂康復(fù)訓(xùn)練機(jī)器人，下肢康復(fù)訓(xùn)練步態(tài)機(jī)器人。并且浙江大學(xué)也成功的研制了一種采用了氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式的新型可穿戴式下肢外骨骼助行機(jī)器人；其中髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)處都采用了氣缸進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，并且結(jié)合自適應(yīng)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制理論，對(duì)下肢外骨骼助行機(jī)器人的控制策略進(jìn)行了相關(guān)研究。在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出了一整套外骨骼助行機(jī)器人的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖1—5所示。中科大和中科院共同研制了一種下肢助力外骨骼機(jī)器人（圖1—6），其主要包含機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳感器系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)和腳底可以與人腿協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，互不產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉。在走動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)足底力的傳感器獲取人體腿部和腳底的信息，再通過(guò)編碼器獲得相應(yīng)的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角，采集得到的信息對(duì)外骨骼助行機(jī)器人的行走狀態(tài)進(jìn)行判別，從而達(dá)到對(duì)外骨骼助行機(jī)器人的運(yùn)行進(jìn)行控制。但是，這種驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是是只能夠提供小的驅(qū)動(dòng)力，為人體提供有限的助力。圖1—5浙江外骨骼機(jī)器圖1—6中科大外骨骼機(jī)器人在國(guó)外，早在上世紀(jì)八十年代就已經(jīng)成功研制出了康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)，它就是目前世界上最成功的一種低價(jià)、市售的康復(fù)機(jī)器人系統(tǒng)——Handyl康復(fù)機(jī)器人樣機(jī)，它是英國(guó)的MikeTopping公司研制出來(lái)的，Handy1機(jī)器人由5自由度機(jī)器人手臂和新型控制器組成，不僅具有話音識(shí)別、語(yǔ)音合成、傳感器輸入、手柄控制以及步進(jìn)電機(jī)控制能力，Handyl還具備有很強(qiáng)的通話能力，可以為護(hù)理人員及用戶在操作的過(guò)程中提供一些簡(jiǎn)單的操作指令或有益的指示等信息，能夠以任何一種歐洲語(yǔ)言表達(dá)出來(lái)。這種裝置不僅有助于突破語(yǔ)言的障礙，還可以大大提高Handyl方便用戶與他人之間進(jìn)行交流的能力。市場(chǎng)中還有另外一種康復(fù)機(jī)器人，它就是由荷蘭ExactDynamics公司開(kāi)發(fā)的MANUS，相比較機(jī)械人手臂比Handyl多出兩個(gè)自由度，旋轉(zhuǎn)自由度6個(gè)和機(jī)械手1個(gè)。雖然國(guó)外關(guān)于醫(yī)學(xué)康復(fù)機(jī)器人的研究已經(jīng)取得了不少成就，但是其離生物機(jī)器人還有相當(dāng)?shù)木嚯x，因此在這一方面的研究還有著許許多多的挑戰(zhàn)，還有很多工作要做。（三）本設(shè)計(jì)工作內(nèi)容經(jīng)過(guò)分析，本課題主要完成設(shè)計(jì)，要求采用20BYG250-33型號(hào)電機(jī)裝置。主要內(nèi)容有：本次設(shè)計(jì)的主要工作內(nèi)容如下：1）結(jié)合實(shí)際情況，綜合各項(xiàng)因素，確定總體本次設(shè)計(jì)新型下肢康復(fù)訓(xùn)練步態(tài)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)方案，初步設(shè)計(jì)確定它的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，并對(duì)整套設(shè)備的工作原理以及基本構(gòu)成進(jìn)行詳細(xì)介紹，繪制整套進(jìn)行設(shè)備的結(jié)構(gòu)草圖，為后續(xù)機(jī)械設(shè)計(jì)流程做好鋪墊。2）基于先前確定的整套新型下肢康復(fù)訓(xùn)練步態(tài)機(jī)器人結(jié)構(gòu)方案，詳細(xì)設(shè)計(jì)新型下肢康復(fù)訓(xùn)練步態(tài)機(jī)器人的動(dòng)力機(jī)構(gòu)，對(duì)設(shè)備所用電動(dòng)機(jī)裝置進(jìn)行選型設(shè)計(jì)，并對(duì)驅(qū)動(dòng)軸等主要部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。3）校核計(jì)算新型下肢康復(fù)訓(xùn)練步態(tài)機(jī)器人的主要機(jī)構(gòu)和主要零部件。4）借助計(jì)算機(jī)繪圖軟件繪制整套新型下肢康復(fù)訓(xùn)練步態(tài)機(jī)器人的零件圖和裝配圖。5）完成設(shè)備設(shè)計(jì)的編寫。二、總體設(shè)計(jì)方案（一）本設(shè)計(jì)總體要求總體機(jī)械設(shè)計(jì)要考慮其工藝，選擇較好的設(shè)計(jì)方案，材料選擇符合要求;設(shè)計(jì)時(shí)要考慮維修方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單優(yōu)化成本。對(duì)于本設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)，要遵循的設(shè)計(jì)原則。首先滿足功能要求，安裝后可以靈活操作。充分利用國(guó)內(nèi)外新技術(shù)，采用新原理、新結(jié)構(gòu)、新工藝，設(shè)計(jì)合理、使用可靠、質(zhì)優(yōu)價(jià)廉、通用推廣。盡量采用通用化的零件和零件標(biāo)準(zhǔn)化；設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、操作簡(jiǎn)單、容易維護(hù)、輕質(zhì)量，良好的流動(dòng)性。設(shè)計(jì)步驟如下：（1）選擇與設(shè)計(jì)機(jī)具結(jié)構(gòu)類型（2）確定本設(shè)計(jì)的傳動(dòng)方案（3）選擇并確定主軸速度（4）確定重要部件的選用和計(jì)算（二）設(shè)計(jì)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)1）下肢康復(fù)訓(xùn)練步態(tài)機(jī)器人的加工工藝需要滿足實(shí)際生產(chǎn)條件；2）下肢康復(fù)訓(xùn)練步態(tài)機(jī)器人的總體方案需要結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)能力進(jìn)行制定，同時(shí)需要考慮環(huán)保經(jīng)濟(jì)性，確保設(shè)計(jì)制造的下肢康復(fù)訓(xùn)練步態(tài)機(jī)器人具有較好的應(yīng)用性。3）在設(shè)計(jì)下肢康復(fù)訓(xùn)練步態(tài)機(jī)器人的過(guò)程中，應(yīng)該要多應(yīng)用新型設(shè)計(jì)加工技術(shù)，選擇較為先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法和加工工藝設(shè)計(jì)制造，確保設(shè)備能夠可靠安全的運(yùn)行作業(yè)，盡量以最低的生產(chǎn)制造成本設(shè)計(jì)制造整套下肢康復(fù)訓(xùn)練步態(tài)機(jī)器人；4）在設(shè)計(jì)下肢康復(fù)訓(xùn)練步態(tài)機(jī)器人各個(gè)零部件的過(guò)程中，盡可能選用標(biāo)準(zhǔn)件，使得設(shè)備的各個(gè)部件具有較高程度的互換性，如此能夠使得后續(xù)的保養(yǎng)維護(hù)能力降至最低；5）需要保證整套下肢康復(fù)訓(xùn)練步態(tài)機(jī)器人具有相對(duì)較為簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)形式，設(shè)備的生產(chǎn)制造成本費(fèi)用需要盡可能地低廉。在使用過(guò)程中，設(shè)備需要能夠相對(duì)較為容易地進(jìn)行操作，設(shè)備后期的維護(hù)保養(yǎng)工作也要易于進(jìn)行。6）設(shè)計(jì)制造的下肢康復(fù)訓(xùn)練步態(tài)機(jī)器人要易于搬運(yùn)。（三）下肢康復(fù)訓(xùn)練步態(tài)機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)方案本次設(shè)計(jì)下肢康復(fù)訓(xùn)練步態(tài)機(jī)器人總要包括動(dòng)力部分、傳動(dòng)部分、功能部分、機(jī)架部分四大部分組成，其中動(dòng)力部分、傳動(dòng)部分、功能部分是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。要進(jìn)行下肢康復(fù)訓(xùn)練步態(tài)機(jī)器人的研究，首要環(huán)節(jié)就是構(gòu)型設(shè)計(jì)，也是極其重要的一步；構(gòu)型設(shè)計(jì)如果沒(méi)有設(shè)計(jì)好，將會(huì)直接影響到整個(gè)系統(tǒng)最終功能實(shí)現(xiàn)的好壞。本章將在人體下肢生物骨骼模型的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步設(shè)計(jì)了出一種新型下肢康復(fù)訓(xùn)練步態(tài)機(jī)器人，下肢康復(fù)訓(xùn)練步態(tài)機(jī)器人的構(gòu)型設(shè)計(jì)應(yīng)要滿足以下幾點(diǎn)原則：1.首先構(gòu)型設(shè)計(jì)要能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人的正常行走；2.構(gòu)型設(shè)計(jì)必須要確保機(jī)器人行走的穩(wěn)定性；3.在確保機(jī)器人強(qiáng)度和剛度的前提下，構(gòu)型設(shè)計(jì)要盡可能地輕便化。應(yīng)考慮的研發(fā)成本，開(kāi)發(fā)周期，研發(fā)過(guò)程等情況，進(jìn)行機(jī)器人的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如2-1所示。1——電機(jī)2——電機(jī)支架3——主動(dòng)錐齒輪4——從動(dòng)錐齒輪5——止回棘爪I——棘輪凸輪組10——棘爪連接銷，11——主動(dòng)棘爪，13——滾子14——小腿15——壓縮彈簧17——大腿1——電機(jī)2——電機(jī)支架3——主動(dòng)錐齒輪4——從動(dòng)錐齒輪5——止回棘爪I——棘輪凸輪組10——棘爪連接銷，11——主動(dòng)棘爪，13——滾子14——小腿15——壓縮彈簧17——大腿18——腳圖2-1機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖三、機(jī)器人動(dòng)力的設(shè)計(jì)（一）電機(jī)選型通過(guò)查詢的資料情況，再結(jié)合本次設(shè)計(jì)下肢康復(fù)訓(xùn)練步態(tài)機(jī)器人的實(shí)際使用情況，所用電機(jī)裝置的載荷大小需要達(dá)到，設(shè)定它在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)作業(yè)過(guò)程中的轉(zhuǎn)速大小為。機(jī)械設(shè)備的有效功率是設(shè)備在滿載情況下進(jìn)行正常工作需要的功率大小，本次設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)備的有效功率大小為：P由于功率會(huì)在傳動(dòng)過(guò)程中發(fā)生損耗，故需測(cè)定各級(jí)傳動(dòng)中的傳遞效率，設(shè)由動(dòng)力設(shè)備至工作設(shè)備之間的總效率大小是，η1和ηη=本次設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)備所用電動(dòng)機(jī)裝置的所需功率大小為：

P結(jié)合本次設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)備的實(shí)際使用情況，并綜合各種因素，最終選用額定功率大小為1.5kw的步進(jìn)電機(jī)20BYG250-33型號(hào)電機(jī)。（二）電機(jī)裝置過(guò)載校核對(duì)本次設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)備所用電機(jī)裝置的過(guò)載能力進(jìn)行校驗(yàn)：Pjk──；Pj──；Zm──，Zλ──電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩允許的過(guò)載，取λ=2H——考慮電壓降及其轉(zhuǎn)矩允差以及靜載試驗(yàn)超載的系數(shù)，取H=2.1；本次設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)備所用電機(jī)裝置的靜功率大小為：P──FQ=2KN；──；──=0.7015；得：PP通過(guò)上述計(jì)算可知，本次設(shè)計(jì)采用混步進(jìn)電機(jī)20BYG250-33型電動(dòng)機(jī)設(shè)備能夠滿足實(shí)際使用需求。由于本次設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)備的使用頻率相對(duì)較低，電機(jī)裝置的發(fā)熱情況相對(duì)較少，故無(wú)需校核計(jì)算裝置發(fā)熱情況。（三）小結(jié)為了下肢康復(fù)機(jī)器人能過(guò)滿足整體傳動(dòng)的動(dòng)力要求，通過(guò)電機(jī)裝置的載荷大小和轉(zhuǎn)動(dòng)的速度，將電機(jī)所需要的功率大小運(yùn)用公式計(jì)算出來(lái)，再進(jìn)行電機(jī)過(guò)載的校核，保證電機(jī)的傳動(dòng)效率能達(dá)到實(shí)際使用要求。最終通過(guò)本次設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，最終確定采用的電機(jī)型號(hào)。為下肢康復(fù)訓(xùn)練步態(tài)機(jī)器人能夠進(jìn)行行走提供保障。四、機(jī)器人傳動(dòng)的設(shè)計(jì)（一）錐齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核1.設(shè)定錐齒輪參數(shù)（1）結(jié)合本次設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)備的實(shí)際工作情況可知，它作為常用一般工作設(shè)備，無(wú)須過(guò)高的工作運(yùn)轉(zhuǎn)速度，綜合各種影響，最終確定以8級(jí)精度進(jìn)行設(shè)計(jì)制造。設(shè)定本次設(shè)計(jì)錐齒輪組機(jī)構(gòu)的錐角大小為α=20°，選定本次設(shè)計(jì)錐齒輪組機(jī)構(gòu)的齒頂高系數(shù)為?（2）錐齒輪部件選材設(shè)計(jì)在生產(chǎn)實(shí)際中，綜合各種因素，一般選用20CrMnTi鋼材料生產(chǎn)加工小齒輪部件，然后對(duì)其進(jìn)行調(diào)質(zhì)加工處理，使其硬度能夠達(dá)到280HBS；選用40Cr材料生產(chǎn)加工大齒輪部件，然后對(duì)其進(jìn)行調(diào)質(zhì)加工處理，使其硬度能夠達(dá)到240HBS。2.以齒輪部件的齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算已知

d（1）選定錐齒輪部件的基本參數(shù)；（2）ZE=189.8MPa，。（3）結(jié)合本次設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)備的實(shí)際使用情況，綜合各種因素，本次設(shè)計(jì)小齒輪部件、大齒輪部件接觸疲勞強(qiáng)度極限分別為，。（4）載荷系數(shù)選定；（5）設(shè)計(jì)確定應(yīng)力循環(huán)次數(shù)錐齒輪部件齒面位置接觸疲勞壽命系數(shù)大小是：

N小齒輪：

N大齒輪：

N錐齒輪傳動(dòng)組的齒寬系數(shù)大小是：

ψ（6）安全系數(shù)；（7）設(shè)計(jì)計(jì)算本次設(shè)計(jì)錐齒輪部件接觸疲勞許用應(yīng)力大小，具體計(jì)算如下：

σ

σ1）設(shè)計(jì)計(jì)算小齒輪部件分度圓直徑尺寸d已知，計(jì)算可得：d2）設(shè)計(jì)計(jì)算齒輪部件圓周速度v的大小：（4—8）3）設(shè)計(jì)計(jì)算大齒輪部件的齒數(shù)大小為：

Zd2=由Z2結(jié)合設(shè)計(jì)錐齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的實(shí)際情況，將其圓整處理得Z2由Z1=Z計(jì)算可得本次設(shè)計(jì)錐齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒數(shù)比大小是：

u經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)可知，本次設(shè)計(jì)的錐齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)滿足實(shí)際使用需求。設(shè)定齒輪模數(shù)mm=根據(jù)本次設(shè)計(jì)錐齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的實(shí)際情況，再結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)將錐齒輪的模數(shù)圓整處理得。5）設(shè)定齒輪部件大端分度圓直徑尺寸大?。?-12）（4-13）6）設(shè)定齒輪部件節(jié)錐頂距尺寸大小（4-14）7）設(shè)定齒輪部件節(jié)圓錐角角度大小

δδ2設(shè)定齒輪部件大端位置齒頂圓直徑大小小齒輪：(4-16)大齒輪：(4-17)9）設(shè)定齒輪部件齒寬尺寸大?。?4-18)在生產(chǎn)實(shí)際中，綜合各種相關(guān)因素，常取10）校核計(jì)算齒輪部件的強(qiáng)度(4-19)經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)計(jì)算可知，本次設(shè)計(jì)制造的錐齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)滿足實(shí)際使用需求。3.依據(jù)齒輪部件齒根位置的彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算已知：

m≥ 已知：，。設(shè)定齒輪部件的齒形系數(shù)大小是：，；設(shè)定齒輪部件的應(yīng)力校正系數(shù)大小是：Ysa1=1.6043）設(shè)計(jì)計(jì)算齒輪部件的彎曲疲勞許用應(yīng)力大小已知：彎曲疲勞系數(shù)S=1.4，計(jì)算可得：(4-21)6)設(shè)計(jì)計(jì)算大小齒輪部件的(4-22)分析比較可知，小齒輪部件的數(shù)值較大，結(jié)合設(shè)計(jì)錐齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的實(shí)際情況，最終選定0.01025；7）設(shè)定齒輪部件的載荷系數(shù)K已知KA=1.35，V=2.88；本次設(shè)計(jì)以7級(jí)精度設(shè)計(jì)制造錐齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的齒輪部件，結(jié)合本次設(shè)計(jì)錐齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的實(shí)際情況，綜合各種因素，最終選定動(dòng)載荷系數(shù)大小是計(jì)算可得：m≥34.0KT1YFa如下表3-1所示的是本次設(shè)計(jì)制造的錐齒組基本參數(shù)表表3-1本次設(shè)計(jì)制造的錐齒組基本參數(shù)表名稱23，3（二）小結(jié)齒輪的設(shè)計(jì)要保障整體結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)效率。通過(guò)運(yùn)用相應(yīng)公式計(jì)算出各錐齒輪的幾何尺寸，并確保其能夠嚙合，并對(duì)各錐齒輪進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算，確保各個(gè)錐齒輪之間的傳動(dòng)能夠使下肢康復(fù)訓(xùn)練步態(tài)機(jī)器人正常運(yùn)行；之后根據(jù)各錐齒輪的幾何尺寸，將錐齒輪用繪圖軟件建模，畫出理想的圖。五、標(biāo)準(zhǔn)件的設(shè)計(jì)（一）棘輪棘爪的設(shè)計(jì)1.棘輪棘爪的工作原理棘輪機(jī)構(gòu)是由油缸、棘輪、棘爪、連接板、擺桿、油缸頭部連接件、油缸尾部連接件、銷釘?shù)冉M成，如圖5-1所示。在油缸的頭部和尾部都有連接件與銷釘配合形成鉸鏈連接。棘輪、棘爪通過(guò)軸向固定在鉆桿庫(kù)軸上，與棘輪通過(guò)鍵連接與鉆桿庫(kù)軸軸向固定不同的是，棘爪是它可以繞著鉆桿庫(kù)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。在鉆桿庫(kù)底板上固定著尾部的鉸鏈，而頭部的鉸鏈則固定在棘輪機(jī)構(gòu)的擺桿上，當(dāng)油缸受到壓力油的作用時(shí)活塞桿伸出，活塞桿推動(dòng)油缸頭部的連接件，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)擺桿繞著鉆桿庫(kù)軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)設(shè)計(jì)，當(dāng)擺桿朝逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，棘爪被連接安裝在擺桿上的連接板卡住，因此棘爪會(huì)跟隨著擺桿一起轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)棘輪轉(zhuǎn)動(dòng)，在鍵連接的作用下鉆桿庫(kù)軸也會(huì)跟著棘輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)?？梢酝ㄟ^(guò)油缸活塞桿伸出的長(zhǎng)短來(lái)進(jìn)行控制鉆桿庫(kù)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。反之在當(dāng)油缸受到壓力油的作用下收縮活塞桿時(shí)，擺桿油缸頭部連接件的作用下繞鉆桿庫(kù)軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，而此時(shí)，棘爪不會(huì)被連接板卡住，因此，棘爪會(huì)跟著擺桿一起復(fù)位，而棘輪則保持不動(dòng)。實(shí)現(xiàn)鉆桿庫(kù)軸的單向精確角度轉(zhuǎn)動(dòng)。圖5-1棘輪機(jī)構(gòu)1-銷釘2-油缸尾部連接件3-油缸4-油缸頭部連接件5-銷釘6-棘爪7-連接板8-擺桿9-棘輪10-鉆桿庫(kù)圖5-2棘輪圖5-3棘爪2.棘輪幾何尺寸的確定棘輪棘爪裝置一般結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作方便、運(yùn)動(dòng)可靠、轉(zhuǎn)角可調(diào)；但是在其工作時(shí)會(huì)有比較大的沖擊和噪音，運(yùn)動(dòng)精度也相對(duì)較差。比較適用于在速度較低和載荷都不是很大的場(chǎng)合。在工作時(shí)，要求棘爪在正壓力Pn（1）齒數(shù)：選擇棘輪齒數(shù)16（2）模數(shù)：模數(shù)4（3）頂圓直徑：根據(jù)計(jì)算式：d代入數(shù)據(jù)得：d（4）齒間距：根據(jù)計(jì)算式：p=代入數(shù)據(jù)得:p=8.6（5）齒頂高：根據(jù)計(jì)算式:h=0.75m得:h=3（6）齒頂弦長(zhǎng)：根據(jù)計(jì)算式:a=m得:a=4（7）棘爪工作面長(zhǎng)度：根據(jù)計(jì)算式:a1=0.6a得:a1=2.4（8）齒偏角：α（9）棘輪寬：根據(jù)計(jì)算式:b=4m得:b=10（10）棘爪斜高、齒斜高：根據(jù)計(jì)算式:h代入數(shù)據(jù)得:h（11）棘輪齒根圓角半徑：r（12）棘爪尖端圓角半徑：r（1）棘爪長(zhǎng)度:根據(jù)計(jì)算式:L=2p代入數(shù)據(jù)得:L=17.2（二）圓柱螺旋彈簧設(shè)計(jì)1.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)采用的壓緊彈簧是圓柱螺旋彈簧。在進(jìn)行螺旋彈簧的設(shè)計(jì)時(shí)，必須保證螺旋彈簧兩端的平整，螺旋彈簧兩端的一二圈之間沒(méi)有間隙，每一端都需要保證是齊平的，這樣能夠增加螺旋彈簧與壓盤和離合器蓋之間的接觸面積。并且能夠保證彈簧在工作時(shí)每一圈的受力是均衡的，避免在工作時(shí)發(fā)生傾斜現(xiàn)象。螺旋彈簧是周布在壓盤上的，而且彈簧數(shù)目通常都不少于6個(gè)。而隨著摩擦片的外徑增大，螺旋彈簧的數(shù)目就必須增加，而且嚴(yán)格保持是分離桿的整數(shù)倍。具體的關(guān)系見(jiàn)表5.1，這樣離合器摩擦片上的壓緊力才能均勻分布。表5-1周置圓柱彈簧的數(shù)目摩擦片外徑/mm螺旋彈簧數(shù)目<2006200~2809~12280~38012~18380~45018~30在本設(shè)計(jì)中根據(jù)摩擦片外徑，取螺旋彈簧數(shù)。2.彈簧的材料及許用應(yīng)力周布彈簧離合器的彈簧鋼絲直徑一般是在4mm左右，工作環(huán)境的溫度通常在正常狀態(tài)下，所以一般會(huì)選用65Mn鋼、碳素彈簧鋼等材料。彈簧材料的許用應(yīng)力對(duì)于碳素和硅錳鋼，其推薦的許用應(yīng)力一般在這個(gè)范圍，也就是。用冷卷法制成直徑較小的離合器的壓緊彈簧。一般不會(huì)做淬火處理，但是要用低溫回火來(lái)消除內(nèi)應(yīng)力就行了。因此本設(shè)計(jì)選用65Mn鋼。3.彈簧的參數(shù)計(jì)算（1）每一個(gè)彈簧的工作壓力 （5-1）式子中，為單位壓力，=0.2526Mpa；D、d為壓盤的外、內(nèi)徑。（2）彈簧絲直徑 （5-2）根據(jù)規(guī)范鋼絲直徑，取式子中，為每個(gè)彈簧的工作壓力；C為彈簧指數(shù)，一般C取5～8，初選彈簧指數(shù)C=6.2，為曲度系數(shù)，初取，除選。（3）根據(jù)規(guī)范彈簧中徑選取彈簧的外徑（4）彈簧中徑（5-3）（5）彈簧指數(shù)（5-4）（6）曲度系數(shù)（5-5）（7）實(shí)際的彈簧工作應(yīng)力（5-6）（8）彈簧工作圈數(shù)（5-7）可取，式中，G為材料剪切彈性模數(shù)，碳鋼取：；K需盡量小，一般取，初選。（9）彈簧實(shí)際剛度（5-8）（10）彈簧的總?cè)?shù)（5.9）（11）彈簧工作變形（5.10）（12）彈簧的附加變形量對(duì)于單片離合器；對(duì)于雙片離合器。本設(shè)計(jì)取。（13）彈簧自由高度（5.11）其中，彈簧在最大負(fù)荷時(shí)的間隙，本設(shè)計(jì)取。（14）彈簧工作高度（5.12）（15）彈簧最大負(fù)荷（5.13）為離合器徹底分離時(shí)的彈簧最大負(fù)荷，一般經(jīng)過(guò)計(jì)算，滿足設(shè)計(jì)要求。（三）小結(jié)理解棘輪與棘爪的工作原理，適用的場(chǎng)合；并對(duì)棘輪與棘爪進(jìn)行幾何尺寸的確定，彈簧的設(shè)計(jì)要保證彈簧在工作時(shí)各圈的受力是均衡的，而不會(huì)發(fā)生傾斜現(xiàn)象，選擇合適的螺旋彈簧數(shù)，在進(jìn)行各個(gè)參數(shù)的計(jì)算，確定好各個(gè)幾何尺寸，最后根據(jù)得到的幾何尺寸進(jìn)行運(yùn)用繪圖軟件將其畫出，與前面得到的各個(gè)零件的模型進(jìn)行最終的裝配。【參考文獻(xiàn)】[1]康復(fù)機(jī)器人對(duì)腦卒中偏癱患者上肢運(yùn)動(dòng)功能影響及機(jī)制研究[D].孫鑫芳.昆明醫(yī)科大學(xué)2020[2]臥式下肢康復(fù)機(jī)器人的研究[D].錢振美.哈爾濱工程大學(xué)2006[3]上