助 行 机 器 人_助行机器人毕业设计

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助 行 机 器 人

可 行 性 分 析 报 告

景德镇陶瓷学院

一、基本情况：

1、项目名称：多功能助行机器人

2、目的和意义

随着人类的平均寿命越来越长，老龄化问题逐渐成为世界性的问题，许多国家已经进入老龄化社会。随着岁数的增加，人类的四肢逐渐弱化，大部分老龄人面临物防实现日常生活中某一项或多项行为的问题，如上下床，洗澡，行走等等。因此他们常需要人们的看护和照顾，在这方面需要高昂的花费和人力支出，另一方面使得老年人的生活质量在自由度上大为降低。随着服务机器人技术研究的不断深入，服务及其人涉足的领域越来越广，需要完成的任务越来越精确，应用环境由室内转向室外，运动的实时性和可靠性要求也越来越高。为适应这一发展，目前机器人多采用人工智能控制。本文重点对助行机器人的作用以及发展做了详细的分析，并对它的技术参数做了一定的研究和设计。多功能助行机器人在制作原理上基于绳驱动、轮驱动和腿部行走机构共同作用的综合训练平台，同时根据曲柄摇杆原理，利用摇杆末端圆弧轨迹来模拟正常人行走时大腿末端轨迹，最后通过单片机控制系统实现腿部行走机构与驱动轮的协调运动控制，总体可实现室内外移动、走步训练、起坐等功能，帮助残疾人实现迈步动作，达到训练下肢目的。

它主要在于提供一种既具有一般轮椅的通用性又能够帮助截瘫患者或行走不便病人进行行走锻炼、有利于残疾人自主进行腿部康复训练并能进行减重训练、下肢关节和肌肉的运动训练等康复训练功能，起坐、下蹲（坐椅子、坐沙发、上厕所）等生活技能训练的一种多功能助行机器人。可以用于先天性腿部残疾以及由脑血栓后遗症、脊髓损伤、脑性麻痹、肌肉萎缩、意外事故等引起的后天性腿部残障，截瘫或偏瘫患者的腿部训练。

随着微处理技术的快速发展和各种传感技术产品成本的大幅降低，机器人的智能化程度越来越强，能够在更多的方面来代替或帮助人类实现某些功能。在过去的十余年内，照顾和辅助人类运动的康复型机器人得到了长足的发展，其按工作方式可分为四种类型，工作站式，移动服务类，基于轮椅类和增强肢体功能类。助行机器人作为移动服务类康复机器人的一种，其主要作用是帮助那些有行走障碍的人能够有独立行走的能力。

3、主要技术经济指标：

1、实验温度范围：-20---75 C

º

4、机器人机构对电路程序设计的要求 ⑴用单片机控制器来控制电机的运行

⑵需要在单片机系统中加入一定的规划，是机器人行走更为智能

⑶单片机的电源要求从24V蓄电池中选择这样可以减少电源数，并且有足够功率来驱动电机。

⑷需要看门狗电路，使控制电路更加稳定安全。

5、电 源： AC24V 最大输入功率： ≤0.5Kw

6、运动平台：四轮差动转向式

4、完成期限：

1、2010年01月，完成助行机器人的各单元的实验研究2、2010年03月，完成样机制作机软件设计3、2010年08月，完成用户试用4、2010年09月，完成样机性能检测5、2010年10月，样机技术鉴定

5、成果提供形式：

提供样机和能指导生产的图纸和工艺文件一套

二、助行机器人的研究现状：

关于助行机器人或聪明的齐默式助行架的想法最早出现于1994年，Gerard Lacey，爱尔兰都柏林大学三一学院气气人专业的学生，在探访养老院的亲属的时候，看到一个市里障碍的老人在两名护士的搀扶下进行行走的训练。这启发了国家康复委员会研究奖学金的资助，研制出（Telematics Applications Programme of the European Union）的资助后，研制出PAMAID（personal Adaptive Mobility AID)的原型样机。德国的斯图加特的弗劳恩霍夫协会的生产技术级自动化研究所提出了智能家居辅助机器人概念，并于1988年开发出Care-O-BotⅡ型的原型机器人，该机器人有一个触摸屏作为人机交互的中心，实现对话和引导功能，能够在公共场所环境安全可靠性的行走，随后，Care-O-BotⅡ第二代在2002汉诺威工业博览会首次展出，相比起一代来，二代机增加了操作臂，可调整助行臂，倾斜的传感头和手持控制面板，使得Care-O-BotⅡ机器人具有了助行功能，在美国，弗吉尼亚大学设计了Eldercare Robotics的机器人，器目的是作为一种智能的行走助手，此机器人通过对标准的三轮行走器的前轮安装驱动电动机改造而来，并加入编码器进行方位推测，加入激光和红外传感器来避障。日本的Nemoto设计了一款族姓机器人，除了一般的助行外，该机器人还具有帮助起床，做马桶和床上休息等功能。

三、研究内容、技术关键，拟采取的技术方案与措施。

本课题旨在研究一种将可程控升温高温电炉、温度控制系统、精密微距位移传感装置、显微成像装置、计算机等为一体的热行为分析仪器。

1、主要研究内容有：

（1）、力传感器的设计

（2）、助行机器人底层控制系统设计（3）、主控制电路软件设计（4）、分析软件的开发

2、技术关键：

完成机器人的系统设计的许多相关技术，就助行机器人而言，器关键技术主要为：感知系统，移动系统，控制系统。

3、研究方法：

利用本单位良好的实验条件得出相关结论，先研究出符合技术要求的传感器，再进行机构设计、控制系统设计、分析软件设计，最后进行样机制作。

4、研究的技术路线如图所示：

四、经济效益分析：

预计材料费用约8万元，参考目前市场国内外类似产品的价格，市场售价定在12-15万元，将受到广大老年人和行动障碍人的欢迎。按市场总需求量为200台计，可实现毛利约800-1400万元，具有较明显的经济效益。另从替代进口、节约外汇角度看，社会效益也十分明显。

五、进度：

2010年01月 完成调研

2010年03月 完成感知系统，移动系统，控制系统的设计和研究 2010年04月 完成分析软件的初稿

2010年07月 完成样机的组装、调试、图纸资料等技术文件的编制 2010年08月 完成用户试用 2010年09月 完成样机测试 2010年10月 技术鉴定

六、经费概算：

1、设备、仪器购置费

2、材料样品费

3、试验费

4、资料费

5、土建安装费

6、调研费

7、鉴定费

8、其他费用

9、合计

10、申请资助

3.0 2.0 1.0 0.5--0.5 0.8 1.5 9.3 7.0

购传感器.触屏显示器和图像采集设备

含加工费、制作费 含检测费

拨款

七、承担单位基本情况及具备的条件：

景德镇陶瓷学院是国内唯一以陶瓷原材料、陶瓷工艺、陶瓷窑炉、陶瓷美术、陶瓷机械等为主要学科的高等院校。承担了国家“九五”攻关项目，在新型陶瓷材料的科研方面已经取得了多项成果。目前，已经成为江西省陶瓷工程中心的主持单位。在陶瓷工业领域有较强的科研能力，有众多多次主持大型科研课题经验的科研技术人员，本项目主要负责人多年从事电子产品特别是电子测量仪器的研制工作，承担过多项省市级科研项目，其中“JW1252精密扫频仪”获得江西省科技进步二等奖，“JDS1471合成信号发生器”通过了江西省科委组织的技术鉴定。目前，已将“数字显示高温膨胀仪”作为学生毕业设计课题进行了前期研究。

我院的机械电子工程学院和自动化系长期开展机器人研究、探索新技术、自动控制等多方面的教学和科学技术研究，两系的实验室可提供各种实验设备，并可为本项目研究提供各种试验条件。完全能够承担“多功能助行机器人”课题的研究，并具备完成课题鉴定的能力。