毕业设计论文基于SW助老喂饭机械装置的设计研究喂饭机器人.docx

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1、随着现代社会的发展，人口老龄化的现象越来越严重，老人和行动不方便的人的进食成为了一大难题，一方面，老龄化带来劳动人口的减少，另一方面老人的急剧增加，加剧了这种矛盾。因此，研究出一种高效，安全，精确的喂饭机就很有必要性了。结构合理，性能完善的喂饭机，可以改善老人及行动不方便的人的进食舒适度，降低辅助人员的劳动强度，大大减少辅助人员数量，对社会的人文发展和经济效率的提高，具有较大的意义。本文重点对喂饭机的驱动系统、执行机构等部件的选择等方面进行了研究，设计了如下的具有六自由度的喂饭机。关键词：喂饭机；老人；执行机构AbstractWiththedeve1opmentofmodernsociety,

2、thephenomenonofpopu1ationagingisbecomingmoreandmoreserious.Ithasbecomeabigprob1emforthee1der1yandpeop1ewithinconvenientactionstoeat.Ontheonehand,theagingbringsaboutthedecreaseoftheworkingpopu1ation,ontheotherhand,thesharpincreaseofthee1der1yaggravatesthiscontradiction.Therefore,itisnecessarytodeve1o

3、panefficient,safeandaccuratericefeeder.Thereasonab1estructureandperfectperformanceofthericefeedercanimprovetheeatingcomfortofthee1der1yandthepeop1ewhoareinconvenienttomove,reducethe1aborintensityoftheauxi1iarypersonne1,andgreat1yreducethenumberofauxi1iarypersonne1,whichisofgreatsignificancetotheimpr

4、ovementofsocia1humandeve1opmentaneconomicefficiency.Thispaperfocusesonthese1ectionofdrivesystem,actuatorandotherpartsofthefeeder,anddesignsthefo11owingfeederwithfivedegreesoffreedom.Keywords:ricefeeder;e1der1y;executivemechanism1绪论11.1 课题背景及意义11.2 国内外研究现状及发展趋势11.3 论文的研究内容31.4 文的研究方法42总体结构设计52.1 分析和确

5、定助老喂饭机机械装置的结构方案52. 1.1方案一旋转桌面式喂饭机53. 1.2方案二六自由度喂饭机52.2 助老喂饭机械装置的总体方案设计62.2.1助老喂饭机械装置结构方案62.2.2机械传动系统的设计与工作原理82.2.3电机的选择和设计83主要部件设计103.1执行爪的结构设计103.1.1抗拉强度条件103.1.2抗剪强度条件113.1.3刚度条件123.2谐波减速器的设计与选型123.2.1结构型式的选择123.2.2确立柔性轮与刚性轮齿数123.2.3选取柔轮和刚轮的材料133.2.4初步确定啮合模数m133.2.5挑选柔性轮与刚性轮结构的型式与计算它们的主要几何数值133.2.

6、6谐波传动的啮合参数和几何尺寸的计算143.2.7挑选波发生器得构造形式与通过公式计算得出它的几何尺寸153.2.8柔性轴承几何参数的计算，使用寿命的计算163.2.9校验柔性轮地疲劳强度163.2.10计算波齿轮结构得传动效率173.3校核轴上的键183.3.1和联轴器相互配合得键183.3.2和齿轮1配合的键183.4大臂齿轮结构的设计183.4.1传动齿轮设计与计算183.4.2大臂结构图213.4.3大臂传动轴的设计213.5机械爪设计243.5.1机械爪总体结构设计与分析243.5.2总体结构设计253.5.3机械爪工作原理255设计小结26参考文献27致谢281.1 课题背景及意义

7、随着人口老龄化问题越来越严重，辅助老人和行动不便的人进食成为了亟待解决的问题之一。随着工业的发展，喂饭装置已经成为了辅助生活的重要形式，喂饭装置凭借高精度，自动化控制的优点，已经成为辅助生活器械最为重要的组成部分。喂饭机械是集力学自动控制，机电一体化等多门学科为一体的学科，随着喂饭机械研究的不断发展，已经不再局限于制造行业中的应用，对于西方经济发达的国家来说，社会保障制度比较完善，对于老年人的养老形式也积累了很多经验。所以，西方发达国家的养老模式多以居家养老和机构养老为主。他们的老年人群更偏爱机构养老，因为西方国家为机构养老的管理实行了分级管理。管理人员会将老年群体按照身体健康状态、自理能力、

8、社交能力进行详细的分类，主要分为自理型、半自理型和完全不能自理型，而介于这三种类型之间的老年人群，会进行更细致的分类，最终按照所分类别将他们送进不同的管理机构。但随着社会的不断发展，其养老模式也在不断发展，在近几年，西方国家又不断出现了新的养老模式来辅助传统的养老模式。如互助养老、旅游养老、以房养老、候鸟式养老等，这些新型的养老模式的出现也为更多不同类型的老年人提供了多种选择和服务。其中，互助养老和以房养老的方式已经被西方许多国家的老年人所采纳。所谓互助养老，就是指将老人与家庭以外的人，在自愿的基础上结合，相互照顾和支持，他们可以结伴而居，拼家养老。这些模式在德国、瑞士、美国等地均有不少人开始

9、尝试，并获得了较好的评价。而以房养老则是通过一定的金融机制，将房产蕴含的价值提前变现，为老年人提供养老的资金，解决老年人养老的经济问题。对于空巢老人来说，互助养老和旅游养老都是不错的选择，不再遭受晚年无人照顾和陪伴的痛苦。1.2 国内外研究现状及发展趋势在欧美国家大多有着十分重视人权的文明风气，这种风气对饮食辅助机械设计的发展起到了很大的促进作用，同时也使他们不断的探究和完善饮食辅助机械设计的发展道路。经过三十几年的发展，饮食辅助机械设计已经被大众熟知并接受,其研究对象也增加到了包含所有的弱势群体，这不仅是为了让更多的人不受限制的使用产品，享受饮食辅助机械设计带来的便利，同时也与饮食辅助机械设

10、计本身的核心理念更加靠拢与贴近。日本对饮食辅助机械设计的研究稍晚于欧美国家。日本原本是个资源匮乏的岛国，随着人口结构的变化和老龄化的驱使下，引起了日本的企业界和学术界的重视，日本将饮食辅助机械设计的理念引入本国，在日本政府的大力推动下，很快将其推动到各个产业领域中，并将其快速发展，使得日本对饮食辅助机械设计研究的成果显著，后来又发展为“适合全方位的设计”理念。现在，日本的诸多用品都采用了饮食辅助机械设计的理念，很多运用饮食辅助机械设计理念设计的产品远销海外,深受广大消费者的青睐。如日本的松下、东芝、本田等品牌也正是乘着饮食辅助机械设计理念之风起步的。饮食辅助机械设计在北欧的一些发达国家也得到了

11、快速的发展。北欧的设计本身就体现出简洁的特点，虽然简洁，但处处都以人为本，主张产品面前“人人平等”。饮食辅助机械设计理念是以人为本的最高发展形式，从北欧的设计风格可以看出，他们追求自然、生态的设计重，最终获益的都是人，在无形之中都尊崇了饮食辅助机械设计的核心思想。饮食辅助机械设计的理念最早是被运用到产品设计中，但随着社会的经济发展和经济社会发展的需要，饮食辅助机械设计又被广泛运用到公共空间和环境设计中，更大限度的为人们提供了便利，发挥了重要的作用。和日本或一些欧美国家相比，我国对饮食辅助机械设计理念的引入相对较晚，对其研究也不够深入，理论和实践的相关知识很多都来自国外发达的国家，我国与饮食辅助

12、机械设计相应的文献资料也比较匾乏，因此，用饮食辅助机械设计理念指导的设计产品范围也非常小。但我国早在80年代就开始研究无障碍设计，而无障碍设计作为饮食辅助机械设计的一个分支，也算是为我国饮食辅助机械设计的研究奠定了良好的基础。我国已经制定了无障碍设计的标准和规范，在许多公共空间中都置有无障碍设施，尤其在一、二线城市，处处都可体现出无障碍设计。近几年，国内有关饮食辅助机械设计理念的著作越来越多，也引起了企业及学术界的重视。华中农业大学研究了在不用双手的情况下，使用者仅用双脚能够进行自主吃饭；踏左踏板，通过涡轮遥感，饭碗旋转；涡轮转动，螺杆转动；踏右踏板，勺子按轨迹转动。哈工大研究了采用声控技术，

13、通过计算机软件事先把主人的声音传入机器人内部的芯片，机器人记住主人的声音，主人使用时通过麦克风说出指令，机器人接收指令后，按照要求转动盘子或取食。国内宜家发明了一种喂饭机，该喂饭机专门为老年人（尤其是80岁以上的高龄老人）肌肉萎缩、柏金森综合症、多发性硬化症、老人痴呆症、中风等手部或者身体行动不便的人设计，协助他们方便、整洁地自主进餐。该公司是国内首家把喂饭机作为产品推向市场的。喂饭机的工作原理：模拟人的手臂、肘、手腕和手的动作，辅助用餐人员以及护理人员将餐盘里的食物（如：炒饭、米、粥、糊状食品等）用勺子装起，送至嘴边。特点：1、餐盘（餐盘巧妙的“中央凸起”设计，能让餐勺在其运动轨迹里，勺起足

14、够的食物，避免了“勺不到、勺不尽”的情况）2、餐勺运动平稳,食物不易洒落3、机外控制盒（特有的手握式机外控制盒，方便手部力量不足人群使用，按键上凸起点标识设计，清晰地把不同功能的按键区分，对视力开始退化人群同样适用）4、餐台无需额外固定5、无机械运动噪音6、用户可选择不同的控制方式现今国内外研究的趋势：随着“银发事业”的发展，大量的老年产品充斥着市场。许多老年人面对着琳琅满目的商品，却开始犹豫了。这是因为随着科技的进步和发展，许多产品的使用都与传统的使用方式有所不同，例如一些智能的电子类产品，功能较庞大，多数老人不能自己独立使用的，对于空巢老人来说，更是不敢碰触这类产品。因为大部分空巢老人由于

15、不能向子女及亲人询问使用方法及产品功能，导致他们不愿意接受新鲜的事物,不容易接受新型的产品，故使用一些电子产品对于他们是比较困难的。基于此，国内外对于助老喂饭机械装置发展现状为以下几个趋势：智能化体系结构标准研究开放式，模块化的助老喂饭机械装置系统结构，工业机器人系统的软硬件设计方法，形成切实可行的系统设计行业标准、国家标准和国际标准，以便于系统的集成，应用与改造。新型控制器技术研制具有自主知识产权的先进助老喂饭机械装置控制器。研究具有高实时性的，多处理器并行工作的控制器硬件系统；针对应用需求，设计基于高性能，低成本总线技术的控制和驱动模式。深入研究先进控制方法，策略在助老喂饭机械装置中的工程

16、实现，提高系统高速，重载，高追踪精度等动态性能，提高系统开放性。通过人机交互方式建立模拟仿真环境，研究开发工业机器人自动/离线编程技术，增强人机交互和二次开发能力。智能化作业技术实现以传感器融合，虚拟现实与人机交互为代表的智能化技术在工业机器人上的可靠应用，提升工业机器人操作能力。除采用传统的位置，速度，加速度等传感器外，助老喂饭机械装置还应用了视觉，力觉等传感器来进行实现协调和决策控制，基于视觉的助老喂饭机械装置姿态反馈控制；研究虚拟现实技术与人机交互环境建模系统。成线成套装备技术针对助老喂饭机械装置等具体行业工艺需求，结合新型控制器技术和智能化作业技术的研究，研究与行业密切相关的助老喂饭机械装置应用技术，以助老喂饭机械装置为核心的助老机械装置的相关成