室内移乘护理机器人运动稳定性研究

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为了解决下肢行动不便的老人的移乘问题,改善我国的养老护理等行业现状,护理机器人技术已经成为了近几年机器人领域的研究热点,其主要功能是帮助下肢失能的老人进行移乘护理。与一般工业机器人不同的是,护理机器人的工作对象主要是行动不便的老人,为了确保被护理人的安全问题,防止护理机器人发生倾倒、打滑等失稳现象。本文以自主研发的轮式移乘护理机器人为研究对象,分析其在整个工作过程中的运动稳定性问题,实现安全舒适的移乘搬运。首先对护理机器人的结构特点进行详细的描述,重点突出与其他护理机器人的不同之处,再对机器人的薄弱部位进行有限元分析,验证了机构设计的合理性与安全性。其次分析护理机器人在工作中稳定性情况,分为两个阶段:第一阶段为分析护理机器人将被护理人抱起过程中的稳定性,采用D-H法对护理机器人的抱人机构进行运动学建模,通过递推公式得到机器人与人接触处机构末端的位姿与各个关节角度之间的关系,明确此过程的运动特点,通过ADAMS仿真软件得到抱人过程中机器人各个部分的质心变化曲线,进而通过Matlab软件计算出护理机器人在抱人过程中的整体质心轨迹,采用重心投影法稳定性判定依据,分析护理机器人抱人过程的稳定状况。第二阶段为分析护理机器人携带被护理人移动过程的稳定性,首先对护理机器人的双轮差速驱动机构进行运动学建模,分析差速驱动机构的运动特点,针对在运动过程中直线行驶和转弯状态下可能会出现的打滑和漂移现象,建立其数学模型,通过ADAMS仿真软件仿真在启动、制动以及转弯状况下的运动过程,得到护理机器人各个轮子与地面的压力变化情况来分析护理机器人在移动过程中的稳定状况。最后,通过制作的样机完成实验工作,操作样机完成将被护理的人抱起任务,机器人将人抱起的实验,验证了此过程机器人不会发生倾倒现象和结构的合理性,可以实现安全稳定的移乘搬运工作。
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