【摘 要】
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人口老龄化与意外事故频发导致失能人数增加,辅助护理机器人逐渐成为医疗、家庭领域的一个研究热点。针对行动不便或失能患者存在清洁、移动等生活难以自理的问题,基于TRIZ理论设计了一种6自由度混联式多功能辅助护理机器人,可实现卧床调姿移位、蹲起站立等辅助康复运动,减轻护理人员的体力劳动,主要研究内容如下:应用TRIZ创新理论通过功能组件分析、因果轴分析发现了现有辅助护理设备存在的不足,运用TRIZ工具中
【基金项目】
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国家创新方法工作专项（2018IM010500）; 安徽省第六批特支计划（AHTZ202006-04）
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人口老龄化与意外事故频发导致失能人数增加,辅助护理机器人逐渐成为医疗、家庭领域的一个研究热点。针对行动不便或失能患者存在清洁、移动等生活难以自理的问题,基于TRIZ理论设计了一种6自由度混联式多功能辅助护理机器人,可实现卧床调姿移位、蹲起站立等辅助康复运动,减轻护理人员的体力劳动,主要研究内容如下:应用TRIZ创新理论通过功能组件分析、因果轴分析发现了现有辅助护理设备存在的不足,运用TRIZ工具中的技术矛盾、物-场模型设计出以4-UPR并联工作臂为主体的混联式辅助护理机器人。通过理论计算对回转装置、回转马达等关键部件进行选型,并进行拓扑机构自由度分析。运用ANSYS Workbench软件对混联式辅助护理机器人整体进行有限元分析,完成了立柱、车架和支撑梁等关键结构件的强度校核,得到对应的应力云图和变形云图。对支撑梁进行模态与谐响应分析,找到支撑梁共振频率相应发生破坏的位置和破坏程度。通过封闭矢量法与数值解法求解出4-UPR并联机构的位置逆解和正解,得到了4条运动支链的杆长与位姿参数之间函数关系表达式;基于位置逆解方程,推导出并联机构速度雅可比矩阵,分析了并联机构的奇异性,得到在给定的约束条件下,并联机构不会发生反解奇异、正解奇异和混合奇异。运用MATLAB软件,求解机构的可达工作空间,结果显示机构没有出现空洞和奇异点,运动性能良好。运用ADAMS软件,对混联式辅助护理机器人进行运动学与动力学仿真。建立4-UPR并联机构平台的虚拟样机,验证了并联机构一平移两转动的正确性;开展了护理机器人动力学仿真,模拟机器人移乘护理作业。仿真结果表明,所设计的机器人可实现使用者舒适、安全移乘和日常护理需求,并试制样机验证整体的可行性。图 [66] 表 [9] 参 [96]
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