座椅式机器人是为身体有缺陷的人设计的自动装置,可以帮助伤残人克服机能障碍,载人自动上下楼梯,从而提高伤残人的行动和工作能力。 研究并实现了座椅式机器人机械部分的虚拟化样机设计。首先对座椅式机器人的机械传动系统进行了设计计算,确定了传动系统中齿轮传动与链传动中关键零部件的参数,利用SOLIDWORKS三维造型软件,建立了所有零部件的三维实体仿真模型,在建立实体模型的过程中,对零部件从结构到外观都进行了优化设计。再利用SOLIDWORKS提供的COSMOSWORKS软件,进行了关键零部件的应力应变分析,通过分析检验了结构设计中不合理的因素,修订了相关的结构参数和工艺参数,保证了机械设计中零部件的可靠性和安全性。最后利用SOLIDWORKS的装配功能,根据零部件的实体模型,建立了座椅式机器人的总装仿真模型。通过总装的虚拟化样机设计,检验了零部件的结构设计中是否存在干涉,零件间的定位和装配关系是否合理,总体结构是否美观。 研究并建立了座椅式机器人的控制系统的数学模型,并根据数学模型建立了控制系统的仿真模型,进行了仿真、分析和优化设计。首先利用白箱建模方式,进行了系统的物理描述,建立了系统的数学模型,通过Laplace变换,建立了系统的传递函数。利用著名的仿真与分析软件MATLAB所提供的Control System Toolbox工具箱,进行了系统在单位阶跃信号下的时间响应分析,分析了系统在过渡过程中的动态特性性能指标,找出了动态特性性能指标的不足,并进行了优化设计。又根据频率响应分析,分析了系统在稳态过程中的动态特性性能指标,利用SISOTOOL工具,以及极坐标图(Nyquist图)和对数坐标图(Bode图)进行了系统相频特性分析与幅频特性分析。通过调速补偿器的增益、调整系统带宽、加入积分器、加入超前校正网络和移动补偿器的零极点等方式,进行了系统的优化设计。最后得到优化后的系统的仿真模型。 总之,通过机械结构虚拟化样机设计与基于COSMOSXpress的应力应变分析,修订了以前设计中某些零部件的有些工艺参数和结构参数,使设计更合理、安全、经济。通过建立控制系统的仿真模型,进行仿真和分析,发现了以前系统设计没注意到的问题,以及以前出现的而无法解决的一些问题的理论根源。 该项目是为甘肃机械研究院设计的一个横向课题。