轻量级丝杠作动器设计在便携的机器人的应用

轻量级丝杠作动器设计在便携的机器人的应用
机械设计报
凯文•W.霍兰德•托马斯G.唐
    一个便携机器人是直接与它的用户联系的一个受控和开动的设备。同样，也要求这个设备必须也是便携的，轻量级的，最重要的是安全的。为了达到这些目标。标准丝杠的设计通常不能很好的按要求执行这些。典型的丝杠有很低投球角度和大的半径，从而产生很低的机械效率和很大的重量。可是，使用文本中的设计程序，效率和重量是被改进的; 因而可以产生一种与人的肌肉相似的丝杠系统。例子中的问题说明一个可行性的丝杠设计应该是277 的功率质量比，接近驱动它的马达，即312W/kg，并且机械效率为0.74和最大动能到11.3 kN/kg的丝杠设计。
1引言
在美国，有五分之一的人有不同形式的残疾，这些人当中，61％的人患有感觉或身体残疾。在老年人中，8％到19 ％是步态失调。许多残疾人可以独立的受益于某种形式机器人的协助。一个便携机器人是一个被计算机控制和驱动的装置，是直接接触用户的。这种装置的目的是增强用户的行为能力。在病人治疗期间，它可以用于训练，或是仅仅当作一种协助病人完成日常生活的装置。"便携"的含义是指机器人必须携带方便，重量轻，而且安全是最重要的。相比之下，工厂车间的机器人是没有这些功能的，因此，要简单修改现有的技术是不可能实现的。设计便携机器人的标准方法有三大局限性;

Design of Lightweight Lead Screw Actuators for Wearable Robotic Applications
Journal of Mechanical Design
Kevin W. Hollander Thomas G. Sugar
A wearable robot is a controlled and actuated device that is in direct contact with its user. As such, the implied requirements of this device are that it must be portable, lightweight, and most importantly safe. To achieve these goals, The design of the standard lead screw does not normally perform well in any of these categories. The typical lead screw has low pitch angles and large radii, thereby yielding low mechanical efficiencies and heavy weight. However, using the design procedure outlined in this text, both efficiency and weight are improved; thus yielding a lead screw system with performances that rival human muscle. The result of an example problem reveals a feasible lead screw design that has a power to weight ratio of 277 W/kg, approaching that of the dc motor driving it, at 312 W/kg, as well as a mechanical efficiency of 0.74, and a maximum strength to weight ratio of 11.3 kN/kg 。

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