摘 要随着老龄化的加剧和医患护理费用的增加，对能为患者与行动不便的老人等提供 简单护理的机器人的需求也变得更加急切，本课题设计的护理机器人的整个过程中， 综合应用所学知识，不断获取和完善相关的专业知识，达到知识的增加与能力的提高 的目的。
本文介绍了国内外护理机器人技术的发展现状及前景，按课题需要进行护理机器 人手臂和底盘行走系统的结构设计，手臂为三自由度手臂，用电机带动扇形齿轮的啮 合实现手抓的放松与夹紧，底盘行走则采用双电机带动，实现差动行驶。
进行部件、 电机选型并对手臂齿轮的传递强度进行计算，最后从硬件和软件两个方面设计了单片 机在机械手控制中的应用。
设计了单片机的控制电路，绘制了程序流程图。
关键词：护理机器人，机器人手臂，行走系统，单片机ABSTRACTWith the increased of aging and the cost of doctorpatient care .The demand for simple care robot for patients of the elderly has become more urgent, Throughout the process of the design of the subject of care robot, need an integrated application of knowledge, access and improve the relevant expertise to achieve the purpose of increasing knowledge and capabilities.This article introduces the development status and prospects of the nursing robotics domestic and international , design the care robot arm and chassis walking system according to the requirement, the degree of freedom for arm is three, use the motor drive the fan gear stretch and clamp, the chassis have twomotor drives to achieve the differential driving. And finish the selection of the parts and the motors.As well as the checking of the transmission intensity of arm gears.At the last design application of the microcontroller in the robot in both hardware and software .Design of the MCU control circuit, draw the program flowchart.Key words: care robot, robot manipulator,move system, SCM目 录1 绪论 (1)1.1 护理机器人概述 (1)1.2 课题背景及其意义 (1)1.3 国内外研究现状 (1)1.4 本课题的设计要求 (4)2 护理机器人手臂部分的设计 (5)2.1手臂的结构设计 (5)2.2 电机的选择 (6)2.3大臂处齿轮的计算 (7)2.4大臂处同步带的计算 (10)2.5本章小结 (14)3 护理机器人底盘系统的设计 (15)3.1 底盘结构的设计 (15)3.2 底盘处电机的选择 (15)3.3 机器人底盘行走运动的简略分析 (16)4 控制系统设计 (17)4.1 引言 (17)4.2 电机介绍 (17)4.4 硬件设计 (26)4.5 软件设计 (29)4.6 本章小结 (33)5 结论 (34)参考文献 (35)致谢 (36)1 绪论1.1 护理机器人概述此护理机器人，主要服务对象为行动不便，或者重病在床的患者。
通过单片机植 入预定工作程序使机器人移动、抓取物件为患者拿放所需物件，实现对患者比较简单 的如帮助患者喝水、送药、进食等简单护理。
本文主要做的是行走和手臂系统的设 计，行走和手臂系统是护理机器人的重要组成部分。
机器人手臂为三自由度，可实现 大臂、小臂和手抓在同一平面内的运动。
行走系统为两轮差动系统，可实现任意角度 的转动。
1.2 课题背景及其意义随着老龄化的加剧和医患护理费用的增加，对能为患者与行动不便的老人等提供简 单护理的机器人的需求也变得更加急切，本课题的目的就是为了满足这一社会需求， 设计一种为行动不便的患者提供简单护理的机器人，在为人们提供利的同时，降低有 长期重症患者家庭的护理费用。
护理机器人具有巨大的发展前景,首先是因为社会老龄人口的急剧增加，导致了社 会市场对护理机器人需求的增加，据统计我国现阶段花甲年龄之上的老人近十分之 一，并有可能在2015年突破2亿人这会是中国发展所急需解决的问题，其中挑战性不言 而喻。
此外，在世界各国范围内我国残疾人口比例属于偏多的国家。
可以预计，在不 远的将来，随着社会生活成本的提高老年人和残疾人的护理也将会困扰着社会，必然 成为社会及其家庭的沉重负担，因此如果能提供一大批护提供诸如取物、喂饭、搀扶 等多种多样服务功能理机器人，必将对帮助照顾老年人和残疾人的日常生活，提高他 们的生活水准，同时减少整个社会对护理消费行业的巨大投入与消耗，并且可以适当 解决护理行业的发展压力。
不久的未来,服务机器人必将大量涌入人们的日常生活之中，成为一道风景。
不久 的未来,服务机器人必将大量涌入人们的日常生活，护理机器人是服务机器人的重要组 成部分，其专业性与实用性必将使它渐进深入人们的生活，极大的为人们提供方便。
1.3 国内外研究现状根据WTEC评估结果，美国在机器人如下领域保持领先地位：机器人室外导航、机 器人体系结构（控制、机构和计算的集成）、以及部分服务和个人机器人领域。
日本 和韩国在机器人移动技术、人形机器人和部分服务和个人机器人（包括娱乐）领域处 于领先位置。
欧洲在结构化环境的移动技术，包括城市交通领域保持领先。
欧洲还在 助老和家庭服务机器人领域资助了重大计划。
澳大利亚在定位和导航的理论和应用方面具有优势。
随着机械及相关行业技术的发展，适合家庭护理服务的机器人在各国的 发展已经进入了飞速发展的阶段，这些机器人主要是治疗与保健类机器人。
恩格耳伯 格认为服务型的机器人将是以后最具有应用潜力的机器人，也因此这位机器人之父成 立了TRC公司。
这反应了当前机器人行业工作者的认识。
目前，清洁机器人，导盲机器 人，外科助手机器人，汽车加油机器人，助残机器人及家务机器人等服务机器人已经 发展了一段时间，需求也正在增加。
目前，基于移动机器人的机械手，是目前最先进的康复机械手，其安装在移动机 器人、自主或半自主小车上，在加大机械手活动范围的同时，提高了抓取准度，适于 更多的患者。
S.Tachi等人在MIT日本实验室研发出了一种移动式的康复机器人 MELDOG [9] ，作为“导盲狗”以帮助盲人完成操作和搬运物体的事情；法国Evry大学研 制的移动式康复机器人ARPH [2] ，使用者可从工作站进行远程控制，使移动机器人实现 定位和抓取操作。
护理机械的发展中，著名的“护理助手”比较是TRC在1985开始发展并在1990销售 的第一个机器人产品。
目前在世界40多个医院中有。
只要你按下一个按钮，发送“护 士助理”就能完成病房的医疗器械和设备的转移，送饭，运送毒品的案件，报告和信 件发送，运输实验样品和结果，在住院分送邮件和包裹。
它大大降低了医院的开支提 高了工作效率。
并且它可以打开门，进入电梯，紧急时会给别人让路。
十九世纪八十 年代日本开发的一款名为MYISUPUN的护理机器人，它可以根据病人的命令用两个机 械手轻轻抱住病人，病人从床上到汽车，送病人检查;它也可以推轮椅的病人户外活动 或为病人洗澡。
东京都三鹰市SEKOMUS研究所最近开发机器人名为MYISUPUN，帮 助有障碍的人进行饮食。
在护理人员短缺，没有足够的时间服务残疾人进食的医院很 受欢迎。
这主要是由于交通意外事故受伤后，颈部一偶活动的人用。
不久前，日本专 门的护理人员的发展设计“护理人员”护理机器人。
因为在女性居多的护理人员中， 力气太小，帮助病人有时将非常困难。
有了这一套“护士助手”甚至比较弱的女护士 可以成为“大力士”。
人工神经网络的护理助理有很多传感器，分别与一个人的手 臂，大腿，小腿和臀部肌肉。
通过这些传感器的人体肌肉收缩的信息很快就过去了， 护理服务，连接计算机的计算机发送一个信号“激活”护理服务，增强人体肌肉力 量。
这种气压驱动的机器人，穿上它会很安全。
日本芝浦工业研究所技术部系统工程 教授T.komeda和他的研究小组开发了一个帮助残疾人士的日常生活移动机器人系统。
通过局域网络系统，该系统可以由多人同时用。
在监视器屏幕上输入指令可以将高达3 公斤食品顺利拿到残疾人面前，操作简单。
护理机器人系统逐步发展，当前世界上已经有日常生活上的极其柔软系统。
这一 系统可在重残人处于卧床状态、身体不能自由活动的情况下通过没置在床边的护理装 置（机器人部件），对重残人进行饮食照料包括从贮藏柜中拿物品等服务。
长期卧床 而意识健全的重残人可在病房、家庭中使用这种机器人在相应机构的配合下可实现的护理项目有体位变换、躯体移动、饮食料理、信息传递、紧急逃离等。
从长远的角度 看，许多规划人员认为随着老年人的数量和家庭护理的费用增加，用于个人护理的机 器人需求量肯定会飞速增长。
护理机器人的研究是康复工程的重要组成部分。
康复就 是要使残疾人与健全人同样平等地参与各种社会活动，成为人类社会中普通的一员， 实现自身价值，为社会做出贡献。
在这些帮助中需要工程技术及其产品——技术辅助 器具等实物给以支持如轮椅假肢、矫形器等。
辅助器具在残疾人康复的各个环节上都 起着不可缺少、无法替代的作用。
1991年MIT设计完成了第一台上肢康复训练机器人 系统MITMANUS如图11所示。
图1-1机器人介绍在国内，护理机械手经过50多年的发展，从总的情况来看我国生产的护理机器器 械除部分科技含量较大的产品外，大多只具备国外90年代末的水平，跟国外还有一定 的差距。
我国学术界和企业界在863计划和国家自然科学基金等项目的支持下，先后针 对各项机器人技术进行攻关，并取得大量研究成果。