工作空间分析 - 基于SolidWorks的多功能自平衡护理床设计

六、工作空间分析

　　机器人的工作空间是机器人操作器的工作区域，它是衡量机器人性能的重要指标。根据操作器工作时的位姿特点，工作空间又可分为可达工作空间和灵活工作空间。可达工作空间是指操作器上某一参考点可以到达的所有点的集合，这种工作空间不考虑操作器的姿势。灵活工作空间是指操作器上某一参考点可以从任何方向到达的点的集合。

　　1.影响护理床平台工作空间的因素

　　(1)杆长的限制。杆件长度变化时受到其结构的限制，每一根杆件的长度必须满足：，其中和分别表示第i杆的最短值和最长值。当某杆长度达到其极限值时，运动平台上的参考点也就达到了工作空间的边界。

　　(2)转动副转角的限制。各种铰链，包括球铰链和万向铰链的转角都会受到结构限制，每一铰链的转角，其中是第i个铰链的球面副和万向铰链的最大转角，其大小由运动副的具体结构确定。

　　(3)杆件的尺寸干涉。连接动平台和固定平台的杆件都具有几何尺寸，因此各杆件之间在运动过程中可能发生相互干涉。设杆件直径为的圆柱体，若两相邻杆件轴线之间的距离为，则。

　　2.护理床稳定平台工作空间的确定

　　上平台的面积是1500×1000()，每个液压缸的最小长度为1000mm，最大伸长量为800mm，每个胡克铰的摆角为±45°，每个球铰的摆角为±45°。满足：

　　用MATLAB仿真得到工作空间，如图6所示。对结果进行分析：绿色区域是稳定平台的安全工作区，红色区域为稳定平台的危险工作区域。根据工程实际，稳定平台的调整范围一般在绿色区域。

　　七、结束语

　　三维设计仿真技术应用于医疗护理设备的最大的优势在于其集成化，而不是单纯集中在参数化建模上。本文采用的是基于SolidWorks 的多功能自平衡护理床的设计，在实体装配、运动仿真和工作空间等多个方面进行详细阐述，其基本功能为自动调平衡、床与轮椅转换和床身直立等，适用于医院、家用、救护车和大型船只等。