残疾人轮椅设计(编辑修改稿)

残疾人轮椅设计(编辑修改稿)内容摘要：

生活中的推广，被接受程度低。 腿式爬楼装置有最好的地形适应力，但承载重量较小，具有较大危险性，且重心偏高。 运动相对比较平稳，颠簸感轻微，但同时运行速度较缓。 此外，该类型装置对控制的要求 较高，操作比较复杂，在平地行走时运动幅度不大，动作缓慢。 复合式爬楼装置各种机构的复合也给控制方面提出了更高的要求，而且爬楼过程中的稳定性、如何适应不同尺寸的楼梯、如何实现手动操作省力与省时的问题以及反向自锁等问题仍然存在。 方案选择 本次设计的指导思想必须满足以下几个性能： 平地、越障两用；平地行驶效率高，操作方便简单；越障时重心波动缓和，稳定性好；不平坦地形下对系统的重心作适时调节，避免车体倾斜给使用者带来恐惧；轮椅结构尽量简单，造价低廉。 为了满足上述要求，考虑到复合式具有良好的越障能力，所 以本次设计采用轮腿式复合机器人结构， 正常行驶时轮式工作，采用四轮驱动；遇到障碍时腿式 5 工作，从而适应大多数地形；车身则采用自动导轨式调平结构，该结构简单，调节方便。 该种结构的优点有： 第一， 平顺的行驶能力。 轮椅小车在平地行驶时，由于其结构上的特点，四轮都有单独的电动机驱动，利用轮轴系统传递动力，使小车轮快速的前进，其效率与普通轮式驱动车辆相同。 当遇到可跨越的障碍时，四轮演变成腿式机器人形星翻越障碍物前进。 第二，可靠的越障能力。 轮椅小车翻越障碍时，小车轮四轮驱动电动机停止，抬腿电动机驱动抬腿 以通过障碍，转向时通过单独的电动机驱动，轮子不转动。 这使得在翻越障碍过程中，小车轮不会发生滚动，使得运动方位的控制得到精确的保证。 这一优点对小车越障控制尤其重要。 第三，对控制方式容易实现。 任意时刻轮椅四轮同步驱动行走，转向和抬腿都由单独的电动机驱动，这样就能准确控制移动轮椅的行走状态。 第四，由电动机调速控制器来实现轮椅的正常前进、实现转向、抬腿前进三个基本运动单元。 具体方案 总体方案 本设计方案中的轮腿式机器人 它 是 具有足够的流动性简单的机构为目标的环境中，其作用机理是 不同的从那些 其他 的移动机器人。 四个车轮被安装在每一个腿尖，和腿机构是很简单的。 在此轮椅 系统有四个活动轮， 只有 五个活动 轴，而机器人可以 直接 移动 通过 一部分的水平的地形。 当遇到障碍物的时候 它 可以像一个机器人移动也走在台阶上像腿式机器人，尽管组成的 机械结构简单。 结构分析 根据本次设计的要求有一下三个前提： 轮腿机器人作为机器人的基本讨论 越障 地形合适的机制，因为这两个车轮和腿是必要的崎岖地形的机器人 ， 这类 机器人，同时具有高速和高非结构化地形的适应性 ； 提出了机器人在地面上有四个接触点。 四是最小 数目，以维持其稳定性当它提出了一条腿支撑它的身体其他 6 三条腿 ； 连接到每个车轮的前端的一条腿，因为在很多情况下，没有足够的空间可设置的腿和车轮单独的机器人身体上。 转向机构 对于机器人轮椅来说 方向控制机器人是必要的 ，在正常行驶的过程中，以及在越过障碍的时候，都是需要准确控制的。 对于这一点，阿克曼转向机构或机制图 1中示出的是用于转向。 图 26转向机构 越障功能 一般功能腿机制有利于示于下表。 当所有的腿不具备多个自由度，无法实现的转向功能，在下表（图 2）。 假设只有运动 1和 2的是可以实现的，因为不一定需要功能 3腿尖位置进行调整车轮。 其结果是，使腿机制可以变得相当简单。 为了实现功能 2，它至少是必要的腿顶端能够移动垂直及横向，如图 3中所示。 图 27：身体位置调整，而不 离开 图 28：腿型机器人可以选择 支持任意位置。 支承点的位移优选的是，实现两个或多个功能的一个的自由度，以避免了复杂的机制。 因此，轴由在轧制控制方向，这两个函数（ ⅱ ）和（ 4）来实现，作为如图 4所示。 此外，（ ⅲ ）及（ v），实现了由其他可驱动的轴设置，如图 4所示。 7 这机制下称腿像车轴。 为了四条腿（图 5）实现的功能，机器人配备与上面的前部和后部的腿状轴。 图 29 腿像车轴机制 图 210 在两个腿像轴前部和后部， 所以每腿可以提高其轮。 图 211 身体有可能下降，如果所有的车轮不能被驱动。 驱动和控制每个车轮独立地是由于以下原因 ：当轮椅车体 掉落在斜坡上移动时，在粗糙地形有一种可能性，如图 6中所示，如果所有的车轮还没有激活的车轮 ； 左车轮的右轮的速度是不同的，即使在粗糙地形上直线移动，最后，附着在车体 上的调整轴。 该设计轮椅的 四个车轮和四条腿的功能，并具有一个可控制的片的一部分，因此，它可以移动崎岖地形上的人或骑在它的水平的东西。 另一方面，有四个主动车轮和其他五个主动轴。 轮腿式机器人 具有最小的自由度，除其他机器人 具有相同的迁移率式样。 所以，这是一个新型崎岖地形的机器人。 8 移动方式 在下图中给出了轮腿式机器人的运动方式，以及越障过程，按照顺序给出了轮椅越过障碍，向前移动的过程图。 图 212 运动方式图 崎岖的地形上移动战略腿部模式每个前轮的步骤超过了一个洞。 之后，每个以同样的方式在孔后轮步骤。 9 3 结构设计 主要参数设计 主要尺寸 长度： 1200mm，宽度： 820mm，高度： 350mm 重量 120kg 轮圈尺寸 半径： 100mm，宽度： 30mm 电机 （直流电机） 23 W 40 W 电池 36 V 图 31参数数据 电机选择 选择电动机的类型和结构形式 因为我们的轮椅需要能够爬楼越障，所以对电机的要求就比较高。 所以我们选择电动单轮车的 驱动电机作为电动轮椅的电机。 永磁直流无刷电机是一种典型的机电一体化电机 , 除了有普通直流电机调试性能好、调速范围宽和调速方式简单的特点外 , 还有功率因素高、转动惯量小、运行效率高等优点 , 特别是由于它不存在机械换相器与电刷 , 大大的减少了换相火花 , 机械磨损和机械噪声 , 使得它在中小功率范围内得到了更加广泛的应用 , 是电机的主要发展方向之一。 对于永磁直流无刷电机的控制方式 , 可以分为两大类有位置传感器控制方式和无位置传感器控制方式。 典型的有位置传感器控制方式是使用霍尔传感器控制方式。 无位置传感器控制方式是目前比较广泛使用且较为新颖的一类控制方式 , 包含有反电动势控制方法、磁链计算法、状态观测器法和人工神经网络控制法等。 反电动势控制方法中对驱动桥和电机在外电路过流时的保护极为重要 , 对软件发生错误动作时负载的保护也提出了较高的要求 [6]。 目前我国电动车所使用的 10 电机一般为直流电机，直流电动机具有运行效率高、调速性能好等优点。 传统的直流电机是有刷直流 电机，但由于电刷的存在，带来了因机械摩擦而产生的噪声、火花、电磁干扰等缺点，再加上电机的制造成本高、维修困难、使用寿命短等，其。