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摘 要
輪椅是年老體弱者以及下肢傷殘者必不可少的代步工具，但障礙物卻使輪椅受到很大限制。現(xiàn)代由于采用了傳統(tǒng)的輪式結(jié)構(gòu)，只能夠在平地上行走，面對(duì)臺(tái)階、樓梯這樣比較復(fù)雜的地形卻顯得無(wú)能為力。高通過(guò)性輪椅設(shè)計(jì)是采用輪腿式機(jī)器人結(jié)構(gòu)，正常行駛時(shí)輪式工作，采用四輪驅(qū)動(dòng)；遇到障礙時(shí)腿式工作，從而適應(yīng)大多數(shù)地形；車身則采用自動(dòng)導(dǎo)軌式調(diào)平結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)方便。本次設(shè)計(jì)的主要工作包括：確定輪椅的工作方式以及工作結(jié)構(gòu)形式、主體尺寸，并確定各主要零、部件的結(jié)構(gòu)尺寸及其選型。
關(guān)鍵詞：輪椅 高通過(guò)性 輪腿式機(jī)器人
Abstract
Wheelchairs are frail elderly and the disabled limb indispensable means of transport, but the obstacles while filling the wheelchair is very restricted. As with a traditional modern wheeled structure, can only walk on flat ground, facing steps, stairs, but this is more complex terrain powerless. High-pass design is the use of a wheelchair wheel legged robot structure, normal driving wheel work, the use of four-wheel drive; encounter obstacles leg work to accommodate most of the terrain; body is leveling automatic slide-type structure, the structure is simple, easy to adjust. The design of the main tasks include: determining wheelchair work and the working structure, body size, and identify the major components and parts of the structure size and selection.
Keywords: wheelchair high adoption round legged robot
目 錄
1 緒論 1
1．1 研究目的 1
1．2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1
2 方案選擇 2
2．1 常見(jiàn)方案 2
2.1.1 輪組式 2
2.1.2 履帶式 2
2.1.3 腿式 3
2.1.4復(fù)合式 3
2．2 方案分析 4
2.2.1 目前研究中所存在的問(wèn)題 4
2.2.2 方案選擇 4
2.3 具體方案 5
2.3.1 總體方案 5
2.3.2 結(jié)構(gòu)分析 5
2.3.3轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 6
2.3.4 越障功能 6
2.3.5 移動(dòng)方式 8
3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9
3.1 主要參數(shù)設(shè)計(jì) 9
3.2 電機(jī)選擇 9
3.2.1 選擇電動(dòng)機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)形式 9
3.2.2 行走機(jī)構(gòu)電機(jī)選擇計(jì)算 12
3.2.3 行走機(jī)構(gòu)電機(jī)功率的計(jì)算 12
3.3 驅(qū)動(dòng)輪系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12
3.3.1 總體結(jié)構(gòu) 12
3.3.2 驅(qū)動(dòng)輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 12
3.3.3套筒(輪軸)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13
3.4 軸設(shè)計(jì)與校核 14
3.4.1 總體設(shè)計(jì) 14
3.4.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14
3.4.3 軸的校核 14
3.5 V帶設(shè)計(jì) 15
3.5.1確定計(jì)算功率 15
3.5.2 選擇V帶類型 15
3.5.3確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)算帶速 15
3.5.4驗(yàn)算帶速 15
3.5.5確定V帶的中心距和基準(zhǔn)長(zhǎng)度 15
3.5.6驗(yàn)算小帶輪上的包角 16
3.5.7 計(jì)算帶的根數(shù) 16
3.5.8 計(jì)算單根V帶的初拉力的最小值 16
3.5.9 計(jì)算壓軸力 17
3.5.10 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 17
3.6 車輪半徑尺寸研究 17
結(jié) 論 19
參考文獻(xiàn) 20
致 謝 21
1 緒論
1．1 研究目的
輪椅是年老體弱者以及下肢傷殘者必不可少的代步工具，隨著無(wú)障礙設(shè)施的增多，輪椅使用者的活動(dòng)范圍逐步加大。但障礙物卻使輪椅受到很大限制，因此研發(fā)價(jià)格低廉、簡(jiǎn)單易用的可翻越障礙物的輪椅是康復(fù)工程工作者面臨的一項(xiàng)比較緊迫的任務(wù)?，F(xiàn)代由于采用了傳統(tǒng)的輪式結(jié)構(gòu)，只能夠在平地上行走，面對(duì)臺(tái)階、樓梯這樣比較復(fù)雜的地形卻顯得無(wú)能為力。解決這一問(wèn)題的最好方法就是改進(jìn)殘疾人使用的行走設(shè)備，也就是說(shuō)通過(guò)改進(jìn)殘疾人輪椅的機(jī)械結(jié)構(gòu)，使其能夠適應(yīng)日常生活中所碰到大多數(shù)的地形。
本次設(shè)計(jì)的題目高通過(guò)性輪椅設(shè)計(jì)，其主要原理在于四個(gè)輪子在正常運(yùn)動(dòng)中四輪驅(qū)動(dòng)行走；而在遇到障礙的時(shí)候可以像腿一樣的行走，以通過(guò)障礙物；而在車身則采用滑軌式自動(dòng)調(diào)平結(jié)構(gòu)。
1．2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
國(guó)外對(duì)爬樓梯裝置的研究開(kāi)始得相對(duì)較早，最早的專利是1892年美國(guó)的Bray發(fā)明的爬樓梯輪椅。此后，各國(guó)紛紛開(kāi)始投入此項(xiàng)研究，其中美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)和日本占主導(dǎo)地位，技術(shù)相對(duì)比較成熟，且有一些產(chǎn)品已經(jīng)投入市場(chǎng)使用。我國(guó)對(duì)此類裝置的研究雖然起步較晚，但近年來(lái)也涌現(xiàn)了很多這方面的專利，然而投入實(shí)際使用的還很少。
日本千葉工業(yè)大學(xué)開(kāi)發(fā)出了一款全新的輪椅，這個(gè)輪椅的獨(dú)特之處就是能夠輕易地在不公正的地面上使用。這款輪椅配有一排感應(yīng)器來(lái)探測(cè)障礙和地面變化，并能夠自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。借助于四輪驅(qū)動(dòng)和五軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，該款智能機(jī)器人輪椅能夠完成多種難度動(dòng)作。
平常，它像普通的輪椅一樣通過(guò)滾動(dòng)前行，但是如果碰到臺(tái)階或者溝道的話，它的輪子就可以變得像腿一樣通過(guò)障礙。使用者需要做的僅僅是通過(guò)操縱桿告訴它往什么方向移動(dòng)，這個(gè)智能機(jī)器人輪椅會(huì)自動(dòng)評(píng)估周圍的地形然后做出正確動(dòng)作。當(dāng)然如果路面不平的話，它會(huì)自動(dòng)控制座椅確保它保持水平。
2 方案選擇
2．1 常見(jiàn)方案
2.1.1 輪組式
輪組式的特點(diǎn)是每個(gè)輪組依照星形輪的方式進(jìn)行運(yùn)動(dòng)：平地行駛時(shí)，各小輪繞各自軸線自轉(zhuǎn)；爬樓梯時(shí)，各小輪一起繞中心軸公轉(zhuǎn)。