壓縮包內(nèi)含CAD圖紙和三維建模及說(shuō)明書(shū),咨詢Q 197216396 或 11970985
摘 要
本課題設(shè)計(jì)的目的是通過(guò)設(shè)計(jì)出一種能夠在普通小區(qū)，公共場(chǎng)合爬樓梯的輔助機(jī)構(gòu)。我們首先對(duì)國(guó)內(nèi)外助殘輪椅市場(chǎng)的現(xiàn)狀做了簡(jiǎn)單的總結(jié)，最終結(jié)果顯示現(xiàn)如今市面上的助殘輪椅大部分價(jià)格昂貴，一般消費(fèi)者不能承受。進(jìn)而對(duì)比國(guó)內(nèi)外的各種爬樓梯輪椅，取其優(yōu)點(diǎn)，綜合考慮，確立設(shè)計(jì)思想。
本設(shè)計(jì)在傳統(tǒng)電動(dòng)輪椅基礎(chǔ)上對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變后，采用兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)平地行走機(jī)構(gòu)和翻轉(zhuǎn)輪系；通過(guò)一對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)行星輪轉(zhuǎn)動(dòng)，并保持后側(cè)2個(gè)輪的輪轂電機(jī)抱死，從而行星架轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)車輪交替著地實(shí)現(xiàn)爬樓。姿態(tài)調(diào)整裝置用于在上下樓梯時(shí)自動(dòng)調(diào)整和控制輪椅的重心。設(shè)計(jì)功能的實(shí)現(xiàn)主要由平地行走、翻轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、位姿調(diào)整和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)幾部分組成。輪椅的整體形狀與市場(chǎng)上普通的電動(dòng)輪椅相似。平衡系統(tǒng)可以在電氣控制時(shí)運(yùn)用陀螺儀。
關(guān)鍵詞： 爬樓梯；機(jī)械設(shè)計(jì)；輪椅；行星輪
Abstract
The purpose of this design is to design a kind of auxiliary mechanism that can climb stairs in common areas, so as to ultimately design a kind of climbing wheelchair robot with reasonable prices, advanced performance, and economy. We first made a brief summary investigation of the domestic and foreign wheelchairs for the disabled. The final result shows that most of the disabled wheelchairs available in the market today are expensive and cannot be afforded by the average consumer. Then compare domestic and foreign wheelchairs for climbing stairs, take advantage of them, and consider comprehensively to establish design ideas.
This design is based on the structure of the traditional electric wheelchair, two motors are used to drive the flat walking mechanism and the turning wheel train; the pair of motors drives the planet wheels to turn and keeps the two wheels of the rear wheel hub motor locked. As a result, the rotation of the planet carrier drives the wheels to alternately climb stairs. The posture adjustment device is used to automatically adjust the control center of gravity when the wheelchair goes up and down the stairs. The realization of the design function is mainly composed of several parts such as flat walking, turning wheel train transmission structure, posture adjustment and driving system.
The overall shape of the wheelchair is similar to that of a general electric wheelchair on the market. The balance system can use a gyroscope during electrical control.
Key words：Wheelchair, control system, two-wheeled type, mechanical structure
目 錄
引 言 2
第一章 緒論 3
1.1 研究背景 3
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 4
1.2.1 履帶式爬樓輪椅 4
1.2.2 步進(jìn)支撐式爬樓輪椅 5
1.2.3 行星輪式爬樓輪椅 6
1.3 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 7
1.4 設(shè)計(jì)意義 7
1.5 設(shè)計(jì)內(nèi)容 8
第二章 總體方案 8
2.1 設(shè)計(jì)要求 8
2.2 總體布局 9
2.3 本章小結(jié) 9
第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10
3.1 輪椅總體尺寸 10
3.2 椅背、椅身設(shè)計(jì) 11
3.2.1尺寸設(shè)計(jì) 11
3.3 位姿調(diào)整機(jī)構(gòu) 12
3.4 車輪結(jié)構(gòu) 13
3.4.1 車輪尺寸 13
3.5 翻轉(zhuǎn)爬樓機(jī)構(gòu) 13
3.5.1爬樓機(jī)構(gòu)組成 13
3.5.2翻轉(zhuǎn)電機(jī)的選取 14
3.5.3 減速器選型 15
3.5.4翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)的軸設(shè)計(jì) 15
3.5.5翻轉(zhuǎn)齒輪的設(shè)計(jì) 17
3.5.6齒輪材料的選取 17
3.6平地行走機(jī)構(gòu) 18
3.6.1總體設(shè)計(jì) 18
3.6.2功率計(jì)算 18
3.6.3電動(dòng)機(jī)的選取 20
3.6.4 減速器選型 21
3.6.5平地行走機(jī)構(gòu)的軸設(shè)計(jì) 21
3.6.6定軸輪系齒輪設(shè)計(jì) 22
3.6.7末端齒輪設(shè)計(jì) 23
3.7 控制手柄 23
3.7.1功能介紹 23
3.7.2基本原理 24
3.8 本章小結(jié) 24
第四章 控制系統(tǒng) 25
4.1 硬件選用 25
4.1.1單片機(jī) 25
4.2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 27
4.2.1概述 27
4.2.2流程圖設(shè)計(jì) 28
4.3 本章小結(jié) 28
第五章 總結(jié) 27
參考文獻(xiàn) 28
致謝 29
引 言
本次設(shè)計(jì)的主要目的是開(kāi)發(fā)出一款新型的電動(dòng)爬樓輪椅，能幫助殘疾者和老年人在不依靠他人幫助的情況下，就能獨(dú)自完成上下樓梯。這款智能輪椅的功能齊全，在日常生活中可以做普通電動(dòng)輪椅車使用，爬樓時(shí)則可以上下樓梯。另外，針對(duì)中國(guó)的實(shí)際情況，要求它的價(jià)格能夠能被中國(guó)市場(chǎng)接受。
我國(guó)對(duì)爬樓輪椅的研究以蘇和平教授發(fā)明的爬樓輪椅較為出名。前輪作為驅(qū)動(dòng)輪，后輪用于翻轉(zhuǎn)。這個(gè)方案將前面的萬(wàn)向輪用驅(qū)動(dòng)輪代替，增加了輪椅車的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了安全快速地轉(zhuǎn)彎。該機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)是：由于左右后輪相連就會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)彎不方便，不適合普通住宅室內(nèi)的使用。還有其他學(xué)者研究出四行星輪爬樓輪椅，但是其體積很大以至于使用上受到很多限制。
因此 設(shè)計(jì)一種活動(dòng)靈活且使用安全的智能爬樓輪椅，很有現(xiàn)實(shí)意義。
第一章 緒論
1.1 研究背景
據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年中國(guó)老年人總數(shù)達(dá)到2.22億，占中國(guó)總?cè)丝诘奈宸种弧?預(yù)計(jì)到2020年，中國(guó)的老年人數(shù)量將繼續(xù)增長(zhǎng)，將會(huì)達(dá)到2.5億；2025年中國(guó)老年人口將達(dá)到3億高峰，中國(guó)將成為一個(gè)完全超齡的國(guó)家，中國(guó)的殘疾人數(shù)量也將達(dá)到1億。。些老年人口和殘疾人在社會(huì)上處于劣勢(shì)，需要一款適合各種場(chǎng)合的輪椅，方便他們能不依靠他人而獨(dú)自出行。
普通輪椅基本上由輪椅體，越障輪和制動(dòng)裝置幾部分構(gòu)成?，F(xiàn)在市場(chǎng)上比較流行的電動(dòng)輪椅則是在其基礎(chǔ)上，加上可移動(dòng)可充電電池，動(dòng)力驅(qū)動(dòng)、智能電子控制系統(tǒng)等部件，能實(shí)現(xiàn)智能化人機(jī)互動(dòng)等多種功能的新型智能輪椅。傳統(tǒng)的輪椅缺少動(dòng)力源，給老年人和殘疾人帶來(lái)很大的步行障礙，新型智能爬樓輪椅的設(shè)計(jì)變得尤為緊迫。本設(shè)計(jì)對(duì)輪組式爬樓梯輪椅機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和計(jì)算，實(shí)現(xiàn)輪椅的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，爬樓梯的動(dòng)作，并可以轉(zhuǎn)彎。
在我國(guó)，很多人居住的仍然是普通的樓房，而低于6層的樓房一般不會(huì)安裝電梯，這使得行動(dòng)不便的人們的出行極為不便。雖然普通的輪椅解決了一些人的生活出行問(wèn)題，但是當(dāng)有臺(tái)階時(shí)，必須得有親人朋友在身邊，需要他們幫忙抬著乘坐者上去。因此，因此，研究可以上下樓梯的智能輪椅變得極為重要。
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
國(guó)外早在1892年就已經(jīng)開(kāi)始了對(duì)于爬樓梯輪椅的研究。通過(guò)查閱資料，目前的爬樓輪椅按其傳動(dòng)方式可分為履帶式、階梯式和輪式三種。
1.2.1 履帶式爬樓輪椅
履帶機(jī)構(gòu)的爬樓輪椅，在市場(chǎng)上的研究和應(yīng)用已經(jīng)比較成功了，其原理類似于坦克，技術(shù)也比較完善。比如在戰(zhàn)場(chǎng)和特殊場(chǎng)合的防暴機(jī)器人、發(fā)生重大公共突發(fā)事件時(shí)的搶險(xiǎn)機(jī)器人，還有發(fā)射升空的探月機(jī)器人上都使用過(guò)履帶輪。
履帶式機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)如下：很寬的履帶使其越障能力強(qiáng)，能在不好的地面上平穩(wěn)地行走，適應(yīng)能力強(qiáng)，攀爬和翻越溝洼的能力比輪式強(qiáng)；而且履帶的摩擦力大，不容易空轉(zhuǎn)打滑。走路時(shí)，履帶式重心波動(dòng)小，而且運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性有較高水平。
另一方面，履帶式也一些不足。要使履帶運(yùn)行平穩(wěn)且不打滑，那么設(shè)計(jì)就會(huì)增大自身的體積，相應(yīng)地就會(huì)增大占地面積，這就造成了居民樓使用不便的情況；重量大、但是運(yùn)動(dòng)不夠靈活；其次，輪椅在實(shí)際生活中平地行走的時(shí)間遠(yuǎn)超于爬樓時(shí)間，這樣看來(lái)，履帶式就沒(méi)有輪組式實(shí)用，而且履帶式運(yùn)動(dòng)緩慢、效率低，也是一大缺點(diǎn)；第三，履帶式輪椅的運(yùn)動(dòng)不靈活，，攀爬過(guò)程中產(chǎn)生了很大的壓力，對(duì)樓梯造成了較大的破壞。 最后，履帶式輪椅在平地上使用時(shí)的阻力相對(duì)較高，并且不能在平地上自由轉(zhuǎn)動(dòng)。 總之，這些問(wèn)題使履帶式輪椅無(wú)法在日常生活中得到廣泛的應(yīng)用。
法國(guó)的Top Chair公司生產(chǎn)了一種新型的履帶和輪組混合使用的履帶式輪椅，如下圖：平地行走時(shí)底部的車輪工作，而遇到特殊地形例如需要爬樓時(shí)，則轉(zhuǎn)換為履帶行走，這樣乘坐者就能獨(dú)自上下樓梯。但由于它的價(jià)格較高，因此并沒(méi)有普及到普通家庭。
圖1-1 履帶式爬樓輪椅
1.2.2 步進(jìn)支撐式爬樓輪椅
查閱支撐式輪椅發(fā)現(xiàn)，早期的爬樓梯輪椅一般通過(guò)模仿人們爬上建筑物時(shí)的動(dòng)作，兩套支撐桿支撐。 在樓上時(shí)，先提起輪椅使其沿垂直方向移動(dòng); 然后將其水平向前移動(dòng)以完成一次爬樓動(dòng)作動(dòng)作。
這種機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)如下：機(jī)構(gòu)爬樓幅度較大，使用范圍廣，能應(yīng)用于不同尺寸的樓梯；但是它的動(dòng)作非常緩慢，無(wú)法在崎嶇的地面上快速行走，甚至在平坦路面上行走時(shí)的速度也不是很大；它具有復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，需要高度的控制性。，因此價(jià)格也十分昂貴，不能在大眾中推廣。 如圖所示是日本高西惇夫教授發(fā)明的行走機(jī)器人。
圖1-2雙足行走機(jī)器人
1.2.3 行星輪式爬樓輪椅
按使用輪的個(gè)數(shù)可分為兩輪、三輪或者是四輪式結(jié)構(gòu)；根據(jù)車輪組的對(duì)數(shù)可分為單輪和雙輪類型。輪式結(jié)構(gòu)在我們?nèi)粘Ｉ钪袘?yīng)用十分廣泛，例如一般的電動(dòng)輪椅，或者普通的輪椅。普通的輪椅很容易在地面上行走，但在惡劣的路況下行走并不容易。
美國(guó)著名發(fā)明家迪恩·卡門(mén)發(fā)明了一種新型輪椅一iBOT。它有很多獨(dú)特的能力，特殊的“金雞獨(dú)立”行走方式，以及上下樓梯能力。iBOT輪椅安裝在前面的萬(wàn)向輪可以朝著任意方向行走；兩對(duì)行星輪組結(jié)構(gòu)的輪胎位于萬(wàn)向輪后側(cè)，行星輪組不斷翻轉(zhuǎn)就能可以上下樓梯了。IBOT能夠在平地、斜坡、沙灘、樓梯、等各種環(huán)境的路面上行走。而且后輪在陀螺儀的作用下可以保持平衡并且直立行走。
iBOT運(yùn)動(dòng)方式有3種，一是平地行走，此時(shí)車輪全部著地，驅(qū)動(dòng)力強(qiáng)，攀爬能力好。二是直立方式，金雞獨(dú)立行走，此時(shí)只有最后一對(duì)車輪著地，輪椅能夠前進(jìn)后退，轉(zhuǎn)彎。陀螺儀使人與輪椅的重心一直保持在一定位置，即使在不同狀態(tài)，整個(gè)車身也能保持平衡。第三種運(yùn)動(dòng)方式就是爬樓梯，前面的實(shí)心萬(wàn)向小輪離地，后面兩組車輪繞中軸交替爬樓。iBOT和其他電動(dòng)輪椅相同的地方是它也需要電源，在輪椅座椅下可以放兩塊電池，提供輪椅行的動(dòng)力，適合在公共場(chǎng)合使用，但是由于采用了復(fù)雜的控制系統(tǒng)和多個(gè)傳感器，所以價(jià)格也是比較貴，因此在2009年已經(jīng)停產(chǎn)。
圖1-3 新型輪式爬樓輪椅
1.3 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
我國(guó)對(duì)爬樓輪椅的研究較晚，其中蘇和平教授發(fā)明的爬樓輪椅較為出名。前輪作為驅(qū)動(dòng)輪，通過(guò)改變前輪的轉(zhuǎn)速獲得不同的速度來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，電機(jī)轉(zhuǎn)速相同時(shí)輪椅走直線，后輪的翻轉(zhuǎn)由后輪電機(jī)控制。這個(gè)方案將前面的萬(wàn)向輪用驅(qū)動(dòng)輪代替，增加了輪椅車的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了安全快速地轉(zhuǎn)彎。該機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)是：由于左右后輪相連就會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)彎不方便，不適合普通住宅室內(nèi)的使用。
另一種設(shè)計(jì)方案如圖5所示：前后兩套四個(gè)行星輪，電機(jī)控制前輪實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，后
輪為主動(dòng)輪實(shí)現(xiàn)行走。這個(gè)方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量較輕。但是由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而導(dǎo)致了輪椅導(dǎo)致承重能力差，電機(jī)驅(qū)動(dòng)力不足會(huì)使爬樓運(yùn)動(dòng)十分困難。
圖1-4 國(guó)內(nèi)輪組式輪椅
1.4 設(shè)計(jì)意義
本次設(shè)計(jì)的主要目的是開(kāi)發(fā)出一款新型的電動(dòng)爬樓輪椅，能幫助殘疾者和老年人在不依靠他人幫助的情況下，就能獨(dú)自完成上下樓梯。這種智能輪椅的功能是它可以在日常生活中用作普通的電動(dòng)輪椅，也可以上下樓梯。 另外，根據(jù)中國(guó)的現(xiàn)實(shí)情況，要求其價(jià)格能夠被中國(guó)廣大購(gòu)買者接受。
本課題的重點(diǎn)是發(fā)明一臺(tái)輪式上下樓梯輪椅，并確保在使用過(guò)程中的安全性
1.5 設(shè)計(jì)內(nèi)容
本課題對(duì)旋轉(zhuǎn)式雙輪輪椅的爬樓機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)與計(jì)算，以較低的成本實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)式雙輪輪椅的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，傳感器設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。在傳統(tǒng)的電動(dòng)輪椅基礎(chǔ)上自主設(shè)計(jì)一種新的旋轉(zhuǎn)式輪椅，根據(jù)機(jī)械原理知識(shí)、CAD，CATIA繪圖知識(shí)對(duì)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行理論分析及計(jì)算，實(shí)現(xiàn)以下功能：
（1） 它可以在日常生活中用作普通的電動(dòng)輪椅
（2） 在沒(méi)有他人幫助情況下，能夠上下樓梯。
（3） 在上下樓梯、攀爬斜坡時(shí)，位姿調(diào)整機(jī)構(gòu)能夠調(diào)節(jié)重心，使其保持水平。1.6 本章小結(jié)
通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外研究資料的查找，了解設(shè)計(jì)意義，明確設(shè)計(jì)內(nèi)容，進(jìn)而對(duì)研究有一定整體性概念，
第二章 總體方案
2.1 設(shè)計(jì)要求
對(duì)于行動(dòng)不便的人來(lái)說(shuō)，輪椅是不可或缺的移動(dòng)代步工具，但在攀爬建筑物時(shí)，幾乎所有類型的輪椅都在不同程度上受到限制。在國(guó)內(nèi)外的許多改良輪椅專利發(fā)明中，最著名的是迪恩發(fā)明的兩輪組式IBOT輪椅，它的平衡系統(tǒng)能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)重心，并且有緊湊的結(jié)構(gòu)，是今后智能輪椅發(fā)展的主流趨勢(shì)。但是其高昂的價(jià)格讓它的真正受益者并不多，并且由于銷量不佳而停產(chǎn)。多輪爬樓輪椅具有運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)的特點(diǎn)，可以靈活的運(yùn)動(dòng)，但是相對(duì)來(lái)說(shuō)因?yàn)槎噍嗇喴蔚捏w積較大，因此在普通居民樓上的推廣使用難度很大，這就是為什么國(guó)內(nèi)外有很多與爬樓輪椅相關(guān)的發(fā)明專利，但是很少能真正大面積推廣到生活中的主要原因。
因此我們需要設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)式雙輪輪椅，需要滿足以下幾點(diǎn)：
（1） 價(jià)格能讓市場(chǎng)接受，并且性能安全可靠。
（2） 體積小，可以在大多數(shù)場(chǎng)合下應(yīng)用。
（3） 既能作為普通輪椅使用，也可以爬樓梯。
2.2 總體布局
本設(shè)計(jì)在傳統(tǒng)電動(dòng)輪椅基礎(chǔ)上對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變后，采用兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)平地行走機(jī)構(gòu)和翻轉(zhuǎn)輪系；翻轉(zhuǎn)爬樓的功能可以由定軸行星輪系實(shí)現(xiàn)；上下樓時(shí)改變的重心可以通過(guò)位姿調(diào)整裝置來(lái)自動(dòng)調(diào)整控制重心。設(shè)計(jì)功能的實(shí)現(xiàn)主要由平地行走、翻轉(zhuǎn)輪系傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、位姿調(diào)整和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)幾部分組成。輪椅主要由（1）椅架、（2）位姿調(diào)整機(jī)構(gòu)、（3）車輪、（4）翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、（5）行走機(jī)構(gòu)等幾部分組成。繪制三維模型圖如圖：
圖2-1 旋轉(zhuǎn)式雙輪輪椅組成
輪椅車底部共安裝六個(gè)車輪，前面兩輪為兩個(gè)萬(wàn)向輪，體積較小，起輔助支撐和控制方向的作用；后邊則是四個(gè)爬樓主動(dòng)輪，以行星輪的方式連接.輪椅在平地運(yùn)動(dòng)情況下與普通電動(dòng)輪椅方式相似，通過(guò)調(diào)節(jié)兩邊電機(jī)轉(zhuǎn)速不同進(jìn)行轉(zhuǎn)彎操作。后置的固定軸輪系統(tǒng)翻轉(zhuǎn)以實(shí)現(xiàn)攀爬樓梯的功能。行星輪的特點(diǎn)就是既繞主軸公轉(zhuǎn)，也可以獨(dú)自旋轉(zhuǎn)，這樣，攀爬過(guò)程可以通過(guò)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)完成。位姿調(diào)整機(jī)構(gòu)可以改變?nèi)说闹匦摹?
2.3 本章小結(jié)
本章明確了旋轉(zhuǎn)式雙輪輪椅的設(shè)計(jì)要求，并確定了總體布局和主要傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及方案，為之后的具體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算做好基礎(chǔ)準(zhǔn)備。
第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1 輪椅總體尺寸
查閱《國(guó)家電動(dòng)輪椅車》的標(biāo)準(zhǔn)（GB12996-91），電動(dòng)輪椅車可以分成室內(nèi)型、室外型、道路型輪椅車三種類型，這三種類型中以道路型輪椅車為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，取最大速度18km/h，制動(dòng)性能3.5m，駐坡性能6度，縱、側(cè)向靜態(tài)穩(wěn)定性分別為 25度、15度，動(dòng)態(tài)上下坡穩(wěn)定性分別為6度、5度，越障高度必須超過(guò)80mm，越溝寬度必須大于150mm，爬坡能力大于6度，最小回轉(zhuǎn)半徑為2.0m。最大充電行程應(yīng)大于45公里。
標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，電動(dòng)輪椅車最大長(zhǎng)度不能超過(guò)1600mm，總寬不得超過(guò)750mm，總高不能超過(guò)1150mm。由此標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)總尺寸長(zhǎng)x寬x高=740x655x1010mm，具體尺寸如圖3-1所示。查閱資料以及市場(chǎng)上電動(dòng)輪椅的各種參數(shù)。設(shè)輪椅整車總質(zhì)量為50Kg，取乘坐者的最大質(zhì)量為100Kg，設(shè)輪椅在普通路面的行駛速度為V1=1.5-2m/s，爬坡30°斜坡的速度為V2 = 0.5m / s，上下樓梯轉(zhuǎn)速為n = 0.5?0.75rad / s
圖3-1 輪椅尺寸總圖
3.2 椅背、椅身設(shè)計(jì)
3.2.1尺寸設(shè)計(jì)
（1） 座位寬度: 以乘坐者坐下時(shí)身體寬度為基礎(chǔ)，在此之上加5cm。如果座位太窄則乘坐者乘坐時(shí)會(huì)感到不適;然而，太寬的座椅不容易乘坐，而且人們操縱輪椅也十分不方便的
（2）座位長(zhǎng)度: 就座時(shí)臀部與小腿之間的水平距離，然后從測(cè)量結(jié)果中減去6.5厘米。
（3）座位高度: 測(cè)量乘客就座時(shí)從腳后跟到膝蓋的距離。在此基礎(chǔ)上增加4厘米，腳踏板的板面高度至少要離地5cm。如果座位高度過(guò)高，輪椅不能推動(dòng)桌椅下的空間;如果座位太低，則乘坐者尾骨承受重量過(guò)大，感到不適。距離地面不到5厘米。
（4）坐墊：坐墊應(yīng)放置在輪椅的座位上，讓乘客感覺(jué)舒適，防止痔瘡。常見(jiàn)的緩沖材料是泡沫橡膠墊或凝膠墊
（5）扶手或臂托：座面上方一般為22.5?25cm
3.3 位姿調(diào)整機(jī)構(gòu)
位姿調(diào)整機(jī)構(gòu)可以改變?nèi)说闹匦摹Ａ硗?，可以根?jù)輪椅的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)自動(dòng)調(diào)節(jié)，安裝在輪椅上的平衡系統(tǒng)把輪椅的姿態(tài)傳輸?shù)娇刂破髦?，可?duì)座椅部分的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得座椅重心保持在一定位置，避免輪椅發(fā)生側(cè)翻。
當(dāng)普通輪椅在斜坡上移動(dòng)時(shí)，輪椅座椅表面和水平面將形成斜角，導(dǎo)致人們改變其焦點(diǎn)，并且乘客會(huì)感到不舒服。此時(shí)普通輪椅的缺點(diǎn)是輪椅的重心不能根據(jù)座椅表面的傾斜角度進(jìn)行調(diào)整。如果傾斜角度過(guò)大，輪椅可能翻轉(zhuǎn)。為了避免這種情況并提高用戶的乘坐舒適性，在輪椅底部安裝了一個(gè)平衡控制系統(tǒng)，以實(shí)時(shí)測(cè)量輪椅的傾斜
角度，并驅(qū)動(dòng)姿勢(shì)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來(lái)改變平衡椅的位置。
姿態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是四桿起重機(jī)臂架系統(tǒng)的原型，并進(jìn)行了設(shè)計(jì)和修改連桿式組合臂
架型變幅機(jī)構(gòu)是可以通過(guò)臂架傾角變化，改變幅度的機(jī)構(gòu)。具體設(shè)計(jì)如圖所示。圖3-2 位姿調(diào)整機(jī)構(gòu)
由平衡控制系統(tǒng)發(fā)出指令，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)推桿1伸縮，桿件1繞鉸鏈旋轉(zhuǎn)時(shí)推動(dòng)電動(dòng)推桿2，電動(dòng)推桿2推拉改變桿件2的位置，從而改變了座椅的位姿。
電動(dòng)推桿具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）限位開(kāi)關(guān)，伸縮桿件達(dá)到頂點(diǎn)和底部都會(huì)自動(dòng)停止，確保電機(jī)不會(huì)空燒。
（2）任意位置可停止，自帶帶機(jī)鎖
（3）行程范圍廣，10-1200mm可選
3.4 車輪結(jié)構(gòu)
3.4.1 車輪尺寸
（1）輪胎尺寸：
《住宅設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，單階梯段凈寬應(yīng)超過(guò)1．10m；，一邊安裝有欄桿的且不超過(guò)六層的住宅單個(gè)樓梯臺(tái)階段凈寬應(yīng)超過(guò)1m；單階樓梯寬度應(yīng)超過(guò)0.28m，踏步高度不應(yīng)超過(guò)0．175m。房屋外面的地面與房屋內(nèi)入口處的高度差應(yīng)超過(guò)0．10m。綜合為了使輪椅車的適用性更廣，需要在最小踏步寬度的情況下進(jìn)行爬樓操作，并借鑒國(guó)內(nèi)其他電動(dòng)輪椅的車徑，因此在此取后輪直徑為280mm。
（2） 萬(wàn)向輪尺寸 :
萬(wàn)向輪尺寸的直徑系列有12、15、18、20cm，要想輕易地越過(guò)小型障礙，選擇稍大寫(xiě)的尺寸更好。但是這樣構(gòu)造會(huì)讓整個(gè)輪椅的體積變大，以至于輪椅行動(dòng)不靈活；并且占用空間。綜合整個(gè)結(jié)構(gòu)考慮，取萬(wàn)向輪直徑15cm。
3.5 翻轉(zhuǎn)爬樓機(jī)構(gòu)
3.5.1爬樓機(jī)構(gòu)組成
行星輪的特點(diǎn)就是既繞主軸公轉(zhuǎn)，也可以獨(dú)自旋轉(zhuǎn)，從而通過(guò)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式來(lái)完成爬樓過(guò)程。翻轉(zhuǎn)爬樓機(jī)構(gòu)模型如圖所示，主要由1輪胎， 2 、3、4、5、6五個(gè)行星輪，7、9大小翻轉(zhuǎn)齒輪，10外軸,11輸出軸，8翻轉(zhuǎn)減速電機(jī)組成。
翻轉(zhuǎn)電機(jī)8通過(guò)翻轉(zhuǎn)減速器帶動(dòng)翻轉(zhuǎn)小齒輪7轉(zhuǎn)動(dòng)，傳遞到翻轉(zhuǎn)大齒輪9，通過(guò)內(nèi)軸10帶動(dòng)定軸輪系旋轉(zhuǎn)，此時(shí)，行走機(jī)構(gòu)鎖死，各個(gè)行星輪相對(duì)靜止，輪系繞內(nèi)軸10中心公轉(zhuǎn)從而帶動(dòng)兩個(gè)車輪交替翻轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)爬樓運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)功能。
圖3-3 翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)組成圖
3.5.2翻轉(zhuǎn)電機(jī)的選取
輪椅爬樓時(shí)需要不斷翻轉(zhuǎn)行星輪系，所以就之能用軸承來(lái)實(shí)現(xiàn)輪椅輸入值=軸和輪系之間的連接，但是這樣的連接方式就會(huì)造成輪椅的重心不穩(wěn)定，輪椅容易向前或向后傾斜翻轉(zhuǎn)。而輪椅翻轉(zhuǎn)爬樓的過(guò)程就是將重心不斷改變的過(guò)程，因此，在翻轉(zhuǎn)過(guò)程中保持重心鎖所在位置的平衡非常重要，，既不能在輪胎行星輪系翻轉(zhuǎn)時(shí)失去平衡，也不能給電機(jī)帶來(lái)太大的負(fù)擔(dān)，通過(guò)查找國(guó)內(nèi)外各種專利和資料后，綜合考慮后將輪椅和乘坐者整體的重心放在距離后輪軸心150mm處。而爬樓梯時(shí)，乘坐的人需要靠到輪椅背上，乘坐者至少有一只手可以握住扶手。
經(jīng)計(jì)算，爬樓所需克服的阻力矩為M=G×L(重心位于整體的后半部分，估算重力和驅(qū)動(dòng)軸的垂直距離約為150mm）
則M=（50+100）×150×10-3=22.5N/m， （3-1）
V=ωr,得ω=V/r=0.5/0.14=3.57rad/s, （3-2）
即翻轉(zhuǎn)爬樓時(shí)輪椅輪胎的回轉(zhuǎn)速度ω=3.57rad/s，
則翻轉(zhuǎn)爬樓時(shí)所需功率P2=M·ω=29.4×3.57=105W。 （3-3）
則爬樓時(shí)一側(cè)所需的功率為P=105/2=52W，
轉(zhuǎn)矩：
T= （3-4）
爬樓裝置的減速比i=13.5，所需的轉(zhuǎn)速n2=13.18 r/min；要求電機(jī)的轉(zhuǎn)速n=177.93 r/min，所以選擇用轉(zhuǎn)速小的直流電機(jī)做為驅(qū)動(dòng)爬樓裝置的電機(jī)。功率參數(shù)取250W
3.5.3 減速器選型
1．計(jì)算減速比：
平地行走時(shí)轉(zhuǎn)速n1：n1=136.5r/min （3-5）
翻轉(zhuǎn)時(shí)最大速度： n2：n2=34.11r/min （3-6）
所需的減速比i：i=n/n2=1400/34.11=41 （3-7）
2．減速器選定
，根據(jù)上面的計(jì)算和減速器參數(shù)綜合考慮，輪椅選用 RV系列蝸輪蝸桿減速器，材質(zhì)是鋁合金。型號(hào)為NMRV F 40 - 40 AS。減速器外形如圖：
圖3-4蝸輪蝸桿減速器
3.5.4翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)的軸設(shè)計(jì)
1. 爬樓梯裝置的動(dòng)力系統(tǒng)尺寸
爬樓梯時(shí)，輪椅的行星輪系的外殼尺寸不應(yīng)該與樓梯觸碰，因此，需要估算它的外部輪廓尺寸。由圖中關(guān)系得，外殼單側(cè)不超過(guò)68mm就不會(huì)發(fā)生碰撞
圖 3-5 外部輪廓尺寸圖
2爬樓梯裝置的從動(dòng)軸計(jì)算
（1）軸徑d1的計(jì)算
查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，表15-3確定軸的材料為45號(hào)鋼，選定
驅(qū)動(dòng)軸d計(jì)≥==100×0.38=38mm （3-8）
當(dāng)d≤100時(shí)，若軸上有鍵槽，則應(yīng)將軸徑增大 0.05～0.07，
即d1≥d計(jì)×（1.05~1.07）=39.9-40.66mm
所以選取翻轉(zhuǎn)爬樓的輸出軸 d1 =40mm
d2：取43mm
d3：此處安裝的是軸承，為了使軸承安裝的更加方便，應(yīng)使軸徑略大于d2段軸徑，，選 7205AC系列軸承內(nèi)徑為d3=d7=45 mm
d4：d4略大于d3可以使齒輪的安裝更加方便，并且要小于軸承內(nèi)圈。查[王]P119表 13-3， 取d4=d6=47mm，因?yàn)檩S承是成對(duì)安裝
d5：因?yàn)閺膭?dòng)軸為齒輪軸，所以d5=da2=40 mm
3.5.5翻轉(zhuǎn)齒輪的設(shè)計(jì)
設(shè)大、小齒輪尺寬分別為b1=20mm b2=23mm。翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的大、小傳動(dòng)齒輪分布設(shè)置為25，20，m2=2.5，螺旋角β=12°。按照上面公式求出它們的分度圓直徑分別為37，25mm，中心距62mm，圓整為22mm。設(shè)大、小齒輪尺寬分別為b1=30mm
b2=33mm
3.5.6齒輪材料的選取
斜齒的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性比較好，而且承載能力比較大，為使輪椅結(jié)構(gòu)更加緊湊，傳功機(jī)構(gòu)采用斜齒圓柱齒輪。 同時(shí)為了使輪椅的重量降低，縮小維護(hù)成本，通過(guò)查找資料，齒輪的材料選用PA46，PA46又稱為聚己二酰丁二胺，這是一種具有較高的熔點(diǎn)和較快的結(jié)晶速度的新型的聚酰胺樹(shù)脂，高達(dá)70%的結(jié)晶度，高達(dá)295℃的熔點(diǎn)，即使長(zhǎng)期使用下，它的使用溫度也僅有163℃，也十分安全。相比于其他的塑料如PPA、聚酯、PA6等材料，PA46在高溫情況下的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性的優(yōu)勢(shì)更加明顯?，F(xiàn)在齒輪的制造在許多方面金屬已經(jīng)被工程塑料所代替。
3.6平地行走機(jī)構(gòu)
3.6.1總體設(shè)計(jì)
平地行走結(jié)構(gòu)模型如圖所示，主要由1輪胎， 2 、3、4、9、10五個(gè)過(guò)渡齒輪、6、7大小平地行走齒輪，5外軸,11輸出軸，8行走減速電機(jī)組成。
行走電機(jī)通過(guò)減速電機(jī)帶動(dòng)平地行走小齒輪7轉(zhuǎn)動(dòng)，傳遞到平地行走大齒輪6，然后平地行走大齒輪6通過(guò)外軸5帶動(dòng)過(guò)渡齒輪4轉(zhuǎn)動(dòng)，過(guò)渡齒輪4向兩邊傳遞到過(guò)渡齒輪2和過(guò)渡齒輪10，再通過(guò)輸出軸11帶動(dòng)輪胎轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)所有過(guò)渡齒輪繞各自中心自轉(zhuǎn)，完成輪椅普通行走功能。輪椅在平地運(yùn)動(dòng)情況下的轉(zhuǎn)彎則是通過(guò)調(diào)節(jié)兩邊電機(jī)轉(zhuǎn)速不同進(jìn)行轉(zhuǎn)彎操作。
圖3-6 平地行走機(jī)構(gòu)
3.6.2功率計(jì)算
爬樓梯輪椅在水平、坡度、攀爬樓梯路面三種不同行駛的狀態(tài)下對(duì)電機(jī)功率有不同要求，以此三種狀態(tài)計(jì)算路面行駛功率。
1.行走機(jī)構(gòu)
取輪椅和乘坐者的質(zhì)量分別為50kg和100kg。行走機(jī)構(gòu)可以分成在平地和斜坡的兩種方式，現(xiàn)在分別計(jì)算兩種狀況下的功率，再選取電機(jī)。
（1） 水平路面
根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，在平坦的道路上運(yùn)動(dòng)時(shí)時(shí)，設(shè)輪椅的速度V=2m/s，平地路面行走時(shí)，輪椅車輪的受力分析如下圖。
圖3-7平地行走受力分析
由于平坦路面上運(yùn)動(dòng)時(shí)為四個(gè)輪胎共同承受乘坐者重力，因此FN1=FN2=G/4。輪胎選用的是實(shí)心橡膠材料輪胎，查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知，實(shí)心橡膠材料輪胎在優(yōu)質(zhì)路面上行駛時(shí)的動(dòng)摩擦系數(shù)為μ=0.05。
參考國(guó)家電動(dòng)輪椅標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 12996—2012)，參考大多輪椅的行駛參數(shù)，選定平地路面行駛時(shí)，輪椅的最小速度,
根據(jù)轉(zhuǎn)速公式可計(jì)算車輪轉(zhuǎn)速為：
r/min。 （3-9）
摩擦力F1=F2=， （3-10）
總功率， （3-11）
由公式可得輪椅在水平路面上行走時(shí)需要的總功率則為:
P1=μGv=0.05x100x7.2=360W。
（2） 斜坡路面
輪椅在斜坡運(yùn)動(dòng)下，輪椅爬坡傾斜角度最大為30度，設(shè)這種情況下輪椅運(yùn)動(dòng)速度V=0.5m/s，在爬斜坡路面行走時(shí)，輪椅受力分析如下圖：
圖3-8爬斜坡受力分析
求出爬坡時(shí)最大功率P2=Gvsin30°=100x0.5x0.5=250W （3-12）
根據(jù)轉(zhuǎn)速公式車輪轉(zhuǎn)速為：
r/min
根據(jù)不同狀態(tài)下輪椅行走的過(guò)程，考慮到各個(gè)結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)效率，一個(gè)電機(jī)通過(guò)蝸輪蝸桿減速器鏈接輪胎，選取一個(gè)的直流電動(dòng)機(jī)。
3.6.3電動(dòng)機(jī)的選取
有刷和無(wú)刷兩種類型的直流電機(jī)是永勵(lì)直流電機(jī)按照是否安裝機(jī)械換向系統(tǒng)區(qū)分的。
無(wú)刷直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)如下：
a) 傳統(tǒng)的換向裝置由電子換向來(lái)代替，性能得到優(yōu)化、磨損小、故障少
b) 空載情況下，和靜態(tài)電機(jī)一樣具有電流小的特點(diǎn)；
c) 高效率 小體積。
無(wú)刷直流電機(jī)的缺點(diǎn)如下：
a) 在低啟動(dòng)速度下，電機(jī)會(huì)產(chǎn)生些許振動(dòng) ；
b) 成本高價(jià)格高；
相反，無(wú)刷電機(jī)不具備的劣勢(shì)在有刷電機(jī)上能充分得到體現(xiàn)：
a) 速度的改變非常穩(wěn)定，電機(jī)基本不會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)
b) 溫度變化低；
c) 價(jià)格低
考慮輪椅內(nèi)部空間有限，采用減速電機(jī)，減速器和電機(jī)一體，節(jié)省空間
3.6.4 減速器選型
1．計(jì)算減速比：
平地行走時(shí)轉(zhuǎn)速n1：n1=136.5r/min
配套電機(jī)的轉(zhuǎn)速 n：n=1400 r/min
所需的減速比i：i=n/n1=1400/136.5= 10.25
2．減速器選定
根據(jù)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)減速器的選用規(guī)則，平地機(jī)構(gòu)仍舊采用RV系列的蝸輪蝸桿減速器。最終選定了功率，1400 r/min的RV系列的蝸桿減速器。
3.6.5平地行走機(jī)構(gòu)的軸設(shè)計(jì)
1．軸徑d1的計(jì)算
查找《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，參考表15-3，選擇45號(hào)鋼作為軸的材料，選定
驅(qū)動(dòng)軸d計(jì)≥==105×1.38=136.5mm
當(dāng)d≧100時(shí)，若軸上有鍵槽，則應(yīng)將軸徑增大 0.05～0.07，
即d1≥d計(jì)×（1.05~1.07）=143～146mm
所以選取平地行走軸 d1 =145mm
L1 的寬度應(yīng)比轱轆的寬度稍小
2．軸徑d2 的計(jì)算
軸肩高度(2-3)R，查表15-2，得R=3，h=(2-3)R=6-9 mm
d2 =151-154 mm 取d2=168mm
L2 =50 mm
3.6.6定軸輪系齒輪設(shè)計(jì)
行走機(jī)構(gòu)和翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用由五個(gè)模數(shù)相同、齒數(shù)相同的齒輪構(gòu)成的行星輪組進(jìn)行傳動(dòng)，通過(guò)傳動(dòng)齒輪的固定支架連接。
為了實(shí)現(xiàn)輪式輪椅連續(xù)上下樓梯的功能，同側(cè)車輪的中心距應(yīng)滿足圖中數(shù)學(xué)關(guān)系，在此以樓梯踏步寬度280mm，樓梯高度130mm為標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行輪椅的設(shè)計(jì)計(jì)算。如圖所示，兩個(gè)車輪之間的中心距L==308.7mm，圓整后取中心距為310mm。
圖3-9車輪中心距分析
已知兩個(gè)車輪的中心距，則可以確定連接兩個(gè)車輪的傳動(dòng)齒輪（5個(gè)齒輪參數(shù)相同）的中心距。即a=310/4=77.5mm。即齒輪間中心距取77.5mm，齒輪直徑d=77.5mm。
選取斜圓柱齒輪，初步選取齒數(shù)，
則由螺旋角公式β=15° （3-13）
分度圓直徑d1==77.65mm， （3-14）
取齒寬系數(shù)=0.4，則尺寬b=d1=30mm。 （3-15）
3.6.7末端齒輪設(shè)計(jì)
考慮到裝置的結(jié)構(gòu)應(yīng)該緊湊，布置合理，行走裝置的齒輪取大、小齒輪齒數(shù)為36、18，模數(shù)m=2，螺旋角，
則根據(jù)計(jì)算得分度圓直徑：
,，
中心距,
圓整后選擇整數(shù)值a=55mm。
3.7 控制手柄
3.7.1功能介紹
電動(dòng)輪椅遙控操縱控制桿是電動(dòng)輪椅的人機(jī)接口，它的具體功能如下:
(1) 準(zhǔn)確輸入乘坐者期望的速度及方向控制，輸出驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)和輪椅的轉(zhuǎn)向控制信號(hào);
(2)遙控操縱控制桿能夠顯示電池電量、速度檔位等基本信息;
(3)電動(dòng)輪椅的遙控操縱桿控制器有極高的靈敏度，以此能夠快速實(shí)現(xiàn)速度控制和轉(zhuǎn)向控制的功能;
(4)實(shí)現(xiàn)操縱桿控制器、電機(jī)控制器、編程器之間信號(hào)的實(shí)時(shí)傳遞。
3.7.2基本原理
智能電動(dòng)輪椅控制系統(tǒng)的主要應(yīng)用原理有操控界面原理、平穩(wěn)性能標(biāo)準(zhǔn)分析、差速控制原理等，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)操控信號(hào)的處理，從而精準(zhǔn)、快速地表現(xiàn)出使用者提出要求的左右、前進(jìn)和后退的命令控制。
圖3-10 控制手柄
3.8 本章小結(jié)
本章對(duì)旋轉(zhuǎn)式雙輪輪椅的機(jī)構(gòu)確立了三維模型圖的，具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，和尺寸計(jì)算。詳細(xì)介紹了旋轉(zhuǎn)式雙輪輪椅各部分機(jī)構(gòu)的組成，工作原理，和理論計(jì)算。
第四章 控制系統(tǒng)
4.1 硬件選用
4.1.1單片機(jī)
單片機(jī)（MCU）是一種典型的嵌入式結(jié)構(gòu)微型控制器；是具有使用VLSI技術(shù)的數(shù)據(jù)處理能力的集成電路芯片。一個(gè)不起眼的硅芯片上就已經(jīng)形成了一個(gè)十分完整的微機(jī)控制系統(tǒng)。本次設(shè)計(jì)采用兼容性強(qiáng)、功耗較少且性能很高的AT89S52單片機(jī)，外形如圖4-1，引腳圖如4-2所示。
圖4-1 AT89S52 外形圖 圖4-2 AT89S52的引腳排列
主要性能如下：
1、兼容性較高，能完全兼容 系列的產(chǎn)品指令和引腳。
2、1000次擦寫(xiě)周期且支持多次攃錄；
3、存儲(chǔ)器采用三級(jí)加密程序，密保性十分安全；;
4、多達(dá)32個(gè)的可編程的輸入輸出引腳;
4.1.2驅(qū)動(dòng)器選擇
本設(shè)計(jì)整個(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)選擇了四個(gè)有刷式直流電機(jī)，選用與其配套的電機(jī)及控制器。圖所示出的是有刷電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制器，這種驅(qū)動(dòng)器因?yàn)椴捎昧丝垢蓴_設(shè)計(jì)，既能抵抗來(lái)自外部的干擾，同時(shí)它對(duì)外部電子設(shè)備的干擾也大大地降低。
在外部信號(hào)的控制上，可以應(yīng)用于自動(dòng)控制這種接口控制方式。 驅(qū)動(dòng)器的功能可以通過(guò)模擬量和開(kāi)關(guān)量來(lái)控制。 這款驅(qū)動(dòng)控制器具有智能邏輯功能，可以自動(dòng)判斷當(dāng)前值和電機(jī)速度，停機(jī)駐車制動(dòng)和快速換向制動(dòng)器的實(shí)現(xiàn)可以通過(guò)動(dòng)力剎車制動(dòng)電阻器的對(duì)接來(lái)實(shí)現(xiàn)。
這種換向方法與傳統(tǒng)的換向方法相比:它的換向功能更加可靠，干擾聲音小、使用時(shí)間長(zhǎng)。這都是傳統(tǒng)換向不具備的。以電流傳輸?shù)姆绞絺鬏斖獠靠刂菩盘?hào)在一定程度上提高了抗干擾性。極高的性價(jià)比和優(yōu)良的使用特性，讓它能夠得到廣泛的應(yīng)用。 常用于低功率的直流電機(jī)對(duì)于普通整流功能的控制。
調(diào)速類型：速度控制功能的實(shí)現(xiàn)可以通過(guò)電位器調(diào)節(jié)電阻，從而來(lái)改變電壓來(lái)完成。
特點(diǎn)：1．正反向換向功能；2．微處理判斷及控制；3．標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)接口；4．調(diào)速馬達(dá)平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)；5．轉(zhuǎn)速控制精度高：1%；6．使能控制功能；7．全封閉抗干擾能力強(qiáng)；8．跟隨性好 響應(yīng)速度快；9．過(guò)壓、限流保護(hù)；10．短路、過(guò)流報(bào)警停止輸出功能。
圖4-3 有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器
4.2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.2.1概述
選擇有刷直流電機(jī)作為旋轉(zhuǎn)式雙輪電動(dòng)輪椅的執(zhí)行電機(jī)，控制器發(fā)出指令信號(hào)，經(jīng)過(guò)兩個(gè)平地行走電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器后，驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)電機(jī)，四個(gè)輪胎同向同速轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)控制器可以使電機(jī)正反轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)前進(jìn)和后退運(yùn)動(dòng)。通過(guò)控制左右電機(jī)不同轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)左右轉(zhuǎn)向功能。
爬樓時(shí)，控制器發(fā)出指令信號(hào)后，翻轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接受后帶動(dòng)定軸輪系，完成爬樓翻轉(zhuǎn)過(guò)程。爬樓過(guò)程中重心的穩(wěn)定由位姿調(diào)整機(jī)構(gòu)改變，驅(qū)動(dòng)器接受到調(diào)整重心變化的指令后，電動(dòng)推桿旋轉(zhuǎn)，不斷改變重心位置。
下圖是控制系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)板塊：
圖4-4 控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)板塊
4.2.2流程圖設(shè)計(jì)
輪椅控制主要分直線運(yùn)動(dòng)，位姿調(diào)整。設(shè)計(jì)流程圖如下：
圖4-5 直線運(yùn)動(dòng)流程圖
圖4-6 位姿調(diào)整流程圖
4.3 本章小結(jié)
本章簡(jiǎn)單地對(duì)硬件部分進(jìn)行選擇，并對(duì)控制部分的總體方案以流程圖的形式進(jìn)行了繪制。
第五章 總結(jié)
本文設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)式雙輪電動(dòng)輪椅，是在普通的電動(dòng)輪椅的基礎(chǔ)上，增加了爬樓機(jī)構(gòu)和位姿調(diào)整機(jī)構(gòu)，使輪椅在原有的功能上還可以爬樓梯，并且能自動(dòng)調(diào)節(jié)座椅傾角。旋轉(zhuǎn)式雙輪電動(dòng)輪椅主要由椅架，平地行走機(jī)構(gòu)，爬樓翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，位姿調(diào)整機(jī)構(gòu)，和控制系統(tǒng)組成。通過(guò)對(duì)這幾大機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，計(jì)算，建模裝配，完成整個(gè)爬樓輪椅的設(shè)計(jì)。
旋轉(zhuǎn)式雙輪電動(dòng)輪椅的優(yōu)點(diǎn)如下：
（1） 輪椅的功能十分實(shí)用，既能平地行走，也能攀爬樓梯，還能調(diào)整乘坐者的重心。
（2） 方便老人或者行動(dòng)不便者獨(dú)自活動(dòng)，減輕看護(hù)者的負(fù)擔(dān)。
（3） 輪椅有極高的性價(jià)比。尤其是在我國(guó)老年人口基數(shù)不斷增加、高價(jià)格的爬樓輪椅人們負(fù)擔(dān)不起這種現(xiàn)狀下，這臺(tái)能爬樓但是價(jià)格又不貴的輪椅很容易市場(chǎng)接受。
本次設(shè)計(jì)對(duì)旋轉(zhuǎn)式雙輪電動(dòng)輪椅的各個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，但還有一些問(wèn)題沒(méi)有考慮充分，還需進(jìn)行優(yōu)化。比如：
（1）雙輪抬升過(guò)程中角度與重心變化關(guān)系
（2）輪椅電機(jī)數(shù)量的優(yōu)化
（3）優(yōu)化位姿調(diào)整機(jī)構(gòu)，將調(diào)整機(jī)構(gòu)從椅座下面的單獨(dú)支撐改成鏈接在傳動(dòng)箱體兩側(cè)。
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