城市智能導盲車設計說明書.doc

設計說明書 城市智能導盲車目錄作品名稱3作品模型3設計背景4設計內容與預期目的4整體方案5主要部件5底盤構造5傳感器6可變式三角形履帶71 技術領域72 背景技術83 發(fā)明內容84 技術方案8摩擦式無級變速器91 技術領域92 背景技術93 發(fā)明內容104技術方案10部分零件CAD尺寸圖11設計感想16作品名稱城市智能導盲車作品模型設計背景在日常生活中機械電子扮演著不可或缺的作用，在中國夢的背景下作為當代大學生我們有義務也有責任把學到的機電專業(yè)知識做出實物來回報社會，實現(xiàn)人生價值。盲人是一個沒有視覺感知力的弱勢群體，盲人行走在川流不息的城市中，會非常的不便和危險，而起到導盲作用的除導盲犬外，目前還存在大致三類導盲機器：手杖類導盲輔具、穿戴式導盲輔具、移動式導盲輔具。本項目城市智能導盲車，在實現(xiàn)基本導盲功能的同時，還要向智能化和機械結構創(chuàng)新方向發(fā)展，彌補導盲手杖的功能單一問題和機器人的高造價、技術復雜、普及度不高的缺點，真正實現(xiàn)導盲工具的多功能化和大眾化。這將會為盲人的生活提供極大地方便。設計內容與預期目的（1）對智能導盲車底盤的機械傳動結構創(chuàng)新優(yōu)化，真正實現(xiàn)適應城市路況環(huán)境。（2）了解使用各類傳感器（紅外傳感器、超聲波傳感器），利用傳感器達到導盲車自動識障、避障的預期功能。（3）研究語音控制系統(tǒng)，利用語音系統(tǒng)向盲人傳達行走指示的關鍵信息。（5）選用及開發(fā)合適動力系統(tǒng)，保證城市智能導航車的持續(xù)動力和有效續(xù)航。（6）采用相應的人機交互技術，實現(xiàn)人和智能導盲車的信息反饋和交流整體方案導盲車采用三角形履帶，可以有效翻越臺階障礙和提升爬坡能力。整個底盤部分用于放置鋰電池及導盲車行進所需齒輪及相關構件。導盲車的后方有一可以360度調向的導桿并且在導桿的頂端附有控制按鈕，盲人可以通過它來控制導盲車的行進與停止。底盤部分主要體現(xiàn)機械的創(chuàng)新結構與設計，而控制系統(tǒng)部分則是實現(xiàn)導盲功能的“指揮中心”。變速采用無級摩擦式變速器進行變速，滿足了導盲車作為小型行駛器的變速要求，避免了齒輪變速器過重過大的弊端。在導盲車的前方和左右放置紅外傳感器和超聲波傳感器，實現(xiàn)對導盲車周圍環(huán)境及障礙的測距與識別，同時在傳感器附近加載語音控制模塊：當載體正前方約1米處遇有障礙時，安裝在載體正前方傳感器觸發(fā)語音電路提示：“前方有障礙”，同理，當載體左側或右側約0.30.5米處遇有障礙時，安裝在載體左側和右側的傳感器觸發(fā)語音電路，分別提示“左側有障礙”和“右側有障礙”，引導盲人及時規(guī)避來自各個方位的障礙。在車的前后輪軸部分放置驅動電機來控制導盲車的轉向。主要部件底盤構造底盤上分布有無級變速器和相應的電動機。本車一共采用五個電動機。其中上部兩個實現(xiàn)無級變速器的變速，提供變速器變速所需的干擾。中部電動機提供前輪驅動的驅動力。下部兩個電動機提供三角形履帶的變形需要。傳感器導盲車選用三個紅外傳感器和三個超聲波傳感器：紅外傳感系統(tǒng)是用紅外線為介質的測量系統(tǒng)，在測距避障方面有很大的優(yōu)點，而超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機械波，由換能晶片在電壓的激勵下發(fā)生振動產生的，它具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。超聲波對液體、固體的穿透本領很大，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。解決了紅外傳感器易受外界光源干擾的問題，超聲波碰到雜質或分界面會產生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物體能產生多普勒效應。v可變式三角形履帶1 技術領域履帶是由主動輪驅動，多輪支撐的柔性鏈環(huán)，廣泛應用在軍事坦克、工程機械以及特種車輛上。履帶按結構型式可分為：金屬銷鉸鏈式和金屬橡膠鉸鏈式兩大類。按照履帶底盤材料可分為橡膠膠履帶底盤多適用于小型輕工業(yè)和小型工程機械行業(yè)。輕工業(yè)一般是一噸到四噸以內的農用機械。工程機械行業(yè)則多用于小型鉆探行業(yè)。鋼制履帶相對而言使用的范圍及其壽命及對工況的選擇則更寬廣?？梢猿袚鼮閻毫拥墓ぷ鳝h(huán)境和更大的載重。履帶輪的具有對地面壓強小，適于低等級道路行走等優(yōu)點。絕大多數履帶都為坦克式平直式走履帶，在小型工程機械或者牽引機械上應用時面對復雜地形的行走能力略顯不足，所以本實用新型設計了一種三角可變式履帶，來滿足一定的坡度爬升需求和臺階式地形行走的需要。2 背景技術 履帶的背景技術即為引導輪、隨動輪、支重輪、驅動輪及履帶的材料選擇和加工制作。履帶的工作原理即一個驅動輪、幾個承重輪組，加上鏈帶構成的行走系統(tǒng)。目前，常見的坦克式履帶技術成熟，裝配方便，但是難以滿足對臺階式地形的爬升，無法實現(xiàn)對較為復雜城市路況的通過。本實用新型專利改良了履帶形態(tài)，增強了地形通過能力，又在一定程度上提升了特殊路況的驅動力。3 發(fā)明內容本實用新型提出了三角型履帶的概念，打破了傳統(tǒng)的支撐輪的作用，賦予了履帶在不同的路況下實現(xiàn)不同工作形態(tài)的可能。履帶在支撐輪的位置變化時形狀相應改變，而由彈簧提供的向外的壓力保證了履帶在工作時的張力，提升了工作安全性和可靠性。4 技術方案本實用新型專利采用橡膠作為履帶原材料，在滿足強度的同時盡可能減少導盲車的重量，考慮到復雜地形需要較為強勁的驅動力和差速轉向的需要，使用前驅動輪作為履帶的驅動輪。上部的小輪是三角履帶的支撐輪和張緊輪。提供履帶在正常行駛和需要爬升高度時的履帶張緊和高度提供的作用。連接張緊輪的是一根壓縮桿，在壓縮桿中存在一個彈簧提供對張緊輪的向外的持續(xù)壓力。后部的輪子起到了承重和支撐等等作用。它在限制履帶變形程度和提供履帶支撐方面起到了重要作用。設計細節(jié)上，基于對驅動輪的正常轉動的需要和對支撐桿要有一定運動空間的考慮，所以支撐桿沒有采用傳統(tǒng)的直桿構造，而是通過凹槽對驅動輪進行了避讓，增加了工作范圍，提升了安全性能。支撐桿由電動機驅動，可通過傳感器與計算機程序相互配合實現(xiàn)對路況的智能判斷和智能通過。支撐桿旋轉端裝配有限位裝置，通過限位銷的設計可以限制支撐桿的擺動幅度，避免了發(fā)生碰撞的可能，提升了整體安全性。三角可變式履帶設計新穎，在應對城市復雜路況和處理突發(fā)障礙中可以實現(xiàn)良好的高度爬升和通過能力。可廣泛應用在導盲，尋跡等多種功能車輛上。摩擦式無級變速器1 技術領域變速器是用來改變來自發(fā)動機的轉速和轉矩的機構，它能固定或分檔改變輸出軸和輸入軸傳動比。因此在變速器是行駛機械中不可或缺的重要組成部分。本實用新型涉及小型傳動機構的變速裝置，主要功能是靠摩擦和不同配合比來實現(xiàn)無級變速。2 背景技術當今行駛機械的傳動裝置大都使用齒輪變速箱來完成變速需求，由變速傳動機構和操縱機構組成。齒輪變速箱重量大，要求的加工精度高，加工難度大，成本高昂，而且體積龐大，難以滿足小型非載人行駛器的安裝要求。而且齒輪變速箱具有一定的操作難度和安裝精度，在簡易而且要求結構強度不高的小型行駛器上難以實現(xiàn)變速箱的安裝操作。而且無法滿足無級變速的要求。3 發(fā)明內容為了克服當前變速箱的弊端，本實用新型提供一種摩擦無級變速器。通過摩擦輪和摩擦環(huán)實現(xiàn)無級變速。該變速器重量輕，體積小，可以實現(xiàn)在小型行駛器上的無級變速。具有廣泛的應用范圍和應用價值，以及巨大的成長空間和發(fā)展?jié)摿Α?技術方案本實用新型采用三摩擦輪以及雙摩擦環(huán)相互配合的形式進行配合。如上圖，在兩側彈簧張緊裝置的拉力作用下，兩側的摩擦輪可以和中間的摩擦環(huán)緊密接觸。當左右的滑塊移動時，可以實現(xiàn)摩擦環(huán)的前后移動，從而實現(xiàn)兩個摩擦輪的不同配合比。從而達到左右兩側實現(xiàn)輸入和輸出的分別變速。而兩側的滑塊的移動由左右的絲杠螺母一側的電機控制。與絲杠配合的電動機可由電腦編程控制，實現(xiàn)對該變速器的智能控制和按需控制。在細節(jié)處理上，本無級變速器把摩擦輪的支撐桿傾斜一定角度固定在前后的板體上，主要是基于避免使摩擦環(huán)產生過大變形的考慮。在摩擦輪外表，采用了花紋式防滑處理，增加了該變速器的可靠性和工作穩(wěn)定性。部分零件CAD尺寸圖設計感想通過本次設計，我們對于機械運動學與動力學的分析與設計以及電控知識有了更為深入的理解，同時，也培養(yǎng)了我們表達，歸納總結的能力。此次設計也讓我們更加明確了自己所學知識的用途，這為以后的學習指明了方向，讓我在以后的學習工作中思路會更加清晰，重點會更加明確，從而向更好的方向努力。另外在設計的過程中，我們培養(yǎng)了良好的合作能力。自從第一天開始我們小組就積極投入到學習中去，完成各自的數據計算，基本草圖的繪制，數據的簡單處理。大家積極與他人交流，討論設計過程遇到的難題，一起去解決。這種學習的方法也是值得借鑒的，在討論中學習，而且這種由我們自己得到的東西，記得會更加的深刻，另外在討論學習過程中同學們之間的關系會更加密切，非常有利于增進同學之間的友誼