履帶輪組式電動多功能輪椅設(shè)計說明書樣本

履帶-輪組式電動多功能輪椅設(shè)計闡明書目錄設(shè)計任務(wù)書 1第一章緒論 21.1設(shè)計背景和意義 21.2既有產(chǎn)品簡介及產(chǎn)品分析 21.3本章小結(jié) 3第二章設(shè)計方案選取 42.1輪椅機構(gòu)形式選取 42.2輪組選取 42.3履帶收放機構(gòu) 52.4座椅調(diào)平機構(gòu) 62.5本章小結(jié) 8第三章輪椅構(gòu)造設(shè)計與運動分析 83.1輪椅構(gòu)造設(shè)計 83.1.1輪組 83.1.2履帶及其收放機構(gòu) 103.2輪椅運動分析 143.2.1輪椅平地行駛及越障功能 143.2.2輪椅爬樓梯過程分析 16第四章輪椅驅(qū)動與傳動系統(tǒng)設(shè)計 194.1輪椅驅(qū)動系統(tǒng) 194.2電機參數(shù)擬定 204.3輪椅中間主體傳動設(shè)計 22第五章輪椅運動控制系統(tǒng)設(shè)計 235.1輪椅功能分析 235.2輪椅控制系統(tǒng) 23第六章總結(jié) 28參照文獻 28設(shè)計任務(wù)書技術(shù)規(guī)定：1）功能：直線行駛、勻速、加速、減速、轉(zhuǎn)彎、爬樓梯等；2）較強爬梯適應(yīng)能力，應(yīng)對樓梯構(gòu)造多變性；3）良好機動性，使其可以在平地行駛、爬樓梯、跨越障礙等動作狀態(tài)間較好過渡轉(zhuǎn)換；4）構(gòu)造緊湊，操作以便，工作可靠；5）良好穩(wěn)定性，運用滾軸滑軌機構(gòu)進行座椅調(diào)平，使其在越障、跨溝和爬樓梯時始終保持水平；6）較強越障能力和路面適應(yīng)性；7）抗沖擊能力強；8）具備更大作用面，可以適應(yīng)各種復(fù)雜多樣路面。履帶—輪組式電動多功能輪椅技術(shù)參數(shù)如下表：總體構(gòu)造履帶—輪組式構(gòu)造構(gòu)造指標自重<50Kg載荷>50Kg構(gòu)造尺寸1200*700*500機動指標平地最小速度正常速度爬坡速度4m/s最小通過坡度30°樓梯通過能力能通過普通原則樓梯轉(zhuǎn)向能力零半徑續(xù)航能力1小時以上跨過障礙物最大高度跨過凹溝最大寬度防護能力防水防塵，抗沖擊。

第一章緒論1.1設(shè)計背景和意義年老體弱、下肢殘障者在尋常生活中最大障礙就是步行能力削弱甚至喪失。這些人行動不以便，需要有能正常行走人加以照顧。當前，大某些年老體弱、肢體傷殘者代步工具都是普通輪椅，普通輪椅都是靠人力推動，并且普通輪椅不能過障礙物，也不能越溝，更無法攀登樓梯，從而限制了輪椅使用者活動范疇，影響其參加社會生活。特別是國內(nèi)都市以多層公寓式樓房居多，電梯并沒有普及到所有居民住宅，這給輪椅乘坐者導(dǎo)致諸多不便。為了給上述弱勢群體帶來以便，更好關(guān)懷老年人、殘疾人生活，改進她們生活質(zhì)量，除了增長房屋和各種公共建筑設(shè)施無障礙設(shè)計，擴大輪椅使用范疇之外，改進既有普通輪椅，使其兼?zhèn)淦降匦旭偂⒃綔?、過障礙、爬樓梯等各種功能，將是更加行之有效一種辦法。為了上述需求，給老年人和殘疾人提供性能優(yōu)越代步工具，解決障礙、樓梯等對她們生活導(dǎo)致不便，同步考慮使用者經(jīng)濟承受能力，研究一種價格適當、平穩(wěn)安全電動多功能輪椅具備重大意義和實用價值。1.2既有產(chǎn)品簡介及產(chǎn)品分析當前市場上具備爬樓梯、越障等功能輪椅重要有兩種類型——履帶式和輪組式。如圖1，輪組式輪椅大都采用三葉輪式和四葉輪式，機構(gòu)精致，能實現(xiàn)平（圖1）輪組式輪椅地行駛、越溝、過障、爬樓梯等功能，并且平地行駛時，輪椅比較平穩(wěn)，人坐著也比較平穩(wěn)，但無法克服爬樓梯時兩臺階間震蕩，上下樓梯時該類型輪椅重心起伏較大，會使乘坐者感到不適并且難以實當前平地上獨立行走，需要其她人時刻陪護和推拉。如圖2為履帶式爬樓梯輪椅，履帶式爬樓梯輪椅技術(shù)較成熟，操作簡樸，對樓梯形狀、尺寸適應(yīng)性強，爬樓梯時波動小，乘坐人比較舒服，并且平地行駛也比較平穩(wěn)；但履帶式輪椅越障時不夠平穩(wěn)，重心波動大，乘坐者會感到不舒服，并且，履帶式輪椅在平地行駛時阻力比較大，因此消耗功率就比較大。圖1.2履帶式爬樓梯輪椅1.3本章小結(jié)由上述對既有產(chǎn)品進行詳細理解和分析可知，履帶式和輪組式輪椅均有各自長處，有均有各自缺陷。履帶式輪椅在爬樓梯方面具備優(yōu)越性，在爬樓梯時無重心、波動穩(wěn)定性好，但是，當在平地上行駛時阻力會很大，因此功耗較大，也許還要增長輔助電機，使輪椅構(gòu)造變得復(fù)雜；并且，當在平地上遇到障礙時，輪椅就會產(chǎn)生波動、變得不平穩(wěn)。輪組式輪椅在平地行駛時具備優(yōu)越性，路況比較平坦時，輪椅行駛比較平穩(wěn)，在平地上遇到障礙時，越障也比履帶式輪椅波動?。坏?，在爬樓梯方面輪組式輪椅卻有著很大缺陷，輪組式輪椅在爬樓梯時重心波動很大，穩(wěn)定性很差。第二章設(shè)計方案選取2.1輪椅機構(gòu)形式選取在第一章對既有輪椅進行詳細分析之后，理解到了各種形式輪椅優(yōu)缺陷，在此基本上，運用它們長處，避開它們?nèi)毕?，就可以設(shè)計出一種更加具備優(yōu)越性電動多功能輪椅——輪組-履帶式電動多功能輪椅。這種輪椅結(jié)合了輪組式和履帶式輪椅長處，在這種輪椅上既裝有輪組，又裝有履帶。在平地行駛、跨溝、越障時，使用輪組，而在爬樓梯時，輪椅會放下履帶，使用履帶爬樓梯。2.2輪組選取圖2.1鏈傳動三葉輪123456圖2.1鏈傳動三葉輪1234561車輪2小輪鏈輪3中心鏈輪4支架5張緊輪輪6傳動鏈條齒輪傳動具備一下長處：效率高，在慣用機械傳動中，以齒輪傳動效率圖2.1圖2.1齒輪傳動三葉輪123451驅(qū)動齒輪2過度齒輪3中心齒輪4轉(zhuǎn)臂5小車輪為最高；機構(gòu)緊湊，在同樣使用條件下，齒輪傳動所需空間尺寸普通較小，這一點正好適合用在輪組中，減小了輪組體積，這樣也可以減小輪椅體積；工作可靠，壽命長，這一點應(yīng)用在輪椅上，可以使輪椅使用壽命加長，也提高了輪椅安全性；傳動比穩(wěn)定，傳動比穩(wěn)定往往是對傳動性能基本規(guī)定，齒輪傳動獲得廣泛應(yīng)用，也就是由于具備這一特點，這一特點也適合用在輪椅上。2.3履帶收放機構(gòu)由于履帶只在爬樓梯時使用，而在平地行駛時使用是輪組，因此履帶平時是收起來，只在爬樓梯時才放下，故在設(shè)計履帶時，要考慮到履帶收放機構(gòu)，也就是說履帶要有專門收放機構(gòu)。圖2.3履帶及其收放機構(gòu)簡圖圖2.3履帶及其收放機構(gòu)簡圖5123461液壓缸2輪椅支架3擺臂履帶4車身主履帶5驅(qū)動系統(tǒng)6傳動系統(tǒng)如圖2.3即為履帶及其收放裝置機構(gòu)簡圖，其中液壓缸1（也可以采用氣壓缸）是收放機構(gòu)重要某些，運用液壓缸1往復(fù)伸縮就可以實現(xiàn)履帶收放，并且可以使履帶產(chǎn)生一定傾斜角度，這樣履帶就可以跨上樓梯第一級，進而實現(xiàn)爬樓梯功能。2.4座椅調(diào)平機構(gòu)在上下樓時爬樓梯輪椅整體是傾斜,并且在跨越障礙、越過凹坑時輪椅也會產(chǎn)生傾斜，在傾斜輪椅會使乘坐者感到不適。為了克服這一弊端和輪椅爬樓過程中重心起伏，要設(shè)計一種可以減緩波動機構(gòu)，波動小了，乘坐者才會感到舒服。如果座椅和座椅支架是固定在一起，當輪椅因越障、跨溝、爬樓梯而產(chǎn)生傾斜時，乘坐人也會始終傾斜著，因此只有把座椅和座椅支架做成滑動連接才干實現(xiàn)當輪椅發(fā)生傾斜時而乘坐人可以始終保持水平乘坐，這樣，乘坐人才不會感到不舒服。座椅支架與滑軌連接方式如圖2.4所示。圖2.4滾道滑軌式座椅原理圖圖2.4滾道滑軌式座椅原理圖12341軸承2座椅支架3滑軌4滾軸其重要由圓弧形軌道及滾軸構(gòu)成?；壓附釉诘准苌希瑵L軸通過螺紋連接固定在座椅底部支架上，其軸端安裝有軸承可以在滑軌里滑動,從而實現(xiàn)座椅平。該滑道滑軌式座椅外形構(gòu)造簡圖如圖2.5所示：座椅支架通過軸承與圓弧112圖2.5座椅機構(gòu)簡圖1座椅支架2圓弧形軌道形軌道形成滑動連接，圓弧形軌道與輪椅底盤連接成一體，這樣，當?shù)妆P與圓弧形軌道發(fā)生傾斜時，軸承就會沿圓弧形軌道滑動，使座椅始終保持水平，乘坐人也就可以始終保持水平。2.5本章小結(jié)通過上述分析，可以初步擬定輪椅重要機構(gòu)。輪組采用三葉式、齒輪傳動行星輪式構(gòu)造，每個小車輪既可以繞各自軸自轉(zhuǎn)，又可以繞機架傳動軸公轉(zhuǎn)，平地行駛時小車輪自轉(zhuǎn)，越障、跨溝時小車輪不再自轉(zhuǎn)，而是繞傳動軸公轉(zhuǎn)；輪椅除了采用輪組外，還要增設(shè)履帶裝置，并且，還設(shè)有履帶收放機構(gòu)，當遇到樓梯時，放下履帶，平地行駛時，收起履帶；輪椅支架與底盤用軸承實現(xiàn)連接，可以在底盤發(fā)生傾斜時，也能保持水平。第三章輪椅構(gòu)造設(shè)計與運動分析3.1輪椅構(gòu)造設(shè)計輪椅構(gòu)造設(shè)計重要涉及輪組、履帶、車架等設(shè)計。3.1.1輪組由第二章可知，輪椅輪組采用三葉式齒輪傳動星形輪構(gòu)造。輪組機構(gòu)外圖圖3.1輪組機構(gòu)示意圖形圖如圖3.1所示：輪組重要由車輪、齒輪、轉(zhuǎn)臂構(gòu)成。小車輪具備兩種運動方式：小車輪自傳，小車輪繞驅(qū)動軸公轉(zhuǎn)。這兩種運動方式實現(xiàn)了輪椅不同運營方式。如圖3.2所示為輪組轉(zhuǎn)臂，轉(zhuǎn)臂作用為：用于安裝齒輪，對齒輪圖3.2輪組轉(zhuǎn)臂圖3.2輪組轉(zhuǎn)臂進行定位；轉(zhuǎn)臂另一種重要功能是帶動小車輪繞轉(zhuǎn)軸公轉(zhuǎn)；除此之外，轉(zhuǎn)臂還起到強化機構(gòu)、支撐輪椅支架等功能。輪組是用齒輪傳動，一種輪組中包具有七個齒輪，如圖3.3所示為輪組23234563.3輪組局部構(gòu)造圖71一支，其中1為小車輪，；2為驅(qū)動齒輪，用來驅(qū)動小車輪自傳；3為輪組轉(zhuǎn)臂，用來驅(qū)動小車輪繞驅(qū)動軸公轉(zhuǎn)；4為過度齒輪；7為中心齒輪；6為傳動軸一，一端與中心齒輪配合，通過軸承空套在轉(zhuǎn)臂3上，一端與鏈輪配合，并通過軸承空套在主車架上；5為傳動軸二，一端通過螺栓與轉(zhuǎn)臂3固連，一端與鏈輪配合，并通過軸承空套主車架上；傳動軸一與傳動軸二通過軸承互相空套；過渡齒輪4，驅(qū)動齒輪2各自通過軸承空套在轉(zhuǎn)臂3上；小車輪1通過螺栓與驅(qū)動齒輪2固連，三個小車輪中心軸線呈等角分布。由于轉(zhuǎn)臂3，過渡齒輪4，驅(qū)動齒輪2（涉及小車輪6）都是空套在相應(yīng)軸上，因而驅(qū)動輪系包括三個構(gòu)造完全相似差動輪系，這三個差動輪系共用中心輪和行星架，并且沿周向?qū)ΨQ分布，增設(shè)過渡齒輪4，可以保證同步著地兩個小車輪1具備和中心齒輪7相似旋向，朝同一方向滾動邁進。3.1.2履帶及其收放機構(gòu)在第二章已經(jīng)對履帶機構(gòu)作了簡要簡介，如圖2.3為履帶及其收放機構(gòu)簡圖。履帶收放是通過液壓缸往復(fù)運動實現(xiàn)。其原理AutoCAD圖如圖3.4所示：履帶收放機圖3.4履帶及其收放機構(gòu)構(gòu)采用是分離式液壓千斤頂，千斤頂是由一種支撐油缸和一種手動泵構(gòu)成，它們之間由一根油管連接，通過重復(fù)壓動手動泵來實現(xiàn)履帶收放和履帶傾斜角度變化。依照輪椅高度和所設(shè)計履帶高度選取千斤頂。L為千斤頂高度最小時長度，L'為千斤頂伸出一定長度，頂起履帶并使其發(fā)生一定角度時長度AAB'BDC圖3.5千斤頂升降簡圖L=BC，L‘=AB為履帶，通過千斤頂履帶轉(zhuǎn)過一定角度∠BA’B，由于大某些樓梯坡度為30o,因此上樓梯時，至少把履帶旋轉(zhuǎn)30o，即依照正余弦定理：BBB'C?。築C=380mm解得：B‘C-即千斤頂行程至少為160mm分離式液壓千斤頂要配有液壓控制系統(tǒng)，該液壓系統(tǒng)基本原理如圖3.6所示：液壓系統(tǒng)基本原理：系統(tǒng)由油箱，過濾器1，液壓泵2，溢流閥3，換向閥4，節(jié)流閥5，換向閥6，液壓缸以及連接這些原件油管，接頭等構(gòu)成。該系統(tǒng)工作原理是液壓泵從油箱吸油，泵輸出壓力油→換向閥4→節(jié)流閥5→換向閥6→液壓缸左腔，推動活塞運動，通過活塞桿推動重物。這時液壓缸7右腔油液→換向閥6→回油管→油箱。若將換向閥7切換位置向左移，則壓力油→換向閥11234567圖3.6液壓控制系統(tǒng)6→液壓缸右腔，推動活塞使其復(fù)位，放下重物并使液壓缸左腔油液→換向閥6→回油管→油箱。其中節(jié)流閥功能是調(diào)節(jié)工作速度，溢流閥功能是是調(diào)節(jié)和穩(wěn)定系統(tǒng)最大工作壓力。為了克服各種阻力，液壓缸必要提供足夠動力，而這個動力是由液壓缸中油液壓力所產(chǎn)生。要克服阻力越大，缸中油液壓力就越高，阻力越小，壓力就低。即液壓缸壓力取決于負載。履帶選取履帶驅(qū)動輪選取關(guān)系到輪椅爬樓梯性能指標。履帶驅(qū)動輪分布重要有后輪驅(qū)動和前輪驅(qū)動兩種。履帶兩端導(dǎo)向輪哪一種用來驅(qū)動更為適當與履帶機構(gòu)形狀關(guān)于。對于該輪椅履帶，以驅(qū)動輪在后方比較有利，這時履帶上分支受力較小，導(dǎo)向輪受力也較小，主履帶承載分支處在微張緊狀態(tài)，運營阻力較小，如圖3.7a所示。反之，前輪為驅(qū)動輪時，履帶上分支及導(dǎo)向輪承載最大載荷，履帶承載分支某些長度處在壓縮彎折狀態(tài)，運營阻力較大，見圖3.7b。圖圖3.7a后輪驅(qū)動cabHcabH圖3.82K-H型行星齒輪傳動機構(gòu)圖3.7b前輪驅(qū)動

了電機直接驅(qū)動后輪。行星減速器采用2K-H型行星齒輪傳動。原理如圖3.8所示：a、b為太陽輪；c為行星輪；H為轉(zhuǎn)臂。該機構(gòu)圖3.7b前輪驅(qū)動3.2輪椅運動分析通過前面幾章分析可知，電動多功能輪椅不但要具備在平地上行駛功能，并且還要具備越障、跨溝、爬樓梯等復(fù)雜功能，下面將對輪椅這幾種功能作詳細分析。3.2.1輪椅平地行駛及越障功能平地行駛是輪椅最基本功能，在此基本上對輪椅進行加速、減速，并實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎功能。如圖3.7所示為輪椅在平地上行駛時示意圖（此時為了表達以便，在圖中并未畫出履帶構(gòu)造）。此時，每個輪組各有兩個小車輪著地，如圖3.3所圖3.9平地行駛圖3.9平地行駛示：傳動軸一帶動中心齒輪轉(zhuǎn)動，中心齒輪通過度齒輪帶動驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)動，如此就實現(xiàn)了小車輪自傳運動，進而使輪椅可以在平地上行駛。當兩側(cè)運動單元中小車輪等速運動時，輪椅直線行走；當兩側(cè)小車輪反向轉(zhuǎn)動時，輪椅就會在原地轉(zhuǎn)向，不同速度運轉(zhuǎn)實現(xiàn)不同轉(zhuǎn)向半徑，于是就實現(xiàn)了輪椅轉(zhuǎn)彎功能。當輪椅在平地上遇到障礙時，如果障礙物尺寸較小，可運用小車輪尺寸優(yōu)勢直接通過；當邁進車輪碰上較高障礙而停止不動時，驅(qū)動輪系就演變成行星輪系，輪輻帶著此外兩個車輪繞前輪驅(qū)動軸軸線回轉(zhuǎn)，實現(xiàn)翻越障礙目。如圖3.8所示為輪椅跨越障礙物過程示意圖。由圖可知輪椅在跨越障礙時底盤（圓弧形滑軌）會隨驅(qū)動軸軸心高度變化而發(fā)生傾斜，但是通過調(diào)平機構(gòu)調(diào)節(jié)，座椅在整個過程中始終保持水平，進一步驗證了這種輪椅機構(gòu)可以實現(xiàn)調(diào)平功能。在輪椅跨越障礙物過程中，過障礙輪組驅(qū)動軸一（如圖3.3）由電磁離合器（背面將會簡介到）鎖死，因此中心齒輪也被鎖死，小車輪不再做自傳運動（重要目是防止小車輪滑移），而只繞驅(qū)動軸做公轉(zhuǎn)運動，如此就實現(xiàn)了輪椅跨越障礙功能。aabcd圖3.10輪椅跨越障礙輪椅在遇到較窄深溝時（深溝寬度不大于2倍輪輻長），為克服邁進中阻力，與越障機理同樣，驅(qū)動輪系演變成了行星輪系，完畢跨溝過程，如圖3.9所示：aabcd圖3.11輪椅跨溝過程跨溝原理和跨越障礙時原理類似，由圖可知，在整個跨越過程中座椅也是始終保持水平，由此可知調(diào)平機構(gòu)同樣合用于跨溝過程。3.2.2輪椅爬樓梯過程分析爬樓梯是電動多功能輪椅所具備一種獨特功能，諸多普通輪椅都不具備這種功能，這也是這種輪椅最大優(yōu)勢。爬樓梯分為兩個過程——下樓過程和上樓過程。下面分別對這兩個過程作詳細簡介。下樓過程：當走到樓梯口要下樓梯時，顧客需要啟動液壓控制系統(tǒng)，放下履帶并使其傾斜一定角度，直至履帶抵觸到臺階面將輪組脫離地面，啟動履帶驅(qū)動系統(tǒng)，進而通過履帶積極輪轉(zhuǎn)動帶動輪椅下樓梯。當?shù)竭_地面時，再次通過液壓控制系統(tǒng)將履帶收起，輪組著地，進行平地行走。上樓過程：當上樓時，則采用背部先上，同樣先旋轉(zhuǎn)外側(cè)小輪，再將履帶放下，離合器嚙合，履帶著地，輪組收起，啟動履帶控制系統(tǒng)，帶動履帶上樓梯。圖圖3.12輪椅爬樓梯簡化圖LDN1N2T1T2HGA圖3.13履帶翻越樓梯第一階段如圖3.12所示為輪椅爬樓梯簡化圖（圖中將爬樓梯簡化為爬坡）。下面對履帶爬梯過程進行詳細分析:假設(shè)履帶輪廓為長圓形。即中段為長度L直線履帶，兩端為直徑為D半圓形履帶。履帶質(zhì)量分布均勻，重心在幾何對稱中心。又設(shè)單級樓梯高度為LDN1N2T1T2HGA圖3.13履帶翻越樓梯第一階段在第一階段，如圖3.13。履帶前端與樓梯接觸后，在地面摩擦推力和前段摩擦舉力作用下，重心不斷升高，同步履帶中心線與地面夾角不斷變大，重心緩慢前移。以第一樓梯尖角A點為支點，履帶翻越樓梯第一階段條件可以用下式進行描述：T1其中，為履帶推力，G為重力，分別為、G對A點力臂，為履帶抬起角速度,L*為轉(zhuǎn)動慣量，依照上式，可以得到一下定性結(jié)論：在履帶攀越第一階樓梯時，攀越成功必要條件是重心在行進方向上“超越”了翻越支點，即。重力提供了所有翻轉(zhuǎn)力矩，履帶移動會加快重心“超越”，提供更大翻轉(zhuǎn)力矩，加速翻轉(zhuǎn)過程。翻轉(zhuǎn)臨界點是重心處在點正上方時候，此時,履帶軸線和水平地面夾角稱為翻轉(zhuǎn)臨界角，當“翻越”發(fā)生前，即為逆時針時，轉(zhuǎn)動角慣量要小，以便于克服重力翻轉(zhuǎn)力矩，因而應(yīng)當減少履帶運營速度：當“翻越”發(fā)生時，為順時針，此時履帶后端接地點已經(jīng)離開地面，不再存在，因而可以加快履帶運營速度，使得迅速變大，加快翻越過程。依照條件（1），即所謂重心“超越”條件，運用幾何原理，得到下式：計算成果表白，當時，最大翻越高度約等于，此時約等于50度。WWABC圖3.14履帶翻越樓梯第二階段可見對于長圓形節(jié)線履帶，只有增大長高比，才干獲得更好爬垂直效果，在尺度不變狀況下，就要減少重心，或者重心前移。在第二階段，如圖3.14所示履帶姿態(tài)保持不變，為了穩(wěn)定地運營，履帶長度普通保證可以同步和樓梯3個尖角接觸。由此可得：以常用樓梯為例，，因而。取，如果取，則可爬垂直墻最大高度約為20cm。能滿足第一階爬樓梯規(guī)定.依照以上分析計算，可知用長圓節(jié)線履帶構(gòu)造實現(xiàn)爬樓功能時，履帶中心長度不不大于60cm。第四章輪椅驅(qū)動與傳動系統(tǒng)設(shè)計4.1輪椅驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)是輪椅動力來源，選取最佳驅(qū)動系統(tǒng)是設(shè)計該多功能輪椅核心。驅(qū)動方式類型重要有氣動驅(qū)動、液壓驅(qū)動和電動驅(qū)動三種。氣動驅(qū)動系統(tǒng)以壓縮空氣為動力源，具備氣源以便，系統(tǒng)構(gòu)造簡樸，運動快速靈活，不污染環(huán)境，以及維修以便，價格便宜等特點。但是由于氣體具備可壓縮性，氣動驅(qū)動系統(tǒng)平穩(wěn)性差，要設(shè)緩沖裝置，不易控制。液壓驅(qū)動系統(tǒng)是較早被采用驅(qū)動方式，它具備重量輕、慣量小、傳動平穩(wěn)、控制環(huán)節(jié)簡樸等特點。但是液壓驅(qū)動系統(tǒng)液壓油容易泄漏，影響工作性能和污染環(huán)境，它需要單獨油源，所占空間較大。電動驅(qū)動系統(tǒng)具備傳動平穩(wěn)、靈活、控制簡樸精準、無污染、效率高、構(gòu)造簡樸、無管路系統(tǒng)、維護以便等特點。對以上三種驅(qū)動方式進行比較后，擬定選取電動驅(qū)動系統(tǒng)作為輪椅動力來源，并將蓄電池作為電動機和控制系統(tǒng)動力能源。在擬定了驅(qū)動方式后，需要選取適當電動機。電動機性能直接決定著驅(qū)動系統(tǒng)性能，它選取成為設(shè)計多功能輪椅驅(qū)動系統(tǒng)基本。電動機按照工作電源分類可分為交流電機(AC)和直流電機(DC)兩種。交流電機(AC)具備構(gòu)造簡樸、造價便宜、維護以便等長處，但是交流電機控制特性較差，調(diào)速系統(tǒng)比較復(fù)雜。直流電機(DC)勉勵電流和電樞電流兩者大小及方向可以獨立地分別控制，從而使轉(zhuǎn)速在很寬范疇內(nèi)可以得到精準調(diào)節(jié)，具備良好控制性能和調(diào)速性能。但是老式有刷直流電機體積較大，構(gòu)造復(fù)雜、散熱性能差，它必要有炭刷和換向器，炭刷易產(chǎn)生電火花會引起電磁干擾，它和換向器易損壞，減少了電機穩(wěn)定性和壽命。無刷直流電機由電子換向器取代了普通有刷直流電機炭刷和換向器機械換向，消除了機械換向帶來諸多限制，它既保持著有刷直流電機先進控制性和調(diào)速性，又具備可靠性高、構(gòu)造簡樸、壽命長、體積小、噪聲低、損耗低、無干擾性、過載能力大等長處，是交流電機與直流電機長處結(jié)合，廣泛用于機械、交通運送等領(lǐng)域。綜上所述，多功能輪椅選用無刷直流電機進行驅(qū)動，詳細由電動機、減速箱、數(shù)字伺服驅(qū)動器和光電編碼器構(gòu)成。兩臺電動機分別驅(qū)動兩個驅(qū)動輪為輪椅運營提供動力，數(shù)字伺服驅(qū)動器對電動機轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向進行控制，并通過光電編碼器對電機轉(zhuǎn)速和位置反饋進行不斷調(diào)節(jié)，它們共同構(gòu)成一種閉環(huán)系統(tǒng)，控制輪椅完畢邁進、后退和轉(zhuǎn)向等動作。如圖4.1所示為驅(qū)動閉壞系統(tǒng)示意圖。電源電源數(shù)字伺服驅(qū)動器電源減速器輸出光電編碼器圖4.1驅(qū)動閉環(huán)系統(tǒng)4.2電機參數(shù)擬定依照設(shè)計規(guī)定：實現(xiàn)最大爬坡角30o依照電機負載力矩計算公式：Tm=[Ma+G(fcosα+sinα)]rsn?i?η(其中：Tm表達電機負載力矩；M表達輪椅和人總質(zhì)量；a表達規(guī)定加速度；G表達車重(N)；M為145kg，則G為145x9.8N；f表達履帶與地面摩擦系數(shù)(取值在0.055～0.3之間)；α表達爬坡角度，最大30o；rs表達積極輪半徑，取值為O.2m；i表達總傳動比，其中一級傳動比i1=30，二級傳動比i2=5；η表達傳動效率，其中一級傳動效率η1=0.84，二級傳動效率ηN=v其中：v表達輪椅邁進速度，按水平地面1.5m/s,爬坡0.4m/s計算；rs表達積極輪半徑；iP=T其中η表達傳動效率；在平地運動時,取速度v=1.5m/s,加速度a=1m/s2，摩擦系數(shù)f=0.1，傳動比i=30,傳動效率η=η1在爬坡時,取速度v=0.4m/s,加速度a=0.5m/si=150(爬坡時換檔),傳動效率η=η1╳η2=0.P電池選取為滿足裝置在室內(nèi)外均能使用規(guī)定，必要實現(xiàn)自主供電，本文采用可充電電池作為車載電源。電池選用需考慮一下幾種因素：電池容量，電壓大小，重量，使用壽命以及價格成本等。當前，可供選取蓄電池重要有下列幾種：鉛酸電池，鎳氫電池，鎳鋅電池和鏗電池。鎳氫電池，鎳鋅電池和鏗電池雖然性能優(yōu)越，使用壽命長，但是價格貴，普通比鉛酸電池高4－5倍，增長了裝置制導(dǎo)致本。鉛酸蓄電池成本低廉，應(yīng)用歷史長，相對更加成熟，改進后免維護鉛酸電池性能更加穩(wěn)定可靠作為供電能源。4.3輪椅中間主體傳動設(shè)計輪椅中間主體用來布置驅(qū)動左右輪組運營傳動構(gòu)造，如圖4.2所示。其傳動過程：一方面由主體中間電機（LW1、RW1）提供驅(qū)動力，經(jīng)減速器后帶動蝸桿驅(qū)動蝸輪傳動，蝸輪連接鏈輪，通過鏈條連接到傳動軸一，驅(qū)動中心齒輪轉(zhuǎn)動；在上樓梯時，停止電機（LW1、RW1），并起到自鎖作用，防止小車輪滑移，啟動電機（LT1、RT1），經(jīng)減速器后連接電磁離合器，帶動錐齒輪，最后通過鏈傳動機構(gòu)傳遞給傳動軸二，驅(qū)動轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)動。RT1RT1RW1LW1LT1564321圖4.2輪椅內(nèi)部傳動構(gòu)造布局輪椅內(nèi)某些傳動設(shè)計特點：(1) 兩對電機采用對稱、交錯式排布，節(jié)約了主體內(nèi)部空間；(2) 采用錐齒輪嚙合，用來變化傳動方向，同步避免了牙嵌式電磁離合軸向串動；(3) 蝸輪、蝸桿起到兩級減速作用，具備較大減速比，并具備自鎖功能，給兩側(cè)小車輪提供足夠保持力矩，在主體內(nèi)部電機掉電狀況下，兩側(cè)車輪組保持原姿態(tài)而不會浮現(xiàn)滑移現(xiàn)象；(4) 牙嵌式電磁離合器合用于低速運動場合，具備體積小、質(zhì)量輕、保持力矩大特點，當離合器在主體單元傳動中處在分離狀態(tài)，可以實現(xiàn)兩側(cè)運動單元相對主體在y軸方向自由轉(zhuǎn)動，這樣輪椅就具備了復(fù)雜路況下自適應(yīng)功能（直線行走和越障）；如果輪椅遇到樓梯，通過控制電磁離合處在結(jié)合狀態(tài)，由兩側(cè)較大功率電機（LT1、RT1）控制輪輻轉(zhuǎn)動，使輪椅具備較強爬梯性，通過離合器使用可以同步達到輪椅路面自適應(yīng)指標和爬梯所規(guī)定通過性指標。第五章輪椅運動控制系統(tǒng)設(shè)計5.1輪椅功能分析輪椅所能實現(xiàn)功能有：平地行駛、跨溝、越障、爬樓梯。下面詳細分析輪椅在不同狀況下運動。平地行駛，在此狀況下，輪椅可以勻速直線運動，加速減速運動，此外，還要具備轉(zhuǎn)彎功能；在越障、跨溝時，輪椅實現(xiàn)低速高轉(zhuǎn)矩行駛；爬樓梯時，規(guī)定輪椅勻速平穩(wěn)行駛。中斷脈沖89C51初始化設(shè)立初值開放中斷設(shè)立位選字中斷脈沖89C51初始化設(shè)立初值開放中斷設(shè)立位選字輸出初選字顯示數(shù)據(jù)查段選碼輸出段選字延時1ms顯示完8位數(shù)據(jù)是返回否圖5.1程序流程圖由以上分析可知：輪椅具備復(fù)雜運動功能，這些功能是通過控制系統(tǒng)實現(xiàn)?？刂葡到y(tǒng)核心某些是89C51?？刂菩酒绦蛄鞒虉D如圖5.1所示：控制系統(tǒng)硬件連接圖如圖5.2所示：1步進電機步進電機步進電機驅(qū)動器P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7ABCDABCDA'B'C'D'A'B'C'D'P0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0左前輪左后輪步進電機步進電機P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7AP0.7P0.6P0.5P0.4P0.3P0.2P0.1P0.0右前輪圖5.2輪椅運動控制板硬件連接圖驅(qū)動器驅(qū)動器89C51右后輪驅(qū)動器BCDABCDA'B'C'D'A'B'C'D'289C51引腳圖控制程序清單：單片機1：ORG0000HLJMPMAINORG0003HLJMPEINT0ORG0013HLJMPEINT1HORG001BHLJMPL3ORG0100HMAIN：MOVR0，#08HMOVDPTR，#L2MOVP0，#0FFHMOVP1，#0FFHMOVTOMD，#10HMOVTL1，#7FHMOVTH1，#7FHMOVIE，#88HSTEBTR1SJMP$L1：SJMPL1L2：DB0EEH，0CCH，0DDH，99H，0BBH，33H，77H，66HL3：MOVTL1，#7FHMOVTH1，#7FHMOVA，#00HMOVCA，@A+DPTRMOVP0，AMOVP1，AINCDPTRDJNZR0，L4MOVR0，#08HMOVDOTR，#L2L4：RETIEINT0：MOVR0，#08H//左轉(zhuǎn)彎MOVDPTR，#L2MOVP0，#0FFHMOVP1，#0FFHMOVTOMD，#10HMOVTL1，#00HMOVTH1，#00HMOVIE，#88HSTEBTR1L1：SJMPL1L2：DB0EEH，0CCH，0DDH，99H，0BBH，33H，77H，66HL3：MOVTL1，#00HMOVTH1，#00HMOVA，#00HMOVCA，@A+DPTRMOVP1，AINCDPTRDJNZR0，L4MOVR0，#08HMOVDOTR，#L2L4：RETIEINT1：MOVR0，#08H//右轉(zhuǎn)彎MOVDPTR，#L2MOVP0，#0FFHMOVP1，#0FFHMOVTOMD，#10HMOVTL1，#00HMOVTH1，#00HMOVIE，#88HSTEBTR1L1：SJMPL1L2：DB0EEH，0CCH，0DDH，99H，0BBH，33H，77H，66HL3：MOVTL1，#00HMOVTH1，#00HMOVA，#00HMOVCA，@A+DPTRMOVP0，AINCDPTRDJNZR0，L4MOVR0，#08HMOVDOTR，#L2L4：RETIEND單片機2：ORG0000HLJMPMAINORG0003HLJMPEINT0ORG0013HLJMPEINT1HORG001BHLJMPL3ORG0100HMAIN：MOVR0，#08H//爬樓梯MOVDPTR，#L2MOVP0，#0FFHMOVP1，#0FFHMOVTOMD，#10HMOVTL1，#00HMOVTH1，#00HMOVIE，#88HSTEBTR1SJMP$L1：SJMPL1L2：DB0EH，0CH，0DH，09H，0BH，03H，07H，06HL3：MOVTL1，#00HMOVTH1，#00HMOVA，#00HMOVCA，@A+DPTRMOVP0，AMOVP1，AINCDPTRDJNZR0，L4MOVR0，#08HMOVDOTR，#L2L4：RETIEINT0：MOVR0，#08H//倒行MOVDPTR，#L2MOVP0，#0FFHMOVP1，#0FFHMOVTOMD，#10HMOVTL1，#00HMOVTH1，#00HMOVIE，#88HSTEBTR1L1：SJMPL1L2：DB0EEH，0CCH，0DDH，99H，0BBH，33H，77H，66HL3：MOVTL1，#00HMOVTH1，#00HMOVA，#00HMOVCA，@A+DPTRMOVP1，AMOVP0，AINCDPTRDJNZR0，L4MOVR0，#08HMOVDOTR，#L