自行走輪椅設(shè)計(jì)說明書.doc

南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文1目錄1緒論.21.1國內(nèi)外發(fā)展情況.41.2設(shè)計(jì)內(nèi)容.51.3設(shè)計(jì)思路.52系統(tǒng)方案.72.1機(jī)械系統(tǒng)方案.72.2控制方案.92.3總體方案.103機(jī)械結(jié)構(gòu)計(jì).113.1鏈條的傳動(dòng)設(shè)計(jì).113.2電動(dòng)機(jī)的選用.113.3驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì).124控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).134.1控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì).145總結(jié).145.1設(shè)計(jì)總結(jié).145.2展望.14參考文獻(xiàn).15附錄.18致謝.19南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文2摘要:為實(shí)現(xiàn)高性能和低成本的自行走輪椅,開發(fā)了全數(shù)字自行走輪椅控制器；采用先進(jìn)的無速度傳感器測速技術(shù),設(shè)計(jì)了帶電流補(bǔ)償?shù)碾妷贺?fù)反饋加負(fù)載不平衡補(bǔ)償?shù)碾p電機(jī)協(xié)調(diào)控制方案。驅(qū)動(dòng)部分采用有刷幅條電機(jī)的后輪驅(qū)動(dòng)。幅條電機(jī)傳動(dòng)具有轉(zhuǎn)矩大、噪音低、效率高、耗電少、壽命長、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，克服了鏈傳動(dòng)噪聲大、沖擊大、傳動(dòng)不平穩(wěn)等缺點(diǎn)，且外觀新穎，控制部分采用采用平等四邊形連桿機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，并實(shí)現(xiàn)了大角度的轉(zhuǎn)向控制和兩輪同步運(yùn)動(dòng)，同時(shí)增加輪椅在行進(jìn)中的穩(wěn)定性，而且起到防倒的功能，遇上下坡也能自主掌控，安全性高；制動(dòng)部分采用特制的漲剎機(jī)構(gòu)，達(dá)到前后手柄都可以制動(dòng)，安全性高。給出了軟硬件結(jié)構(gòu)和單元電路的設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇方法；分析了操縱桿工作原理；給出了輪椅速度和運(yùn)動(dòng)方向信息合成計(jì)算公式和提高運(yùn)行舒適度的S曲線生成策略。關(guān)鍵詞:自行走輪椅；控制器；雙電機(jī)；協(xié)調(diào)控制；S曲線；誤差檢測；幅條電機(jī)；連桿機(jī)構(gòu)；漲剎機(jī)構(gòu)；電動(dòng)控制；輔助裝置AutomaticwalkawheelchairAbstract:Toachievehighperformanceandlowcosttowalkthewheelchair,developedbydigitalcontroller；walkwheelchairs,Usingadvancedspeedsensorlessspeedtechnology,designwiththecurrentcompensationvoltagefeedbackandcompensationofunbalancedloadmotorcoordinationcontrolscheme.Drivingpartadoptsabrushpaintingoftherearwheeldrive南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文3motor.Thepicturehasgreattorquemotordrive,lownoise,highefficiency,energysaving.longlife,greenenvironmentalprotectionetc,andovercometheimpactnoise,largechaindrivenotsmooth,novelappearanceanddefects,andcontrolpartadoptsUSESequalquadrilaterallinkagemechanism,simplestructure,andrealizethelargeAngleofsteeringcontrolandtwowheels,addingwheelchairssynchronousmovementinthestabilityandtravel,preventfallfunction,meetsthedownhillcanindependentlycontrol,highsecurity,Brakingpartadoptsspecialrose,andbraketohandleallcanapplythebrake,highsafety.Thehardwareandsoftwarestructureandgiventheunitcircuitdesignandparameterselectionmethod,Theleverprincipleanalysis,GiventhespeedanddirectionofmovementwheelchairsyntheticformulasandimproveinformationgeneratedthecomfortoftheScurveoperationstrategy.KeyWords:EPW；Controller；Two2motor；Coordinatedcontrol；Scurve；Faultdetection；electromotivewheelchair；handcontrol；electriccontrol；auxiliaryunit一、緒論1.1自行走輪椅國內(nèi)外發(fā)展情況隨著社會(huì)的發(fā)展和人類文明程度的提高，人們特別是殘疾人愈來愈需要運(yùn)用現(xiàn)代高新技術(shù)來改善他們的生活質(zhì)量和生活自由度。因?yàn)楦鞣N交通事故、天災(zāi)人禍和種種疾病，每年均有成千上萬的人喪失一種或多種能力（如行走、動(dòng)手能力等）。隨著人口的增長和醫(yī)療技術(shù)的進(jìn)步，社會(huì)老齡化問題已成為很多國家不得不認(rèn)真對(duì)待的重要問題之一。智能輪椅能夠幫助老年人和殘障人士獨(dú)立的生活，節(jié)省家庭護(hù)理費(fèi)用，減輕社會(huì)負(fù)擔(dān)。許多國家投入較多資金研究智能輪椅，涌現(xiàn)出許多成果，但由于價(jià)格和實(shí)用性的原因使它們暫時(shí)只能作為實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品。智能輪椅作為移動(dòng)機(jī)器人的一種,主要用來輔助老年人和殘疾人的日常生活和工作,是對(duì)他們?nèi)趸臋C(jī)體功能的一種補(bǔ)償.智能輪椅在作為代步工具的同時(shí)又可以使用攜帶的機(jī)器手臂完成簡單的日常活動(dòng).使他們重新獲得生活能力,找回自立、自尊的感覺,重新融入社會(huì).因而,智能輪椅的研究得到越來越多的關(guān)注本設(shè)計(jì)的研究目標(biāo)：在最經(jīng)濟(jì)的條件下，設(shè)計(jì)出一件最實(shí)用、最簡易操作的自行走輪椅，功能齊全、結(jié)構(gòu)簡單、適用于傷殘人士、且能達(dá)到消費(fèi)者需求水準(zhǔn)的一件市場普及化產(chǎn)品。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文4主要特色：功能齊全、結(jié)構(gòu)簡便、使用方便、價(jià)格適當(dāng)、安全系數(shù)強(qiáng)電動(dòng)輪椅技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化1產(chǎn)品特點(diǎn)電動(dòng)輪椅作為一種安裝有傳感器，具有良好的智能控制功能的電動(dòng)輪椅，不但具有普通的當(dāng)前市面上電動(dòng)輪椅所具有的所有功能，而且可以實(shí)現(xiàn)更加友好的人機(jī)接口和良好的操作性能。例如，可以實(shí)現(xiàn)避碰功能和導(dǎo)航功能，甚至可以實(shí)現(xiàn)利用無線方式將使用者的位置和基本狀態(tài)傳送給醫(yī)護(hù)人員和家人實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢（含文獻(xiàn)綜述）：自動(dòng)輪椅作為醫(yī)療護(hù)理領(lǐng)域的服務(wù)機(jī)器人，其應(yīng)用大量使用了移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)在自動(dòng)輪椅的研究中涉及到的關(guān)鍵技術(shù)有導(dǎo)航系統(tǒng)、控制和能源系統(tǒng)、人機(jī)接口但由于整個(gè)輪椅系統(tǒng)以人為中心，所以在研究中要解決的核心是輪椅的安全導(dǎo)航問題所謂導(dǎo)航即是指移動(dòng)機(jī)器人按照預(yù)先給定的任務(wù)命令，根據(jù)已知的地圖信息作出全局路徑規(guī)劃，并在行進(jìn)過程中，不斷感知周圍的局部環(huán)境信息，自主地作出各種決策，并隨時(shí)調(diào)整自身位姿，引導(dǎo)自身安全行駛到達(dá)目標(biāo)位置智能輪椅作為醫(yī)療護(hù)理領(lǐng)域的服務(wù)機(jī)器人，其應(yīng)用大量使用了移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)。在智能輪椅的研究中涉及到的關(guān)鍵技術(shù)有導(dǎo)航系統(tǒng)、控制和能源系統(tǒng)、人機(jī)接口，但由于整個(gè)輪椅系統(tǒng)以人為中心，所以在研究中要解決的核心是輪椅的安全導(dǎo)航問題。所謂導(dǎo)航即是指移動(dòng)機(jī)器人按照預(yù)先給定的任務(wù)命令，根據(jù)已知的地圖信息作出全局路徑規(guī)劃，并在行進(jìn)過程中，不斷感知周圍的局部環(huán)境信息，自主地作出各種決策，并隨時(shí)調(diào)整自身位姿，引導(dǎo)自身安全行駛到達(dá)目標(biāo)位置。隨著社會(huì)的發(fā)展和人類文明程度的提高，人們特別是殘疾人愈來愈需要運(yùn)用現(xiàn)代高新技術(shù)來改善他們的生活質(zhì)量和生活自由度。因?yàn)楦鞣N交通事故、天災(zāi)人禍和種種疾病，每年均有成千上萬的人喪失一種或多種能力（如行走、動(dòng)手能力等）。因此，對(duì)用于幫助殘障人行走的機(jī)器人輪椅的研究已逐漸成為熱點(diǎn)，如西班牙、意大利等國，中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所也成功研制了一種具有視覺和口令導(dǎo)航功