電工輪椅畢業(yè)論文

1、學(xué) 科 類： 學(xué) 號：學(xué)校代碼： 密 級：20_屆本科生畢業(yè)論文電動輪椅車設(shè)計(jì)院 系： 專 業(yè)： _姓 名： 指導(dǎo)教師： 答辯日期： 二一七年 月畢業(yè)論文誠信聲明本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)論文 電動輪椅車設(shè)計(jì) 是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立研究、寫作的成果。論文中所引用是他人的無論以何種方式發(fā)布的文字、研究成果，均在論文中以明確方式標(biāo)明。本聲明的法律結(jié)果由本人獨(dú)自承擔(dān)。 作者簽名： 指導(dǎo)老師簽名： 年 月 日摘要文中首先分析了國內(nèi)外各種輪椅的狀況，在對比總結(jié)各自優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，由于直流電機(jī)的額定輸出轉(zhuǎn)矩較低，不足以驅(qū)動后輪克服地面摩擦阻力傳動，根據(jù)國內(nèi)實(shí)際情況，提出了一種含有機(jī)械傳動減速機(jī)構(gòu)的

2、電動輪椅，基于這種方案，設(shè)計(jì)了與之相匹配的減速器及其他傳動機(jī)構(gòu)，該方案采用直流電機(jī)經(jīng)減速器與鏈條連接到后軸，以減低輸出轉(zhuǎn)速，增大輸出轉(zhuǎn)矩。應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論及方法、對驅(qū)動方式進(jìn)行分析和再設(shè)計(jì)，優(yōu)化車身骨架結(jié)構(gòu)，添加必要的輔助功能裝置，利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件構(gòu)建輪椅及各零部件三維模型，為新型低成本電動輪椅的設(shè)計(jì)開發(fā)打下了一定基礎(chǔ)，提供了一種供參考的驅(qū)動方案和骨架結(jié)構(gòu)。 關(guān)鍵詞：電動輪椅；設(shè)計(jì)；機(jī)械系統(tǒng)；AbstractThis paper first analyzes the domestic and foreign various wheelchair status, based on comp

3、aring the advantages and disadvantages, because the rated output torque DC motor is low, not enough to drive the rear wheel to overcome the ground friction transmission, according to the actual situation, proposed the electric wheelchair with a mechanical reduction gear mechanism, based on this driv

4、ing scheme, design of the reducer and other transmission mechanism is matched, the DC motor through reducer and the chain is connected to the rear axle, so as to reduce the output rotation speed, increase the output torque. Use the modern mechanical design theory and method, analyze and re-design th

5、e drive mode. Optimize the body frame structure. And add some necessary accessibility devices. Use computer aided design software to build a three-dimensional model of the wheelchair and its components. This design of the electric wheelchairs mechanical systems has lay a certain foundation for the n

6、ew type low-cost electric wheelchair and has given a reference scheme about drive mode and body frame structure. Keywords:wheelchair; design; mechanical system南昌理工學(xué)院本科生畢業(yè)論文一、緒論電動輪椅是一種以蓄電池為能源、電子裝置控制驅(qū)動的動力輪椅車。使用者可通過控制裝置自行驅(qū)動輪椅車行進(jìn)。適用于高位截癱、偏癱及下肢功能障礙者使用，是一種比較理想的康復(fù)和代步工具。1.1選題的目的及意義隨著生活水平的提高，人們對老年人和殘疾人的關(guān)注度日漸

7、提高，各種各樣的電動式輪椅進(jìn)入消費(fèi)者的視線。我國的輪椅發(fā)展比較緩慢，直到20世紀(jì)90年代后，隨著中國人口的老齡化越來越嚴(yán)重，輪椅才有了較快的發(fā)展。輪椅是老年人和肢體傷殘者不可 器，以減低輸出轉(zhuǎn)速，增大輸出轉(zhuǎn)矩。 1.2電動輪椅的研究現(xiàn)狀1.2.1電動輪椅的現(xiàn)狀 1.2.1國內(nèi)電動輪椅發(fā)展簡況國內(nèi)對電動輪椅的研究較晚，尤其是智能電動輪椅，研究還不完善，但近幾年發(fā)展很快。國內(nèi)廠商生產(chǎn)的電動輪椅大部分為四輪式和六輪式，一般都具有調(diào)速、翻越簡單路障和防傾倒等功能。雖然國內(nèi)電動輪椅研究還不太完善，但在一定的基礎(chǔ)上還是有所提高的。例如有些生產(chǎn)商在原有輪椅的研究上，發(fā)明出利用驅(qū)動左、右動力后輪的左、右電機(jī)串

8、聯(lián)連接設(shè)計(jì)，從而具有差動速度功能，使電動輪椅行駛時(shí)穩(wěn)定舒適、轉(zhuǎn)向可靠。近幾年，還出現(xiàn)了手扶電動、可爬梯以及站立式電動輪椅。1.2.2國外電動輪椅發(fā)展簡況自1986年英國開始研制第一輛智能輪椅以來，許多國家投入較多資金研究智能輪椅。如美國麻省理工學(xué)院WHEELESLEY項(xiàng)目、法國VAHM項(xiàng)目、德國烏爾姆大學(xué)MAID（老年人及殘疾人助動器）項(xiàng)目、Bremen Autonomous Wheelchair項(xiàng)目、西班牙STAMO項(xiàng)目、加拿大AAI公司TAO項(xiàng)目、歐盟TIDE項(xiàng)目等。1989年法國開始研究VAHM項(xiàng)目，第一階段的智能輪椅由輪椅、pc486、超聲波傳感器、人機(jī)界面和一個(gè)可匹配用戶身體能力轉(zhuǎn)換

9、的圖形屏幕組成設(shè)置為手動、自動、半自動三種模式，手動時(shí)輪椅執(zhí)行用戶具體指令和行動任務(wù)；自動狀態(tài)時(shí)用戶只需選定目標(biāo)，輪椅控制整個(gè)系統(tǒng)，此模式需要高度的可靠性；半自動模式下用戶與輪椅分享控制。為了更好適應(yīng)用戶需求，研究者在康復(fù)中心進(jìn)行了一系列調(diào)查，得出結(jié)論：系統(tǒng)必須是多功能的，不僅應(yīng)適應(yīng)殘障人士的生理和認(rèn)知能力，也應(yīng)適應(yīng)環(huán)境的結(jié)構(gòu)和形態(tài)。在此基礎(chǔ)上，經(jīng)改進(jìn)后研制出第二代產(chǎn)品，相對于第一代產(chǎn)品，其功能更豐富，面向用戶范圍更廣，性價(jià)比更好，改良了大量控制。高性能電動輪椅的生產(chǎn)廠家集中在國外，技術(shù)較先進(jìn)的國家有美國、德國、英國、瑞典、日本和比利時(shí)等。生產(chǎn)的電動輪椅功能強(qiáng)大，除一般功能外，還有可記憶地圖、

10、自動導(dǎo)航、避障、自動行走、與用戶交互等功能，結(jié)構(gòu)也多種多樣，有四輪式、三輪式、六輪式和履帶式等多種多樣，性能也較優(yōu)秀，除能適應(yīng)城市中平坦路況外，有些還能登山越野，適應(yīng)較大坡度和不平度的路況。近幾年，國外在高檔輪椅方面又有了很大的發(fā)展，例如IBOT智能輪椅，不僅能夠輕松平穩(wěn)地在崎嶇和很大坡度的路面行駛，還能夠上下樓梯，而且可以利用2個(gè)后輪站立或行走。在日本，還發(fā)明了一種靠臉部表情來控制的高級電動輪椅，使用者只需在頭上系上一根特殊的帶子，然后通過改變表情就可以實(shí)現(xiàn)輪椅的運(yùn)動。1.3電動輪椅的發(fā)展趨勢隨著機(jī)器人技術(shù)、人工智能技術(shù)和傳感器技術(shù)的進(jìn)步，電動輪椅的研究朝著高性能、多功能、智能化和人性化的方

11、向發(fā)展。智能輪椅不但可以為老年人和殘疾人提供一種良好的代步工具，而且可以具有自主導(dǎo)航、自主避障、人機(jī)對話等服務(wù)機(jī)器人所具有的各種功能，因而可以幫助殘疾人和老年人提高自己的生活自理能力和工作能力，使他們更好地融入社會.1.3.1研究方向及應(yīng)用領(lǐng)域初期的研究，賦予輪椅的功能一般都是低級控制，如簡單的運(yùn)動、速度控制及避障等。隨著機(jī)器人控制技術(shù)的發(fā)展，移動機(jī)器人大量技術(shù)用于輪椅，電動輪椅在更現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)上，有更好的交互性、適應(yīng)性、自主性。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電動輪椅的強(qiáng)大功能不僅適用于年老體弱的老年人和重度殘疾的傷患，同樣的，它也適合于大型車間工人的代步工具。1.4設(shè)計(jì)思路1.充分了解電動輪椅的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

12、及構(gòu)造，并進(jìn)行市場調(diào)查，分析研究現(xiàn)有電動輪椅的優(yōu)缺點(diǎn)以及可改進(jìn)之處。特別是調(diào)速原理。2.搜集各類電動輪椅的資料，包括相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)及最新成果。3.設(shè)計(jì)多個(gè)方案，并從選出總體設(shè)計(jì)方案后對總體設(shè)計(jì)進(jìn)行細(xì)化。（1）輪椅驅(qū)動及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 包括驅(qū)動及轉(zhuǎn)向方案的分析和選擇、驅(qū)動及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)、電動機(jī)選型、減速器設(shè)計(jì)、其他傳動裝置設(shè)計(jì)、蓄電池選擇等。重點(diǎn)是減速器的設(shè)計(jì)，計(jì)算減速范圍以及車輪輸出轉(zhuǎn)矩。 （2）輪椅車身骨架設(shè)計(jì)。 包括人體坐姿分析、前后輪布置、骨架各組成部件形狀和尺寸設(shè)計(jì)等。（3）輪椅整體三位建模。 包括各零部件的建模和裝配，總裝配和生成二維工程圖。4.對設(shè)計(jì)進(jìn)行校核，確保方案的可行性。利

13、用所學(xué)知識和參考國內(nèi)外電動輪椅文獻(xiàn)資料，對輪椅機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行討論、畫草圖、分析、減速器設(shè)計(jì)，初步確定多種方案，計(jì)算減速器的轉(zhuǎn)矩范圍并進(jìn)行校核來確定最終方案。優(yōu)化車身骨架結(jié)構(gòu)，添加必要的輔助功能裝置，利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件構(gòu)建輪椅及各零件三維模型。1.4.1輪椅的工作條件及基本參數(shù)電動輪椅主要在室內(nèi)以及各種休閑場所使用，使用路面狀況較好，所以滾動摩系 數(shù)一般可取為=005，最大承重按照M=100kg設(shè)計(jì)。取重力加速度為g=10ms2， 后輪半徑為r=320mm。輪椅在運(yùn)動過程中受到的阻力為滾動摩擦力與空氣阻力之和，由于輪椅速度較慢，空氣阻力可以忽略不計(jì)，所以輪椅在運(yùn)動過程中受到的阻力即為輪胎與地面

14、之間的滾動摩擦力。所以輪椅勻速前進(jìn)時(shí)受到的最大阻力為： f=Mg=005×100x10=50N而設(shè)定的輪椅行進(jìn)的平均速度為v=lms，所以所需功率為： P=fv=50xl=50W故所需電機(jī)的總功率應(yīng)該大于50W。由于有兩個(gè)驅(qū)動輪，所以正常前進(jìn)時(shí)，每個(gè)驅(qū)動輪所需要提供的最大扭矩為：T=f/2×r=50/2×320=8000N·m m42二、電機(jī)及蓄電池選擇2.1電動機(jī)的基本要求電動輪椅對驅(qū)動電機(jī)性能的基本要求有：1.足夠大的起動轉(zhuǎn)矩,以滿足電動輪椅快速啟動、加速、爬坡、頻繁啟、停的要求；電機(jī)的調(diào)速范圍小，一般在 25%100%最大轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，近似有小轉(zhuǎn)矩、

15、恒功率的輸出特性，滿足電動輪椅以較高車速勻速行駛工況的要求；2.比功率大(比功率定義為單位質(zhì)量能提供的最大功率)，以最大功率計(jì)時(shí)，一般應(yīng)達(dá)(11.25)kW/kg 以上；3.快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)特性，在各種車速范圍內(nèi)能快速柔和地控制驅(qū)動和制動轉(zhuǎn)矩，要求電機(jī)可控性高、穩(wěn)態(tài)精度和動態(tài)特性好；4.具有良好的環(huán)境適應(yīng)性，在不同的工作條件下能可靠地工作；5.維護(hù)簡單，工作噪聲低。電動機(jī)的選擇應(yīng)該按照電動機(jī)工作負(fù)荷的大小、電動機(jī)的特性和工作環(huán)境等，選擇 電動機(jī)的種類、類型、結(jié)構(gòu)形式、功率和轉(zhuǎn)速，并最終確定電動機(jī)的型號。考慮到電源 的提供，工作的場所以及電動輪椅要實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能等，作者選擇直流電動機(jī)。 直流電機(jī)具有

16、良好的起動、制動和調(diào)速性能。而調(diào)速性能中最常用的調(diào)速技術(shù)是脈 沖脈寬調(diào)制(PwM)調(diào)速技術(shù)，它具有調(diào)速精度高、晌應(yīng)速度快、調(diào)速范圍寬和耗損低等特點(diǎn)。 2.2電動機(jī)的類型選取對于電動輪椅我們常常提到的就是電機(jī)，一般電動的東西都是離不開電機(jī)的，好的的電機(jī)是該物品長壽的重心所在。一般電動輪椅的電機(jī)如果是比較好的電機(jī)的話，在使用的時(shí)候會有一下的一些特點(diǎn)，好的電機(jī)噪音是比較小的，不會在驅(qū)動的時(shí)候總是出現(xiàn)大的聲響，使得人無法正常使用，其次就是在加速或者是加速的時(shí)候會比較平穩(wěn)，不會出現(xiàn)加速的時(shí)候沒有力氣，或者是速度無法整張。在長時(shí)間的使用當(dāng)中不會出現(xiàn)故障，不必會擔(dān)心在使用的時(shí)候還要返回廠家保修。近幾年科技在

17、不斷的發(fā)展之中，電機(jī)在生活當(dāng)中的運(yùn)用也是越來越多，有很多廠家的電機(jī)在市場上出現(xiàn)，對于此電機(jī)主要的分為兩種一種是在電動自行車上使用的那種無刷電機(jī)，另一種就是運(yùn)用在電動輪椅上的有刷電機(jī)了，一般人沒有使用過電動輪椅但是電動自行車很多人都是使用過的，比較好的電動自行車的電機(jī)使用起來就是非常好的，沒有噪音，在行駛的時(shí)候非常的舒服，但是電動自行車上的電機(jī)不能用來安裝在電動輪椅上，只要原因是在于速度的限制，為了患者的安全，國家規(guī)定電動輪椅的最高時(shí)速必須是在每小時(shí)二十公里之中的，但是電動自行車使用的那種電機(jī)最慢的速度在使用的時(shí)候也可以達(dá)到每小時(shí)三十五公里，所以電動輪椅使用的是有刷直流電機(jī)。2.3電動機(jī)的機(jī)械特

18、性電動機(jī)的機(jī)械特性指的是轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系。不同勵(lì)磁方式的電動機(jī)，其運(yùn)行特性也不盡相同，下面主要介紹在調(diào)速系統(tǒng)中應(yīng)用的較廣泛的他勵(lì)電動機(jī)的機(jī)械特性。如圖所示為直流他勵(lì)電動機(jī)的原理電路圖。 2.3.1固有機(jī)械特性 電動機(jī)的固有機(jī)械特性指的是在額定條件（額定電壓UN和額定磁通 FN )下和電樞電路內(nèi)不外接任何電阻時(shí)的 n=f(T)。也就是機(jī)械特性是一條直線。2.3.2人為機(jī)械特性人為機(jī)械特性是指人為地改變電動機(jī)電樞外加電壓U和勵(lì)磁磁通的大小以及電樞回路串接附加電阻Rad所得到的機(jī)械特性。1.電樞回路中串接附加電阻時(shí)的人為特性 電壓平衡方程式為：得到的人為機(jī)械特性方程式為：特點(diǎn)：空載速度不變，

19、隨著電阻的增加，轉(zhuǎn)速降落增加，特性變軟。2.改變電樞電壓U時(shí)的人為特性 由于電動機(jī)電樞繞組絕緣耐壓強(qiáng)度的限制，電樞電壓只允許在其額定值以下調(diào)節(jié)，所以，不同值的人為特性曲線均在固有特性曲線之下。特點(diǎn)：空載速度隨著U的減小而減小。轉(zhuǎn)速降落不變，特性硬度不變。3改變磁通F 時(shí)的人為特性特點(diǎn)：理想空載轉(zhuǎn)速隨磁通的改變而變化，轉(zhuǎn)速降隨磁通的改變而變化，特性變軟。2.3.3直流電機(jī)工作原理在各類機(jī)電系統(tǒng)中，由于謄流電機(jī)具有良好的起動、制動和調(diào)速性能，直流調(diào)速技術(shù)已廣泛運(yùn)用于工業(yè)、 航天領(lǐng)域的各個(gè)方面。 最常用的直流調(diào)速技術(shù)是脈沖脈寬調(diào)制（PWM）直流調(diào)速技術(shù)，它具有調(diào)速精度高、響應(yīng)速度快、調(diào)速范圉寬和耗損

20、低等特點(diǎn)。在圖中，N、S為對固定的磁極（一般是電磁鐵，也可以是永久磁鐵），兩磁極問裝著一個(gè)可以轉(zhuǎn)動的鐵質(zhì)圓柱體，圓柱體的表面上固定著一個(gè)線圈。極與極的磁力線所通過圓柱體的途徑如圖中所表示。 當(dāng)線圈中通入直流電流時(shí)，線圈受到電磁力，根據(jù)左手定則確定力的方向，這一對電磁力形成了作用于電樞的一個(gè)電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的方向是逆時(shí)針方向。若電樞轉(zhuǎn)動，線圈兩邊的位置互換，而線圈中通過的還是直流電流，而所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向卻變?yōu)轫槙r(shí)針方向了， 因此電樞受到一種方向交變的電磁轉(zhuǎn)矩。這種交變的電磁轉(zhuǎn)矩只能使電樞來回?fù)u擺， 而不能使電樞連續(xù)轉(zhuǎn)動。顯然，要使電樞受到一個(gè)方向不變的電磁轉(zhuǎn)矩，關(guān)鍵在于，當(dāng)線豳邊在不同極性的

21、磁極下，如何將流過線圈中的電流方向及時(shí)地加以變換，即進(jìn)行所謂“換向”。為此必須增添一個(gè)叫做換向器的裝置，換向器由互相絕緣的銅質(zhì)換向片構(gòu)成，裝在軸上，也和電樞絕緣，且和電樞一起旋轉(zhuǎn)。 換向器又與兩個(gè)固定不動豹由石墨制成的電刷、相接觸。裝了這種換向器以后，若將直流電壓加予電刷端，直流電流經(jīng)電利流過電樞上的線圈，則產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，電樞在電磁轉(zhuǎn)矩的作用下就旋轉(zhuǎn)起來。電樞一經(jīng)轉(zhuǎn)動，由于換向器配合電刷對電流的換向作用，贏流電流交替地由兩個(gè)線圈邊流入，使線圈邊只要處于極下，其中通過電流的方向總是由電刷流入的方向，而在極下時(shí)，總是從電槲流出的方向。這就保證了每個(gè)極下線圈邊中的電流始終是一個(gè)方向。這樣的結(jié)構(gòu)，就可

22、使電動機(jī)能連續(xù)地旋轉(zhuǎn)。這就是直流電動機(jī)的工作原理。2.4蓄電池的選取1從材料上選取：蓄電池為電動輪椅行駛提供能量，是電動輪椅的又一重要部件。蓄電池作為電動輪椅唯一的能量來源，要具有容量大、工作穩(wěn)定、壽命長和充電時(shí)間短等特點(diǎn)。常用的蓄電池主要有以下幾種：鉛酸電池：鉛酸電池的主要構(gòu)成有正極板群、負(fù)極板群、隔離板、電槽、液口栓、防爆栓、玻璃棉及其它附件等。這種電池具有性能可靠、價(jià)格低、壽命長、維護(hù)方便，鉛原料豐富等優(yōu)點(diǎn)，但其比能量低，輸出波動大，低溫性能差，充電時(shí)間長。目前電動汽車用電池約 95%是鉛酸電池。鎳鎘電池：鎳鎘電池最大的優(yōu)點(diǎn)是充電簡單，既可快速充電又可慢速充電，既可脈沖充電又可直流充電。

23、其充放電循環(huán)次數(shù)高，循環(huán)壽命高達(dá) 2000 次，但必須周期性地進(jìn)行全放電，否則在極板上將會產(chǎn)生大顆粒的活性物質(zhì)結(jié)晶，失去活性，電池的容量會很快下降，出現(xiàn)通常所說的記憶效應(yīng)，在電池貯存之后必須重新充電。鎳鋅電池：鎳鋅電池比能量高、材料成本低，但鋅電極有限的使用壽命限制了它的商業(yè)應(yīng)用。鎳鋅電池的致命弱點(diǎn)是循環(huán)壽命短，大約僅為 300 次。這主要是由于鋅部分溶于電解液，而電解液中的鋅不能在同一位置以相同的形態(tài)得到分解和沉積，鋅電極形態(tài)的變化導(dǎo)致了電池容量衰退。鎳氫電池：與鎳鎘電池相比，鎳氫電池的能量密度要高40%左右，且不會污染環(huán)境；但其循環(huán)壽命不如鎳鎘電池高，這是由于該電池充電后期發(fā)熱量很大，會導(dǎo)

24、致貯氫合金材料粉末化，貯氫量明顯下降，因此最好采用間歇式充電方法，其充電時(shí)間會比鎳鎘電池長，自放電速度也明顯大于鎳鎘電池，所以需要定期地進(jìn)行全充電。其比能量和循環(huán)壽命均較鉛酸電池大2倍以上，適用于要求一次充電行駛距離較長的場合。銀鋅電池：正極板是氧化銀(AgO)，負(fù)極板是鋅(Zn)，電解液是氫氧化鉀溶液，外殼用不銹鋼或塑料制作。這種電池能量高，重量輕，溫度特性穩(wěn)定，但價(jià)格高，壽命短。鋰離子電池：鋰離子電池使用的正負(fù)極材料都是層間化合物，充電時(shí)由外界輸入電能作用于鋰離子，使它由能量較低的正極材料遷徙到負(fù)極材料層間形成高能狀態(tài)；放電時(shí)鋰離子自然地從能量較高的負(fù)極材料間脫出，返回到能量較低的正極材料

25、層間，同時(shí)通過外電路釋放電能。電動輪椅動力蓄電池與一般起動蓄電池不同，它是以較長時(shí)間的中等電流持續(xù)放電為主，間或以大電流放電，用于啟動、加速或爬坡。電動輪椅對電池的基本要求可以歸納為以下幾點(diǎn):(1)高能量密度(高質(zhì)量比能量、高體積比能量)；(2)高功率密度(高質(zhì)量比功率、高體積比功率)；(3)較長的循環(huán)壽命(充放電循環(huán)次數(shù)、工作年數(shù)多)；(4)較好的充放電性能(快速充放電性能和抗過充、過放能力好)；(5)電池一致性好；(6)價(jià)格較低；(7)使用維護(hù)方便；(8)其它性能好，無環(huán)境污染問題(電池生產(chǎn)、使用、報(bào)廢回收的過程中不能對環(huán)境產(chǎn)生不良影響)。綜合上述，目前應(yīng)用最廣泛的還是鉛酸電池，除了以上優(yōu)

26、點(diǎn)外，還主要在于它的技術(shù)比較成熟、價(jià)格比較便宜和穩(wěn)定可靠的性能。目前實(shí)用化的動力蓄電池除了電動自行車外，各種特種車輛和電動車也都使用鉛酸電池。所以選用鉛酸電池作為電動輪椅蓄電池。2.電池?cái)?shù)量的選?。焊鶕?jù)電動輪椅的行進(jìn)阻力和行進(jìn)速度，本設(shè)計(jì)采用的電動機(jī)為24V、6514、 1500rmin的直流電機(jī)兩個(gè)，同融選擇的是體積小、熏量輕的12V可充電蓄電池，故需 兩節(jié)電池驅(qū)動一個(gè)直流電動機(jī)，共需4節(jié)電池。三、減速器選擇減速器在本次設(shè)計(jì)中擔(dān)任眾多角色，如輪椅的負(fù)重需要用到減速器的支持等都需要用到減速器。對于減速器的選擇，本次設(shè)計(jì)選用了單級直齒圓柱齒輪減速器。單級直齒圓柱齒輪減速器的齒輪可做成直齒，斜齒和

27、人字齒。直齒適用于速度較低，載荷較輕的傳動，斜齒用于速度較高的運(yùn)動，人字齒用于載荷較重的傳動中，箱體通常用鑄鐵做成，單件或小批量生產(chǎn)又是采用焊接結(jié)構(gòu)，軸承一般用滾動軸承，重載或特別高速時(shí)候采用滑動軸承。由于輪椅椅座下部空間的限制，減速器的尺寸應(yīng)在200×150×120mm以內(nèi)。所以兩齒輪中心距應(yīng)小于80mm。3.1.1選擇齒輪材料 小齒輪 45 調(diào)質(zhì) HB2=240 大齒輪 45 調(diào)質(zhì) HB2=2403.1.2初步計(jì)算 齒寬系數(shù)：取=1 接觸疲勞極限 : = 590MPa = 590MPa 初步計(jì)算需用接觸應(yīng)力： =0.9=0.9×590=531MPa =0.9=

28、0.9×590=531MPa 值：取=90（直齒輪 ） 初步計(jì)算小齒輪直徑： 由于軸最小徑向尺寸和軸承最小內(nèi)徑的限制，取. 初步確定齒寬： 3.1.3齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 圓周速度： 精度等級：選8級精度 齒輪齒數(shù)： 取，則，取. 模數(shù)m： 使用系數(shù)取1.5 動載荷系數(shù)取1.1 齒間載荷分配系數(shù)： 齒向載荷分布系數(shù)： 載荷系數(shù)K： 彈性系數(shù) 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 重合度系數(shù)： 接觸應(yīng)力最小安全系數(shù) 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： 按電動輪椅每天以10km/h的平均速度行駛3h預(yù)期輪椅壽命為五年計(jì)算。 接觸壽命系數(shù) 許用接觸應(yīng)力： 驗(yàn)算許用接觸應(yīng)力 計(jì)算結(jié)果表明，接觸疲勞強(qiáng)度符合要求；否則應(yīng)調(diào)整齒輪參數(shù)或改變

29、齒輪材料，并再次進(jìn)行驗(yàn)算。3.1.4確定傳動主要尺寸 實(shí)際分度圓直徑d： 實(shí)際傳動比： 中心距： 齒寬： 3.1.5齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算 齒形系數(shù)：取 應(yīng)力修正系數(shù)：取 重合度系數(shù)： 齒間載荷分配系數(shù)齒向載荷分配系數(shù) 載荷系數(shù)K： 彎曲疲勞極限： 彎曲最小安全系數(shù)： 彎曲壽命系數(shù)： 尺寸系數(shù)： 許用彎曲應(yīng)力： 驗(yàn)算彎曲強(qiáng)度： 符合要求四、電動輪椅的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)對于電動輪椅的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可分為兩部分進(jìn)行。一部分為產(chǎn)生控制信號的控制信號產(chǎn)生電路部分，另一部分為接受控制信號并控制電機(jī)的電機(jī)驅(qū)動電路部分。對于這 兩部分的設(shè)計(jì)，本章將分別進(jìn)行簡要概述，電路設(shè)計(jì)的具體過程將在后續(xù)章節(jié)中進(jìn)行詳 細(xì)介紹。4

30、.1控制信號產(chǎn)生系統(tǒng)設(shè)計(jì)該控制系統(tǒng)包括鍵盤掃描電路、遙控裝置接口電路、振蕩電路、語音接口電路、肌 電檢測和處理電路，此外還有一些開關(guān)、電源等都需要在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行合理的安放和設(shè)計(jì)。圖3.1所示為控制系統(tǒng)簡圖， 右邊AT89C2051單片機(jī)和SPEC061A單片機(jī)分別實(shí)現(xiàn)鍵盤控制和語音控制， 遙控裝置實(shí)現(xiàn)他人遙控或自己遙控， 肌電電路實(shí)現(xiàn)肌肉電信號的控制。 這幾項(xiàng)功能可以通過開關(guān)來轉(zhuǎn)換。 開關(guān)采用四層單刀多擲開關(guān)， 由于每個(gè)電機(jī)有制動和方向睡個(gè)控制信號，兩個(gè)電機(jī)共四路信號，所以開關(guān)的每一層接一路，四層開關(guān)接四路信號， 當(dāng)撥動開關(guān)時(shí)就可以進(jìn)行四路信號的同時(shí)轉(zhuǎn)換了， 這樣就可以任意切換為鍵盤

31、控制、 遙控器控制、 語音控制或肌電控制了。這里由單片機(jī)或遙控裝置發(fā)出控制信號， 它們發(fā)出的信號分別接到兩個(gè)橋的制動信號和方向信號端， 分別控制兩個(gè)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)方向和剎車。 此外有一個(gè)由NE555P芯片構(gòu)成的振蕩電路,它產(chǎn)生一個(gè)控制信號,接到兩個(gè)橋的信號處,這個(gè)信號可以實(shí)現(xiàn)調(diào)速功能。 電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況可以在這三個(gè)信號的控制下完成.通過橋分別實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和停止。驅(qū)動器由于采用了LMD8200功率集成電路， 所用器件減少， 驅(qū)動器的體積減小，同時(shí)可靠性大為提高。 該直流電機(jī)驅(qū)動電路在驅(qū)動關(guān)節(jié)機(jī)器人控制系統(tǒng)中得到了很好的應(yīng)用，同時(shí)可以看到按摩坐墊直接安放在輪椅坐墊上， 其控锘器與電池匣內(nèi)的一節(jié)蓄電池

32、相接后，它的功能就得到了實(shí)現(xiàn)。4.2直流電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.2.1驅(qū)動電路特性在直流電機(jī)驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)中，主要考慮以下幾點(diǎn)：1.功能。對于單向的電機(jī)驅(qū)動，只需要用一個(gè)大功率三極管或場效應(yīng)管或繼電器直接帶動電機(jī)即可。當(dāng)電機(jī)甓要雙向轉(zhuǎn)動時(shí)，可以使用由4個(gè)功率元件組成的橋電路或者使用一個(gè)雙刀雙擲的繼電器。如果不需要調(diào)速，只要使用繼電器即可，但如果需要調(diào)速，可以使用三極管，場效應(yīng)管等開關(guān)元件實(shí)現(xiàn)PWM脈（沖脈寬調(diào)制）調(diào)速。作者設(shè)計(jì)的電動輪椅，通過單片機(jī)提供方向和制動信號，用一個(gè)振蕩電路提供PWM信號實(shí)現(xiàn)調(diào)速。這些信號通過橋驅(qū)動直流電動機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)輪椅的運(yùn)動。2.性能。對于PWM調(diào)遣的電機(jī)驅(qū)動電路，主要

33、有以下性能指標(biāo)：輸出電流和電壓范圍。它決定著電路能驅(qū)動多大功率的電機(jī)；效率。高的效率不僅意味著節(jié)省電資源，也會減少驅(qū)動電路的發(fā)熱量。要提高電路的效率，可以從保證功率器件的開關(guān)工作狀態(tài)和防此共態(tài)導(dǎo)通（玨橋或推挽電路可能出現(xiàn)的一個(gè)問題，即兩個(gè)功率器件同時(shí)導(dǎo)通使電源短路）兩方面入手；對控制輸入端的影響。功率電路應(yīng)對其輸入端進(jìn)行良好的信號隔離，防止有高電壓大電流進(jìn)入主控電路。可以采用高的輸入阻抗或者光電耦會器實(shí)現(xiàn)隔離；對電源的影響。共態(tài)導(dǎo)通可以引起電源電壓的瞬闖下降造成高頻電源污染，大的電流可能導(dǎo)致地線電位浮動；可靠性。電機(jī)驅(qū)動電路應(yīng)該盡可能做到，無論加上何種控制信號、何種無源負(fù)載，電路都是安全的。直

34、流電機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)如圖3.2所示，橋接收到方向、制動和調(diào)速信號后，控制直流電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)對輪椅的控制。這里方向和制動信號由單片機(jī)或振蕩電路提供，而調(diào)速信號由振蕩電路發(fā)出。 圖3.2直流電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)簡圖若要實(shí)現(xiàn)鍵盤控制，只要把AT89C2051單片機(jī)與橋相連，同理要實(shí)現(xiàn)遙控， 可以接上遙控裝置，要實(shí)現(xiàn)語音控制，只要把SPEC061A單片機(jī)接上即可，而要實(shí)現(xiàn)肌電控制也只需要把肌電采集處理電路接上就可以了。五、電動輪椅整體設(shè)計(jì)51電動輪椅電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)介紹由于輪椅的運(yùn)動需要電機(jī)來帶動， 而要想讓輪椅按照期望的方式運(yùn)動就需要對輪椅的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行控制， 通過向驅(qū)動系統(tǒng)發(fā)送各萃申控制信號從而達(dá)到對輪椅的自

35、由控制。 因此， 這里先了解一下輪椅的電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)點(diǎn)流電機(jī)和橋。在第二部分已經(jīng)介紹了直流電機(jī)的工作原理，所以根據(jù)這些特點(diǎn)我們可以得出長期以來直流電動機(jī)都用于各種調(diào)逮傳動中。由于它具有容易控制，能在寬范圍內(nèi)平滑而精確地調(diào)速，響應(yīng)速度快等多方面的控制特性，故得到了廣泛地應(yīng)用。贏流電機(jī)既能提供牽引傳動所需的高起動力矩，也易于實(shí)現(xiàn)在額定轉(zhuǎn)速上下寬范圍的速度調(diào)節(jié)。與交流電機(jī)相比，它所采用的控制方法更為簡單、經(jīng)濟(jì)。盡管由于具有換向器，在某些情況下限制了它的應(yīng)用，但直流電機(jī)仍發(fā)揮著重要的作用。調(diào)速系統(tǒng)方案的選擇和調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是根據(jù)電動輪椅對調(diào)速系統(tǒng)提出的調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)決定的。技術(shù)指標(biāo)有靜態(tài)指標(biāo)和動態(tài)指

36、標(biāo)。5.1.1靜態(tài)技術(shù)指標(biāo) (1)調(diào)速范圍在額定負(fù)載時(shí)，電動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比稱為調(diào)速范圍，即D=Nmax/Nmin式中，Nmax為最高轉(zhuǎn)速，Nmin為最低轉(zhuǎn)速。在調(diào)速設(shè)計(jì)時(shí)，通常將最高轉(zhuǎn)速Nmax視為電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速N。(2)靜差率電動機(jī)由理想空載增加到額定負(fù)載時(shí)，對應(yīng)的轉(zhuǎn)速下降N。與理想空載轉(zhuǎn)速N0之比成為靜差率，即S=N/ N05.1.2動態(tài)技術(shù)指標(biāo)（1）過渡過程時(shí)間 從輸入作用于系統(tǒng)開始，在超調(diào)量n從進(jìn)入穩(wěn)定值區(qū)間（0.050.002）到不再超出這個(gè)范圍的一段時(shí)間,稱為過渡過程時(shí)間。（2）最大超調(diào)量最大超調(diào)量定義為Mp=(nmax-n)/ ×100% nmax為最大超

37、調(diào)量，一般Mp在10%30%。（3）振蕩次數(shù)振蕩次數(shù)是指在過渡過程對闖內(nèi)，超調(diào)量在其穩(wěn)定值上下擺動的次數(shù)。5.2軸系零件的設(shè)計(jì)5.2.1軸的設(shè)計(jì)電動輪椅是在手動輪椅的基礎(chǔ)上改造的而成的，其中主要的是對軸部分進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。在軸的裝配中，需要鍵、軸承、通蓋、螺母、聯(lián)軸器以及輪轂等。改進(jìn)后的軸的結(jié)構(gòu)簡圖如圖2.4所示。其中螺母和軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，可以通過外購得到。其余需要到工廠進(jìn)行設(shè)計(jì)加工。 輪椅的機(jī)械設(shè)計(jì)要完成對安全性的校核，這主要是看車輪軸能否承受自重及負(fù)載。經(jīng)過校核計(jì)算，該軸完全達(dá)到安全性要求。圖2,4 5.2.2軸承的選擇要使軸在車體上有很好的傳動就需要選用合適的軸承。軸承是支撐軸的零件，根據(jù)摩

38、擦性質(zhì)的不同，軸承可分為滾動軸承和滑動軸承兩大類。與滑動軸承相比， 滾動軸承具有啟動靈活、摩擦阻力小、效率高、滿滑簡便以獲易予置糗等優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用廣泛。根據(jù)滾動軸承的特點(diǎn)，所以我們在設(shè)計(jì)中選用翡滾動輛承懸根據(jù)軸承的負(fù)載狀態(tài)來確定的，然后再根據(jù)軸的尺寸需娶來確定軸承盼矮體型號。滾動軸承的種類繁多，可以適應(yīng)番種機(jī)械裝置的要求。 按滾動體的形狀可分為球軸承和滾予軸承，按滾動體的列數(shù)，滾動軸承又可分為單列、雙列和多列。滾動軸承按公稱接觸角的不同可分為向心軸承包（括徑向接觸軸承和向心角接觸軸承）和推力軸承包（括軸向接觸軸承和推力角接觸軸承）。在輪椅系統(tǒng)中需要的軸承主要承受徑向力，幾乎不受軸向力，故選用深

39、溝球軸承。深溝球軸承主要用以承受徑向載荷，也可承受一定的軸向載荷，當(dāng)軸承的徑向游隙加大時(shí)，具有角接觸球軸承的性能，可承受較大的軸向載荷。因?yàn)樵O(shè)計(jì)的軸徑要大于25mm，所以選甩軸承的型號的為深溝球軸（GB/T276-1994）6205，內(nèi)徑D=25mm，外徑D=52mm。6250型深溝球軸承具有帶有密封圈，使用干油潤滑等特點(diǎn)， 且經(jīng)計(jì)算軸承壽命遠(yuǎn)大于輪椅壽命 故可用此軸承。5.3車身骨架設(shè)計(jì)輪椅車身骨架是電動輪椅主體和支承結(jié)構(gòu)，承載輪椅車身自重和乘坐者重量，電動輪椅的所有零部件最終都要裝配到車身骨架上。輪椅骨架的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到驅(qū)動系統(tǒng)的布置，為驅(qū)動系統(tǒng)的部件留出充足空間，并使輪椅重心分布合理。輪椅

40、椅座形狀需符合人體坐姿，使乘坐舒適。通過對人體坐姿和標(biāo)準(zhǔn)體型尺寸比例的分析，得出輪椅骨架的大概尺寸范圍：椅座尺寸在500mm×500mm左右，椅座離地面高度500-700mm，扶手高度250-300mm，椅背垂直高度500-700mm，傾角5°-10°，承腿架垂直高度300-450mm。（如下圖5-1）車身骨架的設(shè)計(jì)要求結(jié)構(gòu)即堅(jiān)固穩(wěn)定又簡單輕便，并且可靈活拆卸組裝。為了簡化輪椅骨架結(jié)構(gòu)，應(yīng)盡量控制骨架組成零件數(shù)目。將不影響輪椅整體拆卸組裝的部分設(shè)計(jì)為整體，這樣可以減少了可拆卸連接件的使用，降低了車身的制造成本，也在一定程度上降低了輪椅車身自重，有助于提高電動輪椅能

41、與利用率和運(yùn)動靈活度；不必要的可拆卸部分的減少，也使車身骨架整體更加堅(jiān)固，結(jié)構(gòu)也更穩(wěn)定。由上圖可看出，電動輪椅車身骨架主要組成部分有椅座、椅背、扶手、底架、承腿架等，通過對市面上現(xiàn)有電動輪椅車身骨架結(jié)構(gòu)的研究和分析，決定將其設(shè)計(jì)為四部分：側(cè)面骨架、椅座、椅背和底架板。側(cè)面骨架由扶手、底架、承腿架固連在一起組成，承載輪椅重量，并傳遞到前后輪軸上。椅座、椅背和底架板都通過螺栓連接兩側(cè)側(cè)面骨架，保持兩側(cè)骨架始終平行；椅座承載乘坐者的重量；底架板上放置電機(jī)、減速器等部件。5.4驅(qū)動及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)驅(qū)動及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)完成電動輪椅的主要動作，是電動輪椅的核心部分。它包括電機(jī)、與控制系統(tǒng)相連接并控制電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向

42、的電機(jī)控制器、與電機(jī)輸出端相連的減速器和其他傳動部分等裝置組成。驅(qū)動及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求其能使輪椅平穩(wěn)的行進(jìn)或后退，靈活并盡可能大角度范圍的轉(zhuǎn)向，快速的制動，并保證乘坐安全舒適。通過控制器控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向可以達(dá)到調(diào)節(jié)后輪及驅(qū)動輪轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的目的，從而控制輪椅的行駛速度和行進(jìn)或后退。由于直流電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速一般較高，遠(yuǎn)高于輪椅平穩(wěn)行駛時(shí)后輪所要求的轉(zhuǎn)速，而直流電機(jī)的額定輸出轉(zhuǎn)矩又較低，不足以驅(qū)動后輪克服地面摩擦阻力轉(zhuǎn)動，所以，必須在直流電機(jī)輸出端設(shè)置減速器，以減低輸出轉(zhuǎn)速，增大輸出轉(zhuǎn)矩。另外，由于路況原因，即使勻速直線行駛，輪椅后輪所受載荷也會有不同程度的變化，若將減速器輸出端直接剛性連接到

43、后輪軸上，后輪所受載荷的劇烈變化會直接經(jīng)減速器傳遞到電機(jī)軸上，影響電機(jī)的正常工作和使用壽命，還會對控制系統(tǒng)對電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制精度有影響。所以，在減速器輸出端和后輪軸之間必須有添加其他傳動機(jī)構(gòu)，以減弱載荷變化的劇烈程度，使載荷趨于平穩(wěn)?？紤]到以上要求，設(shè)計(jì)可行的驅(qū)動及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的供選方案，并對各方案優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析。5.4.1輪椅驅(qū)動及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方案分析及選擇電動輪椅驅(qū)動及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案靈活多樣，驅(qū)動及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)方案的選擇對電動輪椅的機(jī)械效率、整車結(jié)構(gòu)布置、行駛性能及控制方案的設(shè)計(jì)等有重要的影響。由于電動輪椅一般采用后輪驅(qū)動，所以根據(jù)轉(zhuǎn)向方式的不同，有兩種可采用的轉(zhuǎn)向方案：1.前輪轉(zhuǎn)向式 2.后輪轉(zhuǎn)向

44、式方案一：前輪轉(zhuǎn)向式圖5-3 方案一布置示意圖用一個(gè)直流電機(jī)驅(qū)動兩后輪轉(zhuǎn)動作為輪椅行駛主運(yùn)動，通過調(diào)節(jié)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速來改變輪椅行駛速度。一個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制兩前輪相對輪椅前進(jìn)方向的偏轉(zhuǎn)角度，配合后輪主運(yùn)動，使輪椅在行駛中轉(zhuǎn)向?？刂葡到y(tǒng)向步進(jìn)電機(jī)輸送脈沖信號使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過特定角度，步進(jìn)電機(jī)通過三對交錯(cuò)軸斜齒輪傳動驅(qū)動兩前輪同步偏轉(zhuǎn)（如下圖）。兩前輪偏轉(zhuǎn)軸頂端都裝有盤形彈簧，彈簧另一端固定在輪椅車身上，轉(zhuǎn)向完成后，控制系統(tǒng)不再向步進(jìn)電機(jī)輸送脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)無輸出，兩前輪在彈簧力的作用下回復(fù)到初始位置，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向后前輪自動復(fù)位。圖5-4 前輪傳動機(jī)構(gòu)后輪驅(qū)動軸由兩根半軸組成，兩半軸間裝有差速器，直流電機(jī)

45、經(jīng)一減速器與差速器相連。輪椅直線行駛時(shí)，兩后輪所受地面摩擦阻力相同，差速器向兩半軸輸出相等轉(zhuǎn)速。前輪偏轉(zhuǎn)一定角度，使兩后輪所受地面摩擦阻力不相等，內(nèi)側(cè)后輪所受地面摩擦阻力大，差速器向兩后輪輸出不同轉(zhuǎn)速，使外側(cè)后輪轉(zhuǎn)速大于內(nèi)側(cè)后輪轉(zhuǎn)速。輪椅轉(zhuǎn)向時(shí)兩后輪被動實(shí)現(xiàn)差速。此方案的優(yōu)點(diǎn)是驅(qū)動系統(tǒng)與轉(zhuǎn)向系統(tǒng)分開，行駛方向控制與行駛速度控制相互獨(dú)立，互不影響，基于這種結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)相對簡單，易于實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)向原理簡單，只需通過輸入步進(jìn)電機(jī)的脈沖個(gè)數(shù)來控制前輪偏轉(zhuǎn)角就可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。且轉(zhuǎn)向精度高。此方案缺點(diǎn)是輪椅轉(zhuǎn)向必須在行駛過程中完成，轉(zhuǎn)向半徑大，而轉(zhuǎn)向角度小，不能實(shí)現(xiàn)原地轉(zhuǎn)向，輪椅的靈活性差，使輪椅在室內(nèi)使用

46、不方便。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布置分散，占用輪椅底部空間較大。方案二：后輪轉(zhuǎn)向式圖5-5 方案二布置示意圖用兩直流電機(jī)分別驅(qū)動兩側(cè)后輪，通過電子差速方式獨(dú)立控制兩側(cè)驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)速，兩后輪等速轉(zhuǎn)動時(shí)，輪椅直線行駛，兩后輪不等速轉(zhuǎn)動時(shí)，輪椅向轉(zhuǎn)速低的后輪一側(cè)轉(zhuǎn)向。通過控制兩后輪速差的大小和不等速轉(zhuǎn)動時(shí)間來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向角度。轉(zhuǎn)速差越大，不等速轉(zhuǎn)動時(shí)間越長，轉(zhuǎn)向角度越大。當(dāng)一后輪正轉(zhuǎn)，另一后輪反轉(zhuǎn)時(shí)，輪椅可原地360°轉(zhuǎn)向。圖5-6 后輪相關(guān)角度尺寸如上圖所示，若輪椅后輪輪距為L、后輪半徑為r，要使輪椅在時(shí)間t內(nèi)以轉(zhuǎn)向半徑R均勻轉(zhuǎn)過角度，需要控制內(nèi)側(cè)后輪以角速度W1=(R-L/2)/（r*t）轉(zhuǎn)動，外側(cè)后輪以角

47、速度W1=(R+L/2)/（r*t）轉(zhuǎn)動。采用雙直流電機(jī)驅(qū)動，所需直流電機(jī)功率約為單直流電機(jī)驅(qū)動時(shí)電機(jī)功率的一半，電機(jī)尺寸可以更小，兩直流電機(jī)及減速器等結(jié)構(gòu)都布置在后輪軸線上，且省去了差速器和前輪的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為緊湊。但求電機(jī)轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)矩范圍寬，對電機(jī)性能要求高。使用后轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向靈活，可以任意轉(zhuǎn)向角度和轉(zhuǎn)向半徑轉(zhuǎn)向。此方案將驅(qū)動系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)融為一體，雖只需控制兩直流電機(jī)轉(zhuǎn)速變化，即可實(shí)現(xiàn)輪椅的驅(qū)動和轉(zhuǎn)向。但是轉(zhuǎn)向時(shí)要求控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)精確的控制兩直流電機(jī)轉(zhuǎn)速，對控制策略要求更高。910所要設(shè)計(jì)的電動輪椅應(yīng)能同樣適應(yīng)室內(nèi)與戶外的使用，要求有較高的靈活度，而轉(zhuǎn)向的靈活度尤為重要，后輪轉(zhuǎn)向方案可

48、實(shí)現(xiàn)輪椅的任意半徑。任意角度靈活轉(zhuǎn)向，前輪轉(zhuǎn)向方案適用于室外寬闊路面小角度大半徑轉(zhuǎn)向場合，室內(nèi)轉(zhuǎn)向困難，幾乎無法在室內(nèi)使用。綜上所述，決定采用后輪轉(zhuǎn)向式方案。5.3.2后輪轉(zhuǎn)向式驅(qū)動及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)在后輪轉(zhuǎn)向式驅(qū)動及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，后輪驅(qū)動軸被分成兩段半軸，兩直流電機(jī)經(jīng)過固定速比減速器減速分別獨(dú)立驅(qū)動兩側(cè)后輪，兩套電機(jī)、減速器及傳動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動互不影響，并且分別接收控制系統(tǒng)傳來的控制信號。為保證當(dāng)控制系統(tǒng)向兩直流電機(jī)輸出相同控制信號時(shí)兩后輪轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向相同，兩直流電機(jī)應(yīng)選用相同型號，相應(yīng)的，兩套減速器和傳動機(jī)構(gòu)也應(yīng)具有相同尺寸和傳動比。圖5-7 驅(qū)動方案單側(cè)示意圖此系統(tǒng)有兩套背對的直流電機(jī)和相應(yīng)的減速器

49、及傳動機(jī)構(gòu)等都在后輪軸線方向上分布，由于輪椅輪距不可能太大，這就要求直流電機(jī)和減速器的軸向尺寸不能過大。而直流電機(jī)的軸向尺寸對直流電機(jī)的額定功率、扭矩等參數(shù)有影響，一般來說，具有越大額定功率、扭矩的同一系列電機(jī)軸向尺寸也越大。所以，在選擇直流電機(jī)時(shí)，應(yīng)特別注意，既要盡可能的選擇較大扭矩的電機(jī)，以減小減速器所需減速比，又要考慮到電機(jī)軸向尺寸的限制。輪椅行駛中，前輪雖然不做控制，但在后輪差速轉(zhuǎn)向時(shí)，若前輪可隨意偏轉(zhuǎn)，會嚴(yán)重危害輪椅轉(zhuǎn)向性能和行駛安全。所以必須對前輪偏轉(zhuǎn)的靈活性加以限制，在前輪轉(zhuǎn)向軸上添加阻尼，以使前輪在受到地面摩擦力矩的時(shí)候才可偏轉(zhuǎn)一定的角度，并在摩擦力矩消失后自動復(fù)位。前輪阻尼裝

50、置的設(shè)計(jì)如圖所示，扭轉(zhuǎn)彈簧一端固定在輪椅車身上，一端與前輪偏轉(zhuǎn)軸相連，車身與前輪偏轉(zhuǎn)軸之間安裝有推力滾子軸承。當(dāng)前輪受到足夠大的地面摩擦力矩的時(shí)候，前輪偏轉(zhuǎn)軸克服彈簧阻力轉(zhuǎn)過一定角度，以使摩擦力矩與彈簧阻力矩相平衡。當(dāng)摩擦力矩減小或消失時(shí)，前輪在彈簧力的作用下恢復(fù)到初始位置。圖5-8 前輪阻尼裝置設(shè)計(jì)圖5.5防傾裝置設(shè)計(jì) 電動輪椅在行駛中突然加速或減速和緊急制動會使輪椅前傾或后傾，小角的前傾或后傾會影響輪椅行駛平穩(wěn)性，當(dāng)傾斜角過大時(shí)會使輪椅傾倒，嚴(yán)重危害行駛安全。合理的分配輪椅整車重量，把輪椅后輪軸位置后移，使輪椅重心位于前后輪之間，靠近后輪的地方，可以減弱輪椅加減速和制動時(shí)前后傾的趨勢。減弱輪椅行駛中的