多功能輪椅的研究-控制系統(tǒng)及框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)李潮陽(yáng) 3rd Ver

摘要本文先對(duì)多功能智能輪椅的研究背景、目的、意義、國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)狀作了闡述，然后總結(jié)了本論文主要解決的核心問(wèn)題和關(guān)鍵技術(shù)。根據(jù)多功能智能輪椅的主要功能要求，本論文分別對(duì)輪椅的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)。對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計(jì)主要研究了人體尺寸數(shù)據(jù)，并結(jié)合人機(jī)工程學(xué)的理論知識(shí)對(duì)輪椅的各個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了更加人性化的設(shè)計(jì)。硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成了多功能智能輪椅控制系統(tǒng)整體。智能輪椅的控制系統(tǒng)由STM32單片機(jī)進(jìn)行控制,并且采用串口分配功能對(duì)硬件進(jìn)行合理分配，與控制程序共同作用，構(gòu)成了整個(gè)設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)，并且完成智能輪椅的各個(gè)部分的功能需求。最后，對(duì)論文的進(jìn)行了主要研究?jī)?nèi)容的總結(jié)和研究發(fā)展方向的闡述。關(guān)鍵詞：智能輪椅；人機(jī)工程學(xué)；輪椅舒適性；控制系統(tǒng)；按摩系統(tǒng)。

ResearchonMultifunctionalWheelchair-ControlSystemandFrameStructureDesignAbstractInthispaper,theresearchbackground,purpose,significanceandcurrentsituationofthemultifunctionalintelligentwheelchairaredescribed,andthenthecoreproblemsandkeytechnologiesaresummarized.Accordingtothemainfunctionalrequirementsofthemulti-functionalintelligentwheelchair,themechanicalstructureandcontrolsystemofthewheelchairarestudiedanddesignedinthispaper.Forthemechanicalstructurepartofthedesignmainlystudiedthehumanbodysizedata,andcombinedwiththetheoreticalknowledgeofergonomicstocarryoutamorehumanizeddesignofeachstructureofthewheelchair.Thehardwaresystemandsoftwaresystemconstitutethewholemulti-functionintelligentwheelchaircontrolsystem.ThecontrolsystemoftheintelligentwheelchairiscontrolledbySTM32microcontroller,andthehardwareisdistributedreasonablywiththeserialportdistributionfunction.Togetherwiththecontrolprogram,thecontrolsystemoftheentiredesignisconstituted,andthefunctionalrequirementsofeachpartoftheintelligentwheelchairarecompleted.Finally,thepapersummarizesthemainresearchcontentandelaboratestheresearchdevelopmentdirection.Keywords:intelligentwheelchair;Ergonomics;Wheelchaircomfort;Controlsystem;Massagesystem.

目錄1前言 61.1研究背景 61.2研究目的及意義 71.3國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 71.3.1國(guó)外的發(fā)展現(xiàn)狀 71.3.2國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 91.4研究的主要內(nèi)容 101.4.1研究解決的主要問(wèn)題 101.4.2論文關(guān)鍵技術(shù) 102多功能智能輪椅的總體方案設(shè)計(jì) 112.1主要功能概述 112.2機(jī)械結(jié)構(gòu)概述 112.3控制系統(tǒng)概述 113基于人機(jī)工程學(xué)輪椅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 133.1人體尺寸數(shù)據(jù) 133.1.1人體靜態(tài)尺寸 133.1.2人體動(dòng)態(tài)尺寸 143.1.3舒適姿態(tài)的生理特征 153.1.4人體測(cè)量數(shù)據(jù)的方法 163.2座椅各部位的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 173.2.1靠背及頭枕的設(shè)計(jì) 173.2.2坐墊的設(shè)計(jì) 213.2.3扶手的設(shè)計(jì) 253.2.4腳踏板的設(shè)計(jì) 263.2.5座椅整體框架結(jié)構(gòu)效果圖 273.3坐臥轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 283.3.1坐臥轉(zhuǎn)換綜述 283.3.2坐臥轉(zhuǎn)換各活動(dòng)部位結(jié)構(gòu) 283.3.3坐臥轉(zhuǎn)換模式 303.4底座上升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 303.5座椅按摩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 323.5.1座椅按摩結(jié)構(gòu)概述 323.5.2按摩滾輪頂出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 333.5.3按摩滾輪行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 343.5.4按摩機(jī)芯整體結(jié)構(gòu)模型 354智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 374.1控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 374.1.1手操器 374.1.2外擴(kuò)輔助按鍵 384.1.3電源模塊 394.1.4微控機(jī)STM32單片機(jī) 404.1.5動(dòng)力模塊 404.2控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 424.2.1控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 424.2.2底盤主程序設(shè)計(jì) 444.2.3坐臥轉(zhuǎn)換及底座上升程序設(shè)計(jì) 484.2.4按摩模塊設(shè)計(jì) 505總結(jié)與展望 525.1論文主要工作的總結(jié) 525.2研究的展望方向 52參考文獻(xiàn) 54謝辭 57附錄 58

1前言1.1研究背景隨著社會(huì)的快速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)也在快速發(fā)展進(jìn)步，就需要發(fā)展頂尖的科學(xué)技術(shù)?，F(xiàn)在不僅國(guó)家對(duì)高新科學(xué)技術(shù)很重視，而且各個(gè)企業(yè)對(duì)高新科學(xué)技術(shù)也十分的重視，都組建了自己的科研小組進(jìn)行研究。我國(guó)即將迎來(lái)人口老齡化,聯(lián)合國(guó)報(bào)告指出，全國(guó)人口老齡化十分嚴(yán)重，近幾年將會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)，這也就表明全國(guó)各地的人口也都在迅速的增長(zhǎng)?！吨袊?guó)人口老齡化發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)研究報(bào)告》的報(bào)告顯示，我國(guó)的人口老齡化問(wèn)題也比較嚴(yán)重有待解決。同時(shí)車禍、疾病等不可控的災(zāi)害造成的殘疾人士也會(huì)逐年遞增。具體的研究報(bào)告如圖1-1所示。圖1-1殘疾家庭比例圖由于疾病車禍等災(zāi)難造成的人士因素的影響,很多人都不能正常的生活，都必須依靠各種各樣的工具，比如說(shuō)斷腿的殘疾人士就必須依靠輪椅或者拐杖來(lái)幫助其走路和生活，又比如說(shuō)斷臂的殘疾人士一樣不能正常的生活，他們的生活想要更加獨(dú)立，不需要其他人的幫助的話，他們就必須安裝假臂來(lái)幫助其生活或者利用其它高科技來(lái)完成他們的手臂動(dòng)作。在此論文中主要研究的是下肢殘疾的人士所使用的工具，即對(duì)多功能智能輪椅的研究另外,市場(chǎng)上現(xiàn)有的輪椅不能滿作這類殘疾人士的需求。同時(shí)為了幫助老年人更好的生活一樣可以使用輪椅來(lái)幫助自己?，F(xiàn)在市場(chǎng)上很少有對(duì)這類人群而研發(fā)適合的產(chǎn)品，因此多功能智能輪椅的研究就很有必要了。不僅僅是疾病，此外，由于其他災(zāi)難所導(dǎo)致的殘疾人士也逐年增多。自己也無(wú)法獨(dú)自使用手動(dòng)輪椅這也就需要包輪椅設(shè)計(jì)的更加的智能化和自動(dòng)化。這類人群不能獨(dú)自很好的生活，就必須要家人或者專門的人士來(lái)照顧，這也就又要付出多余的人力物力來(lái)照顧這類人群。這些情況對(duì)于這類人群的家庭來(lái)說(shuō)毫無(wú)疑問(wèn)的增加了家人的壓力，對(duì)于當(dāng)今迅速發(fā)展的社會(huì)，這類人群的家人的壓力無(wú)疑的提升了數(shù)倍。而且現(xiàn)在的交通工具并不能滿足這類人群的需求，因此多功能智能輪椅就應(yīng)運(yùn)而生了1.2研究目的及意義那些由于行動(dòng)不便而必須使用輪椅的人們也越來(lái)越多,所以他們就必須使用輪椅來(lái)幫助他們走路，但是如果他們長(zhǎng)時(shí)間坐在輪椅上就會(huì)感覺(jué)到疲勞感和不適感。人們對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的舒適性要求也在逐步上升。所以設(shè)計(jì)者就應(yīng)該考慮到使用者的舒適性，這也是本論文的研究重點(diǎn)。針對(duì)那些由于行動(dòng)不便而必須使用輪椅的人們這種情況較多，開發(fā)出一種這類人群提供的智能輪椅具有重要的意義，這樣的多功能智能輪椅對(duì)于提高那些由于行動(dòng)不便而必須使用輪椅的人們的生活水平有著重要的意義。因此其研究具有重要的使用價(jià)值和社會(huì)意義因此對(duì)多功能智能輪椅的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析研究，找出輪椅的設(shè)計(jì)重點(diǎn)和方法就尤為的重要。1.3國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀1.3.1國(guó)外的發(fā)展現(xiàn)狀目前，世界各地很多學(xué)者已經(jīng)再集中研究多功能智能輪椅了，世界各地相繼開發(fā)出多種智能輪椅，很多發(fā)達(dá)國(guó)家或者發(fā)展中國(guó)家都在研究智能輪椅的項(xiàng)目。以美國(guó)麻省理工大學(xué)的WHEELESLEY和德國(guó)烏爾姆大學(xué)的MANUS為例介紹國(guó)外智能輪椅的研究現(xiàn)狀。美國(guó)麻省理工大學(xué)開發(fā)出了半自主式智能輪椅WHEELESLEY，它可以使用計(jì)算機(jī)視覺(jué)控制等相關(guān)視覺(jué)的知識(shí)在輪椅上，它的開關(guān)就都選用了霍爾傳感器方式的開關(guān)。美國(guó)研發(fā)的智能輪椅通過(guò)電極感知眼球運(yùn)動(dòng)，確定人實(shí)現(xiàn)的位置，實(shí)現(xiàn)各種控制，這就是著名的鷹眼系統(tǒng)。如圖1-2所示。圖1-2WHEELESLEY德國(guó)的Friend系統(tǒng)的特別之處就是在智能輪椅上面安裝有MANUS機(jī)器人手臂，它還具有由語(yǔ)音識(shí)別功能并通過(guò)人機(jī)語(yǔ)音交互來(lái)控制整個(gè)輪椅的控制系統(tǒng)。輪椅上安裝了顯示器，能過(guò)顯示出來(lái)智能輪椅的情況。如圖1-3一代、圖1-4二代所示圖1-3FRIEND一代圖1-4FRIEND二代1.3.2國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀我國(guó)眾多學(xué)者和大學(xué)都在研究智能輪椅，但是我國(guó)在多功能智能輪椅上的研究并不是很出色。就目前來(lái)說(shuō)，在這方面的研究我國(guó)較為出色的研究成果集中表現(xiàn)在中科院自動(dòng)化所、上海交通大學(xué)所開發(fā)的智能輪椅。下面以為這兩所大學(xué)為例，介紹國(guó)內(nèi)對(duì)于智能輪椅的發(fā)展情況。中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所，其研制的智能輪椅NLPR具有現(xiàn)在很多的較高水平的研究比如說(shuō)視覺(jué)導(dǎo)航、語(yǔ)音導(dǎo)航功等這些功能，讓智能輪椅真正的實(shí)現(xiàn)了這智能化。而且在語(yǔ)音交互模塊做的也相對(duì)比較完善如圖1-5所示。上海交通大學(xué)在近年研制出一種聲控型智能輪椅和智能輪椅中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所研究的智能輪椅十分地相似?？梢栽诙潭處酌氲臅r(shí)間里執(zhí)行命令，大大的提高了智能輪椅的計(jì)算速度。這也是一大突破。上海交通大學(xué)開發(fā)出了防跌倒功能的智能輪椅，并且還有機(jī)械手臂來(lái)實(shí)現(xiàn)先對(duì)應(yīng)的功能。如圖1-6所示。圖1-5NLPR圖1-6上海交通大學(xué)智能輪椅總體來(lái)說(shuō)，我們的發(fā)展中國(guó)對(duì)于智能輪椅的研究還有待提高，這也表明我國(guó)的科學(xué)技術(shù)正處于大力發(fā)展階段。在國(guó)內(nèi)的現(xiàn)階段中研究了多功能智能輪椅。1.4研究的主要內(nèi)容1.4.1研究解決的主要問(wèn)題為提高智能輪椅使用者的生活獨(dú)立能力,設(shè)計(jì)開發(fā)出一款多功能智能輪椅可實(shí)現(xiàn)輪椅使用者獨(dú)立生活和近距離出行,運(yùn)行安全可靠。論文研究解決的主要問(wèn)題：1、輪椅久坐，勢(shì)必會(huì)疲勞，因此該設(shè)計(jì)要考慮舒適性。2、為了減輕輪椅使用者的家人壓力，必須要輪椅使用者能夠獨(dú)立生活，因此設(shè)計(jì)出使用者能夠獨(dú)自使用的智能輪椅。3、市場(chǎng)上大多數(shù)輪椅功能較為單一，因此需要設(shè)計(jì)多功能并存的輪椅。4、方便省力。5、操控簡(jiǎn)單。6、該多功能智能輪椅需要更加大眾化更加普遍化，適用范圍更加廣功能就要多樣化，來(lái)普及開發(fā)。7、經(jīng)濟(jì)性也是我們考慮的重點(diǎn)。1.4.2論文關(guān)鍵技術(shù)1、結(jié)合人因工程、人機(jī)一體化設(shè)計(jì)出符合人體自燃基準(zhǔn)的座椅和自帶按摩系統(tǒng)。2、輪椅設(shè)計(jì)更加智能化和自動(dòng)化。3、座椅升降實(shí)現(xiàn)取用高出物品，坐臥轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)坐、臥、躺、儲(chǔ)等功能，按摩模塊使使用者緩解疲勞。4、較為成熟快捷的電動(dòng)輪椅。

2多功能智能輪椅的總體方案設(shè)計(jì)本論文致力于開發(fā)一款高性價(jià)比的人性化多功能智能輪椅。該多功能智能輪椅的適用范圍是老年人和細(xì)致殘疾不能夠獨(dú)自生活的特殊人群。本論文對(duì)多功能智能輪椅的研究將主要從兩個(gè)方面進(jìn)行研究，分別是機(jī)械結(jié)構(gòu)方面和控制程系統(tǒng)方面。最后總結(jié)了論文的結(jié)論以及對(duì)以后的研究方向的闡述。2.1主要功能概述多功能智能輪椅需要滿足的要求有：安全性、可行性、穩(wěn)定性、舒適性、經(jīng)濟(jì)性、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便等因素。輪椅具有的功能：除了能夠正常靈活行走外，還包括坐、臥、躺、折疊等多種形式的自由轉(zhuǎn)換、底座的上升結(jié)構(gòu)以及按摩結(jié)構(gòu)。2.2機(jī)械結(jié)構(gòu)概述眾所周知，座椅是輪椅最總要的結(jié)構(gòu)，座椅的舒適性直接影響到用戶對(duì)輪椅好壞的評(píng)價(jià)，因此座椅的設(shè)計(jì)就至關(guān)重要了。不僅如此座椅的設(shè)計(jì)一定要結(jié)合人機(jī)工程學(xué)的理論知識(shí)設(shè)計(jì)出令人舒適的結(jié)構(gòu)，這樣設(shè)計(jì)出來(lái)的輪椅才是有用的，滿足可行性，才會(huì)得到使用者的認(rèn)可。要想設(shè)計(jì)出舒適的輪，首先就是要研究人體尺寸數(shù)據(jù)，了解人體在什么樣的狀態(tài)姿勢(shì)下才是最舒服的。然后對(duì)輪椅各個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行人性化的設(shè)計(jì)。最后對(duì)座椅的功能進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化。2.3控制系統(tǒng)概述本論文的控制系統(tǒng)分別是從硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩大模塊入手，分別對(duì)智能輪椅的控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究。硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩者共同作用完成了對(duì)智能輪椅的控制。智能控制系統(tǒng)的主控采用STM32系列單片機(jī)，它負(fù)責(zé)接受操縱桿所發(fā)出來(lái)的信息指令、按鍵指令以及各個(gè)模塊的反饋信息等，以至于完成各個(gè)模塊的程序指令控制系統(tǒng)的控制。

3基于人機(jī)工程學(xué)輪椅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本節(jié)以人體解剖學(xué)為輔助,以人機(jī)工程學(xué)理論和人機(jī)一體化為基礎(chǔ),對(duì)人體尺寸數(shù)據(jù)進(jìn)行了研究，然后對(duì)輪椅的各個(gè)部位結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)以及造型結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新和舒適度上的優(yōu)化，最后對(duì)輪椅能夠?qū)崿F(xiàn)的功能進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化。采用SolidWorks軟件對(duì)智能輪椅的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真，通過(guò)對(duì)零部件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，然后裝配，最后形成完整結(jié)構(gòu)，通過(guò)導(dǎo)出裝配圖和主要零部件工程圖，最終完成輪椅整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。首先,對(duì)現(xiàn)有市場(chǎng)上的輪椅進(jìn)行了調(diào)研，研究分析了普通輪椅的優(yōu)缺點(diǎn)，以及查閱資料得到人體在不同狀態(tài)下的尺寸數(shù)據(jù)。其后，又對(duì)輪椅的人機(jī)系統(tǒng)環(huán)境進(jìn)行了分析，根據(jù)結(jié)論計(jì)算出輪椅各個(gè)部件的尺寸和結(jié)構(gòu)。完成輪椅的設(shè)計(jì)：結(jié)合人機(jī)工程學(xué)理論和舒適性設(shè)計(jì)方法，對(duì)智能輪椅的各個(gè)部位的結(jié)構(gòu)以及功能進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，使輪椅使用者能夠享受幸福健康的生活。3.1人體尺寸數(shù)據(jù)3.1.1人體靜態(tài)尺寸人體各個(gè)部位的尺寸及其相關(guān)數(shù)據(jù)的研究是人因工程和人機(jī)工程學(xué)的研究理論基礎(chǔ)和最基本參考，為輪椅的各個(gè)部位設(shè)計(jì)尺寸提供了重要參考依據(jù)。表3-1中各項(xiàng)人體尺寸的百分位數(shù)據(jù)是對(duì)智能輪椅研究的重要依據(jù)，以及不同坐姿人體的相關(guān)數(shù)據(jù)（詳見(jiàn)附錄1），用于本論文中輪椅的腳踏板、坐墊、靠背、頭枕和扶手等部分結(jié)構(gòu)的人性化研究參考。表3-1中國(guó)老年人部分人體尺寸（單位：ｍｍ）3.1.2人體動(dòng)態(tài)尺寸研究人在輪椅上的動(dòng)態(tài)尺寸對(duì)于智能輪椅的尺寸設(shè)計(jì)也是至關(guān)重要的，這有助于人們?cè)谑褂弥悄茌喴蔚臅r(shí)候，坐在智能輪椅上的人，更加舒適，也使設(shè)計(jì)更加人性化，更加適合這類人群使用。他們的動(dòng)態(tài)尺度，如下圖4-1所示。在設(shè)計(jì)上需要測(cè)量人機(jī)之間的比例關(guān)系，這樣才能做到設(shè)計(jì)更加人性化。例如，人們?cè)谑褂幂喴螘r(shí)，和桌子之間的位置關(guān)系。使用輪椅的人們的活動(dòng)范圍和適用范圍應(yīng)該符合大多數(shù)普通桌子的高度，方便老年人在適合的高度使用桌子，以及避免尖銳物和不必要的裝飾傷害。坐輪椅的老年人在生活中的行為所影響的活動(dòng)范圍大小，如圖3-1。圖3-1人體動(dòng)態(tài)尺寸3.1.3舒適姿態(tài)的生理特征如果座椅設(shè)計(jì)不合理，將導(dǎo)致人體坐姿不正確，這樣不僅僅會(huì)給使用者帶來(lái)疲勞感而且會(huì)對(duì)人體本身有所傷害。因此，首先需要研究人體處于不同姿勢(shì)時(shí)的生理特征，結(jié)合人體的生理特征設(shè)計(jì)出來(lái)的座椅才會(huì)更加適合人們使用，這樣設(shè)計(jì)才會(huì)更加人性化，設(shè)計(jì)出來(lái)座椅才會(huì)更加舒服。當(dāng)人體腰曲弧形處于自然狀態(tài)時(shí)，并且腰背的肌肉處于松弛的狀態(tài)，這樣就可與避免出現(xiàn)某些疾病和不適狀況。人體脊柱的主要結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。因此保持脊柱處于正常的自然彎曲狀態(tài)至關(guān)重要。如果是在正確的舒適的坐姿狀態(tài)下，脊椎的各個(gè)部位的壓力都比較均勻，肌肉也比較放送，這樣人體坐在智能輪椅上才比較舒服。當(dāng)處于非自然姿勢(shì)時(shí)，脊椎的各個(gè)部位的壓力分布不均勻，肌肉也處于緊繃狀態(tài)，這樣將會(huì)產(chǎn)生腰部酸痛、疲勞等不適問(wèn)題。經(jīng)過(guò)查閱資料和研究，為了保證輪椅的舒適，還應(yīng)該在輪椅靠背上裝上合適位置的頭枕，減輕頸椎的壓力。圖3-2脊柱的形狀及組成3.1.4人體測(cè)量數(shù)據(jù)的方法1、確定輪椅的類型在涉及人體尺寸的輪椅設(shè)計(jì)中，設(shè)定輪椅尺寸的主要依據(jù)是人體尺寸百分位數(shù)，因此確定所輪椅的類型就至關(guān)重要。本論文中以普通輪椅類型為例，不考慮其他特殊情況。2、選擇人體測(cè)量百分位數(shù)本論文中人體測(cè)量百分位數(shù)統(tǒng)一采用95。3、確定修正量人體測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)中修正量的確定包括兩個(gè)部分，其一是功能修正量，其二是心里修正量。根據(jù)查閱的資料所得的數(shù)據(jù)，功能修正量在60—80為正常。因此本論文中確定功能修正量統(tǒng)一采用70。心理修正量是通過(guò)評(píng)價(jià)表的評(píng)分進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析而得。本論文中不在不考慮特殊情況的前提下心理修正量為905、功能尺寸的設(shè)定輪椅功能尺寸包括最小功能尺寸和最佳功能尺寸，其公式如下：3.2座椅各部位的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.2.1靠背及頭枕的設(shè)計(jì)對(duì)于輪椅的設(shè)計(jì)，尤為重要的是座椅，靠背又是影響輪椅舒適性的重要因素，因此首先研究一下椅子的靠背。如圖3-3所示，人體坐姿各部位受力情況。。而減小椎間盤受到的壓力的最有效方法，就是采用合適的靠背來(lái)支撐背部。如圖3-4所示，表示了幾種不同角度的靠背支撐時(shí)，脊椎所承受的壓力變化情況。圖3-3人體坐姿各部位受力情況圖3-4不同腰背支撐對(duì)第三腰椎間壓力的影響由上分析可得結(jié)論：不同腰背支撐對(duì)第三腰椎間壓力不同，且傾角在95-120°之間為最小。因此輪椅的靠背在設(shè)計(jì)時(shí)，首先必須保證人體的脊柱保持正常的形狀。其次，避免座椅過(guò)軟，當(dāng)坐下去時(shí)形成駝背狀態(tài)。這樣人坐上去才更自然更舒適，座椅如果帶有靠枕的話，從研究的數(shù)據(jù)表明，這樣使坐姿狀態(tài)下更輕松舒適。研究表明：滿足圖3-5所示的曲線時(shí)，在座椅上脊椎將處于自然狀態(tài)，在久坐過(guò)程中脊椎不易產(chǎn)生疲勞和損傷。圖3-5人體背部?jī)?yōu)化曲線靠背受力分析和計(jì)算，根據(jù)ＧＢ１５０８３和ＣＢ１１５５０的要求，靠背應(yīng)能承受力矩Ｍ1＝370Ｎ．ｍ。頭枕后移量Ｘ不能大于10ｍｍ，應(yīng)承受Ｆ1＝800Ｎ的作用力，如圖3-6所示。頭枕力矩：Ｍ2＝1.2Ｍ1＝1.2x370Ｎ．ｍ＝444Ｎ．ｍ（3.1）頭枕抗壓力：F2＝1.2F1＝1.2x800Ｎ＝960Ｎ（3.2）圖3-6頭枕載荷分布圖3-7等應(yīng)力梁受力分析根據(jù)圖3-7的受力分析可知，座椅是懸臂梁結(jié)構(gòu)ｈ2＝h1－65mm（h1是頭枕高度），ｈ３是Ｆ3和靠背旋轉(zhuǎn)點(diǎn)之間的距離，Ｆ４是靠背上的任一截面x-x和靠背旋轉(zhuǎn)點(diǎn)之間的距離，靠背骨架在x-x界面上的彎矩是Mx，抗彎截面系數(shù)是Wx。應(yīng)力σx由下列公式來(lái)計(jì)算：Ｍｘ=F2x（h3-h4）（3.3）最大彎矩：Mmax=F2xh3（3.4）σx=Mx/Wx=F2x（h3–h4）/Wx（3.5）最大應(yīng)力：σmax=Mx/Wmax=F2xh3/Wx（3.6）參考相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)輪椅座椅外形尺寸要求，根據(jù)以上人體測(cè)量數(shù)據(jù)的應(yīng)用方法可得，座椅寬度的最佳尺寸為鋁合金座椅靠背的高為660mm，寬為385mm以及靠背傾角95-120°為較為適宜的結(jié)構(gòu)?？勘城€符合圖3-5所示，其二維圖形如圖3-8所示。圖3-8鋁合金靠背平面圖靠背材料選用ZL101A。由相關(guān)資料，可得壁厚為5mm，內(nèi)圓角半徑為5mm，外圓角半徑為9mm，拔模斜度為0°30′。具體的圖形如下圖3-9、圖3-10所示。圖3-9座椅骨架草圖圖3-10座椅靠背三維圖靠背是設(shè)計(jì)智能輪椅座椅中的主要承壓件之一，因此必須滿足對(duì)座椅的靜強(qiáng)度要求。靠背上最大應(yīng)力的公式如下：σmax=Mmax/Wz(3.7)式中Mmax為最大彎矩，Wz為靠背截面的抗彎截面模量。其中矩形的Wz計(jì)算公式如下：Wz=Iz/0.5h=bhh/6（3.8）將Mmax=350N·m，b=4mm，h=110mm代入上式得：σmax=45.3MPa，比ZL101A的屈服強(qiáng)度200MPa小，因此該靠背的設(shè)計(jì)滿足國(guó)標(biāo)要求。但是，把靠背截面簡(jiǎn)化為矩形來(lái)計(jì)算是不夠精確的。想要得到能為精確的數(shù)據(jù)就需要再將結(jié)構(gòu)細(xì)化才行。自此不做細(xì)化。本論文中靠背的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)180°旋轉(zhuǎn)（坐臥轉(zhuǎn)換中詳細(xì)闡述）此外靠背另一側(cè)還設(shè)有備用雨傘裝置，使雨天出行更加方便。三維樣板圖如圖3-11所示。圖3-11靠背備用雨傘三維樣板3.2.2坐墊的設(shè)計(jì)（1）坐墊壓力分布研究坐墊的設(shè)計(jì)也是至關(guān)重要的，人體處于坐墊上的壓力分布數(shù)據(jù)如下圖3-12所示。根據(jù)圖3-12坐墊壓力分布圖可知使用戶臀部與坐墊接觸面積應(yīng)盡可能的增大，這樣當(dāng)人體坐在椅子上才會(huì)更加舒適。減輕臀部附近肌肉的疲勞感和增加血液循環(huán)。以這個(gè)理論為根據(jù)，圖3-12、圖3-13所示表明了舒適坐姿壓力分布的特點(diǎn)。圖3-12坐墊壓力分布圖3-13人體下肢和座墊分區(qū)從上圖中可以得出以下結(jié)論：ａ．坐面深坐面深距離的長(zhǎng)度要能使人得人的整個(gè)臀部得到支撐，與此同時(shí)，坐深也不能太長(zhǎng)，如果太長(zhǎng)則人體不能完全占用坐墊，臀部后方則會(huì)有很大的空余，因此就會(huì)對(duì)人體脊椎產(chǎn)生更多不必要的壓力。應(yīng)該讓輪椅的靠背方便對(duì)腰椎部位起到支撐的作用才行。參考人體尺寸表3-1的數(shù)據(jù)，這個(gè)距離的范圍在400-430ｍｍ之間。此外，坐墊表面的形狀應(yīng)該與人的臀部曲線相適應(yīng)，體現(xiàn)出凹凸互補(bǔ)的趨勢(shì)，并且具有一定的彈性和支撐作用。設(shè)計(jì)舒適坐墊曲面模型二維尺寸，如圖3-14所示。圖3-14舒適坐墊曲面模型二維尺寸ｂ．座面寬座面寬的距離要滿足人臀部的橫寬尺寸，由人體測(cè)量尺寸中的數(shù)據(jù)可以得出，人體臀部的尺寸取95百分位時(shí)的數(shù)據(jù)范圍大致在400－430mm之間，本論文中座面寬為420mm左右較為合適。ｃ．臀部坐深通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ涂傻贸鰧?shí)際結(jié)論，如圖3-15所示，較為合適的臀部坐深尺寸大概在30ｍｍ上下。適當(dāng)?shù)耐尾孔顚?duì)腿部維持一定的支撐作用，減少腿部的負(fù)擔(dān)。圖3-15臀部石膏模型d．坐面傾角由上圖3-4不同腰背支撐對(duì)脊椎間壓力的影響可以得到，就應(yīng)該適當(dāng)?shù)奶岣咦蔚淖鴫|與水平面成的夾角，這個(gè)角度大約為4-8°左右，這樣的設(shè)計(jì)也可以減輕疲勞感。（2）邊板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)邊板是連接靠背，坐墊，側(cè)扶手和底座等重要部位結(jié)構(gòu)的承載的部件，必須具有足夠的強(qiáng)度。根據(jù)國(guó)家設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，將邊板設(shè)計(jì)為如圖3-16所示的結(jié)構(gòu)。材料選用牌號(hào)為6A02的鋁合金板材，抗拉強(qiáng)度為290MPa，厚度為5mm。如下圖6-16、圖3-17所示。圖3-16邊板平面圖圖3-17邊板三維圖（3）椅架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)椅架采用的是鋁合金型材，此結(jié)構(gòu)是整個(gè)輪椅椅座承載最大的部件。材料為6061。型材選用40mm×20mm方通管，厚度為5mm；如圖3-18和圖3-19所示圖3-18椅架平面圖圖3-19鋁合金椅架3D圖3.2.3扶手的設(shè)計(jì)根據(jù)表3-1以及附錄1可得百分位選擇數(shù)據(jù)和人體坐姿肘高尺寸等數(shù)據(jù)，可以得出扶手的各項(xiàng)尺寸數(shù)據(jù)確定高度為230mm左右扶手間距為460mm左右。如圖3-20所示。扶手分兩部分，第一部分是扶手橫桿，主要起到手臂支撐作用，此結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)從前向后270°自由旋轉(zhuǎn)，可與靠背重疊。主要是由兩個(gè)半圓柱管相對(duì)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)的。第二部分則是扶手立桿，有一個(gè)圓柱構(gòu)成，亦可實(shí)現(xiàn)從前向后90°旋轉(zhuǎn)，可與坐墊重疊，同樣是由兩個(gè)半圓柱管相對(duì)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)的。此扶手的另外一個(gè)功能則是當(dāng)輪椅轉(zhuǎn)換成床結(jié)構(gòu)時(shí)阻擋床上的人和棉被不滾落到地上。3.2.4腳踏板的設(shè)計(jì)腳踏板的設(shè)計(jì)應(yīng)該為使用者提供下肢良好的支撐作用。此外，必須保證腿部有足夠的活動(dòng)自如的空間。根據(jù)附錄1中的數(shù)據(jù)，所以最為適當(dāng)?shù)某叽缡?10mm。效果如圖3-21所示。腳踏板的結(jié)構(gòu)也是可以靈活變動(dòng)的，使其在平板和圖3-21中所示狀態(tài)隨意切換，在坐臥轉(zhuǎn)換中有著重要作用，在坐臥轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中詳細(xì)闡述。圖3-21腳踏板的結(jié)構(gòu)3.2.5座椅整體框架結(jié)構(gòu)效果圖鋁合金座椅框架裝配三維圖鋁合金座椅效果三維圖整體座椅效果三維圖3.3坐臥轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.3.1坐臥轉(zhuǎn)換綜述輪椅一般為坐式的，但久坐后勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生疲勞感，因此需要轉(zhuǎn)換座椅形態(tài)來(lái)使人體變換姿勢(shì)，以達(dá)到緩解疲勞的效果。坐臥轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)草圖如圖3-22所示圖3-22坐臥轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)草圖在圖3-22中從右上角開始逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)依次是正常坐立狀態(tài)、半躺按摩狀態(tài)、平躺狀態(tài)、閑置折疊狀態(tài)。3.3.2坐臥轉(zhuǎn)換各活動(dòng)部位結(jié)構(gòu)（1）靠背坐式輪椅靠背則采用電推力桿為動(dòng)力，各個(gè)結(jié)構(gòu)采用連桿結(jié)構(gòu)連接。當(dāng)電動(dòng)推桿伸縮時(shí)帶動(dòng)靠背實(shí)現(xiàn)角度的調(diào)節(jié)。如圖3-23結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖所示。圖3-23靠背角度變換結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖（2）腳踏板腳踏板也將拆分滑動(dòng)變換成為一個(gè)平板的結(jié)構(gòu)作為床的下半部分變換前變換后圖3-24腳踏板變換效果圖（3）手推柄在變換為床時(shí)，手推也將伸縮變換為床腿來(lái)提高床的穩(wěn)定性變換前變換后圖3-25手推柄變換效果圖3.3.3坐臥轉(zhuǎn)換模式模式一：坐立式此模式為正常的輪椅坐立模式，可實(shí)現(xiàn)人體正常的移動(dòng)以及正常的日常活動(dòng)。模式二：半臥式當(dāng)調(diào)節(jié)到半臥式時(shí)（120°—150°）可以啟動(dòng)輪椅的按摩系統(tǒng)（在按摩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)詳細(xì)講述），來(lái)緩解久坐帶來(lái)的疲勞。模式三：平躺式同時(shí)也可將輪椅調(diào)節(jié)到平躺式時(shí)（180°左右）變換為簡(jiǎn)易的床來(lái)睡覺(jué)。轉(zhuǎn)換為床時(shí)扶手的兩部分結(jié)構(gòu)則可以旋轉(zhuǎn)到豎直向上的狀態(tài)，成為床的護(hù)欄，阻止人和棉被的掉落。以及后面的手推柄將伸長(zhǎng)，變成床的兩條腿讓床的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固。模式四：折疊式在此模式下，輪椅將被折疊成一個(gè)小矩形體，方便輪椅的安放儲(chǔ)存。以上四種模式如圖3-22所示3.4底座上升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般普通輪椅是不能夠?qū)崿F(xiàn)座椅升降的，但本論文設(shè)計(jì)了座椅升降結(jié)構(gòu)。由于想要達(dá)到使用者能夠自主的生活，但有些事情對(duì)于坐輪椅的人是比較困難的。例如拿較高桌子上的物品時(shí)、取用收放較高衣柜的衣物時(shí)、自行到達(dá)較高的床上時(shí)，對(duì)于輪椅使用者確實(shí)比較困難。之所以比較困難是因?yàn)樾袆?dòng)不便，不能取到高位置的物品，但如果輪椅的座椅可以變成升降結(jié)構(gòu)時(shí)，這些問(wèn)題對(duì)于輪椅使用者來(lái)說(shuō)及相對(duì)簡(jiǎn)單很多。同時(shí)此結(jié)構(gòu)還實(shí)現(xiàn)了減震的效果。坐板升降及減震機(jī)構(gòu)的原理圖如圖3-26示。圖3-26坐板升降及減震機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖坐板升降及減震機(jī)構(gòu)三維建模如圖3-27所示。驅(qū)動(dòng)在下方滑塊處放置一個(gè)電動(dòng)推桿，當(dāng)電動(dòng)推桿伸縮時(shí)，上方的滑塊也將滑動(dòng)，致使座板實(shí)現(xiàn)升降的目的圖3-27三維建模升降及減震裝置3.5座椅按摩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.5.1座椅按摩結(jié)構(gòu)概述根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查的結(jié)果顯示，將目前按摩椅產(chǎn)品最常見(jiàn)的按摩方式如圖3-28所示。圖3-28按摩手法及其對(duì)應(yīng)的按摩機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)形式據(jù)此設(shè)計(jì)出一款可以同時(shí)滿足以上手法的按摩椅，結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3-29所示。同時(shí)按摩椅還包含了固腎益精法、健脾益胃法、鎮(zhèn)靜催眠按摩法、自我拍打按摩法、疏通鼻竅－治感冒法、刮痧按摩方法等多種方法為一體。按摩輪本文所采用硅膠按摩輪，其觸感柔軟，可以是按摩更加充分和舒適，并且可以深層按摩。圖3-29按摩椅按摩機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意3.5.2按摩滾輪頂出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)人體脊椎情況是各不相同，不是不變的，而按摩椅軌道是是固定好的，大致為‘L’形的。這將會(huì)導(dǎo)致按摩時(shí)，按摩輪的運(yùn)動(dòng)軌跡不能因不同的適用對(duì)象而發(fā)生改變，這不利于輪椅的普遍使用要求。為了解決這一類問(wèn)題，需要按摩輪在背部垂直方向運(yùn)動(dòng)。通過(guò)齒輪的嚙合來(lái)帶動(dòng)按摩滾輪機(jī)構(gòu)做3D運(yùn)動(dòng)（3D運(yùn)動(dòng)指按摩滾輪指既在背部做平面運(yùn)動(dòng)又能實(shí)現(xiàn)在背部的按壓運(yùn)動(dòng)），這種方案使得機(jī)芯的整體比較緊湊，運(yùn)行穩(wěn)定，其原理簡(jiǎn)圖如3-30所示。按摩滾輪頂出機(jī)構(gòu)模型三維圖如圖3-31所示。圖3-30按摩滾輪頂出機(jī)構(gòu)原理簡(jiǎn)圖圖3-31按摩滾輪頂出機(jī)構(gòu)模型三維圖3.5.3按摩滾輪行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)為了將整個(gè)機(jī)芯進(jìn)行上下移動(dòng)，從而能夠?qū)θ梭w背部進(jìn)行充分的按摩。能完成上下運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)可以大致分為三種螺母與絲桿、鏈條組合、齒輪齒條結(jié)合。齒輪齒條傳動(dòng)傳動(dòng)穩(wěn)定，且能都承受較大的縱向壓力，且不會(huì)出現(xiàn)噪音，因此選擇方案三齒輪齒條的形式作為按摩滾輪行走機(jī)構(gòu)方案，如圖3-32所示。圖3-32按摩滾輪行走機(jī)構(gòu)三維圖3.5.4按摩機(jī)芯整體結(jié)構(gòu)模型將按摩機(jī)芯的各個(gè)零部件組裝成一個(gè)整體，如圖3-33所示的裝配圖。圖4-31按摩滾輪機(jī)芯模型裝配圖

4智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)上一節(jié)講述了輪椅的機(jī)械結(jié)構(gòu)，要想讓輪椅智能化就必須為其加上控制系統(tǒng)，因此本節(jié)主要講述智能輪椅的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其主要包括兩大模塊的設(shè)計(jì)，分別是控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。其中硬件設(shè)計(jì)包括手操器、外擴(kuò)輔助按鍵、電源模塊、微控機(jī)STM32單片機(jī)以及動(dòng)力模塊等硬件設(shè)備選用以及闡述工作原理和使用方法。軟件設(shè)計(jì)包括對(duì)系統(tǒng)主程序的設(shè)計(jì)、地盤運(yùn)行程序、坐臥轉(zhuǎn)換級(jí)底座升降程序設(shè)計(jì)以及按摩模塊設(shè)計(jì)等方面的講述以及王丞相對(duì)應(yīng)模塊的程序設(shè)計(jì)。4.1控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)4.1.1手操器操縱桿也稱作手柄是將手移動(dòng)的位置信息轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂破髂芴幚淼碾妷盒盘?hào)。其應(yīng)用范圍較廣，包括各行各業(yè)都有所應(yīng)用。本論文選用兩傳感器霍爾操縱桿，其可以同時(shí)控制速度和轉(zhuǎn)向，因此選用霍爾操縱桿作為本設(shè)計(jì)的手操器。如圖4-1所示圖4-1操作手柄結(jié)構(gòu)圖霍爾操縱桿的工作原理是通過(guò)操縱桿的移動(dòng)來(lái)控制智能輪椅的移動(dòng)，其中包括書讀和方向。用戶上下移操縱桿能使輪椅前后移動(dòng)，移動(dòng)幅度的大小可以控制輪椅轉(zhuǎn)動(dòng)速度的快慢；同理左右移操縱桿能使輪椅原地轉(zhuǎn)向，移動(dòng)幅度的大小可以控制輪椅轉(zhuǎn)動(dòng)速度的快慢。如果斜向某個(gè)方向移動(dòng)操縱桿輪椅則向相同方向移動(dòng)，同時(shí)操縱桿移動(dòng)的幅度大小決定輪椅移動(dòng)的快慢。如圖4-2所示是將操縱桿的兩項(xiàng)輸出信號(hào)在直角坐標(biāo)系中進(jìn)行矢量合成的示意圖。圖4-2操縱桿矢量合成示意圖在圖4-2中，其中X軸代表輪椅轉(zhuǎn)向時(shí)的速度大小，定義右轉(zhuǎn)為正方向；Y軸表示輪椅前進(jìn)或后退時(shí)的速度大小，定義前進(jìn)為正方向。以輪椅左右電機(jī)為例，轉(zhuǎn)速由下式獲得。手操器的具體功能如下：通過(guò)移動(dòng)操縱桿完成前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向等輪椅運(yùn)行速度和方向的控制。4.1.2外擴(kuò)輔助按鍵如圖4-3外擴(kuò)輔助按鍵電路，該系統(tǒng)一共設(shè)置了10個(gè)按鍵，使用獨(dú)立式外擴(kuò)輔助按鍵設(shè)計(jì)方法。當(dāng)按鍵按下時(shí)，STM32的引腳變?yōu)楦唠娖?，平時(shí)為低電平。R15-R24是限流電阻，阻值為10K，C5-C14為濾波電容，能實(shí)現(xiàn)在硬件上去除按鍵抖動(dòng)的目的。電源開關(guān)按鍵K1、喇叭按鍵K2、緊急制動(dòng)按鍵K3、坐椅升降鍵K4和K5、靠背升降鍵K6和K7、爬樓梯功能鍵K8、按摩模塊K9、照明燈按鍵K10只有在系統(tǒng)中接入照明模塊時(shí)才起作用。圖4-3按鍵電路外擴(kuò)輔助按鍵具體功能如下：電源開關(guān)按鍵——此鍵盤可以控制手操器電源模塊的通斷。喇叭按鍵——此鍵盤可以控制輪椅喇叭的通斷。。緊急制動(dòng)按鍵——當(dāng)發(fā)生緊急狀況時(shí)，此見(jiàn)鍵是輪椅實(shí)現(xiàn)緊急剎車坐姿升降鍵——此鍵控制輪椅完成座椅升降的功能。靠背升降鍵——通過(guò)靠背升降鍵控制座椅完成靠背升降的功能。爬樓梯功能鍵——通過(guò)爬樓梯鍵控制系統(tǒng)進(jìn)入爬樓梯狀態(tài)。按摩模塊鍵——通過(guò)按摩模塊鍵控制系統(tǒng)進(jìn)入按摩模塊鍵。左右轉(zhuǎn)向燈按鍵——按下對(duì)應(yīng)的按鍵后左右轉(zhuǎn)向燈將會(huì)點(diǎn)亮。警示燈按鍵——按下時(shí)使左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)指示器同時(shí)閃爍，再次按下時(shí)關(guān)閉相應(yīng)的指示燈。照明燈按鍵——此鍵盤可以控制照明燈的通斷。4.1.3電源模塊蓄電池的電能容量、伏安特性等質(zhì)量因素決定電池的續(xù)航能力和使用壽命。在此不作詳細(xì)闡述。鉛酸蓄電池是目前所有蓄電池中工作性能最穩(wěn)定的一種?；诎踩目紤]，因此本次智能輪椅的設(shè)計(jì)選用鉛酸電池作為電源模塊。4.1.4微控機(jī)STM32單片機(jī)如今微控機(jī)STM32單片機(jī)技術(shù)相對(duì)較為成熟，先對(duì)相對(duì)與51單片機(jī)系統(tǒng)更為穩(wěn)定可靠，相對(duì)于PLC系統(tǒng)更為簡(jiǎn)單成本更為低廉、體積更小。市面上都有標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)板可供直接購(gòu)買使用，因此本文控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)由STM32單片機(jī)進(jìn)行控制用于驅(qū)動(dòng)輪椅移動(dòng)、轉(zhuǎn)向、爬樓梯(在此不做詳述)、座椅升降、靠背升降、按摩等功能，完成一系列的操作。如圖4-4所示圖4-4微控機(jī)STM32單片機(jī)主板4.1.5動(dòng)力模塊（1）電機(jī)選用直流無(wú)刷電機(jī)結(jié)構(gòu)如圖4-5所示，，由控制器產(chǎn)生矩形脈沖，脈沖波被線圈電感整流，變成平穩(wěn)的直流電輸出，利用矩形脈沖的占空比來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，手柄的移動(dòng)幅度來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，手柄的移動(dòng)方向來(lái)控制電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向。采用直流無(wú)刷電機(jī)與操作手柄相結(jié)合的方式使操作變得簡(jiǎn)單直觀，更容易讓使用者學(xué)習(xí)和使用。因此電機(jī)選用直流無(wú)刷電機(jī)。圖4-5無(wú)刷直流電機(jī)組成框圖直流無(wú)刷電機(jī)選型，假設(shè)人和輪椅模型的重量均為100kg，平地行走時(shí)輪椅需要克服地面摩擦力，假設(shè)滾動(dòng)摩擦系數(shù)為0.03。正常時(shí)速度一般為0.5m/s，最高運(yùn)動(dòng)速度為2m/s，則所需的電機(jī)功率為:P=F*v=(100+100)*10*0.03*2=120W輪椅在15°左右的斜坡爬坡時(shí)，速度為正常時(shí)速，則此時(shí)電機(jī)所需功率為:P=F*v*sin15°=200*10*0.5*0.26=260W故輪椅使用150W的電機(jī)。設(shè)置合適的減速比。假定輪椅的輪子直徑D=25cm，正常時(shí)速，則輪椅驅(qū)動(dòng)輪輸出轉(zhuǎn)速為:n=2.55r/s=153rpm（根據(jù)w=v/r，推算）由以上結(jié)論得選減速器減速比為20。（2）電力推桿選用電動(dòng)推桿可以把旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的電力驅(qū)動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制、集中控制或自動(dòng)控制。這種技術(shù)已經(jīng)較為成熟，建議直接購(gòu)買使用。如圖4-6所示電動(dòng)推桿實(shí)物樣圖圖4-6電動(dòng)推桿實(shí)物圖在座椅的升降機(jī)構(gòu)、靠背的升降機(jī)構(gòu)以及座椅的調(diào)平機(jī)構(gòu)中均使用到此設(shè)備。（3）電機(jī)驅(qū)動(dòng)器選用單片機(jī)向驅(qū)動(dòng)器發(fā)送控制指令，并結(jié)合編碼器反饋的數(shù)據(jù)信息，對(duì)電機(jī)的速度、轉(zhuǎn)向進(jìn)行控制。電機(jī)驅(qū)動(dòng)器夠精確的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向等參數(shù)。4.2控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)在上一章中搭建了硬件平臺(tái)，本章的主要是完成系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計(jì)。軟件為系統(tǒng)提供了強(qiáng)有力的保障。本論文在智能輪椅控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方面，整個(gè)控制系統(tǒng)采用STM32單片機(jī)為控制核心，使用軟件開發(fā)工具keil，采用C語(yǔ)言編寫程序。4.2.1控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于整個(gè)多功能智能輪椅控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，從整體上把握整個(gè)智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，理清整個(gè)控制系統(tǒng)的脈絡(luò)，是整個(gè)控制系統(tǒng)的指導(dǎo)中心，也是本論文研究的重點(diǎn)。如圖4-7所示

圖4-7控制系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框架圖

4.2.2底盤主程序設(shè)計(jì)底盤主程序的框架流程如圖4-8所示，在人工操作下，手柄輸出的操作信號(hào)傳遞給STM32，再經(jīng)過(guò)STM32計(jì)算和處理將信號(hào)傳遞給直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，在經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)器的處理，然后驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作，電機(jī)轉(zhuǎn)速、電流、電壓作為檢測(cè)的信號(hào)，將反饋信號(hào)傳遞給STM32經(jīng)過(guò)計(jì)算和處理完成閉環(huán)的信號(hào)反饋。圖3-8底盤主程序的框架流程底盤電機(jī)正常工作的控制如圖3-9所示當(dāng)系統(tǒng)初始化完成后將對(duì)手操器下達(dá)指令判斷并執(zhí)行，由此實(shí)現(xiàn)底盤電機(jī)是前進(jìn)、后退、停止、左右轉(zhuǎn)向等操作。圖3-9底盤電機(jī)控制流程圖智能輪椅轉(zhuǎn)向時(shí)，是通過(guò)調(diào)節(jié)左右兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速差來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因此，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速至關(guān)重要。電機(jī)要對(duì)控制指令和反饋指令反應(yīng)靈敏以及其轉(zhuǎn)速保持穩(wěn)定。因此底盤電機(jī)的閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)就尤為重要如圖4-10所示，將檢測(cè)的位置參數(shù)按照一定方法計(jì)算得到的速度反饋量與電機(jī)的給定速度進(jìn)行比較，通過(guò)速度調(diào)節(jié)將二者之間的速度偏差量轉(zhuǎn)化為電流參考量，而后將此電流參考量與所測(cè)得的電流反饋量進(jìn)行比較，計(jì)算二者的電流偏差經(jīng)過(guò)電流調(diào)節(jié)產(chǎn)生脈沖占空比的調(diào)節(jié)量，電機(jī)的占空比來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為智能輪椅左右輪電機(jī)的給定速度，實(shí)現(xiàn)輪椅電機(jī)的速度調(diào)節(jié)。底盤電機(jī)的閉環(huán)控調(diào)速結(jié)構(gòu)圖，如圖4-10所示。圖4-10底盤電機(jī)的閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)STM32F130VBT6每個(gè)通用定時(shí)器可以輸出4路占空比可以調(diào)整的PWM信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)。STM32的硬件電路就可以產(chǎn)生相應(yīng)的頻寬信號(hào)。PWM信號(hào)的占空比和頻率是固定不變的，通過(guò)修改TIM2CCRI來(lái)控制通道1的輸出占空比，進(jìn)而而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在庫(kù)函數(shù)中，修改TIM2CCR1占空比的函數(shù)是:voidTIMSetComparel(TIM_TypeDef*TIMx,unitl6tComparel)加速過(guò)程的主要代碼如下：voidDDecrease(void){For（t=0;t<5;t++){if(dat<0xfe0)dat=dat+0x280;elsedat=0xfffPWMSet(0xfff,dat);//設(shè)置新占空比Delay(2)二//延時(shí)}}voidPWMSet(u16base_wide,ul6pulse_wide){TIM_SetAutoreload(TIM1，base_wide);TIM_SetCompare1(TIM1，pulse_wide);}部分自校準(zhǔn)程序如下：voidTSI_SelfCalibration(void)/*TSI自校準(zhǔn)*/{/*校準(zhǔn)TSI0*/TSI_CS3=TSI_CH0;/*選擇TSI0為當(dāng)前掃描通道*/TSI_CS0|=TSI_CS0_SWTS_MASK;/*開始掃描TSI0*/while(!TSI_CS0_EOSF){}/*等待掃描完成*/for(i=0;i<1;i++)/*延時(shí)一段時(shí)間*/{asm("NOP");}threshold0=CTR*2;/*設(shè)置TSI0動(dòng)作閾值*/TSI_CS0|=TSI_CS0_EOSF_MASK;/*清除EOSF標(biāo)志位*/}相應(yīng)的中斷處理函數(shù)如下：voidObstacle_IRQHandler(void)//障礙物中斷處理函數(shù){u16dat;u16t;GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);//驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲Joystick_CheckHandler(void);//操縱桿檢測(cè)函數(shù)if(Joyflag==0&&Brakeflag=0)//操縱桿和緊急制動(dòng)按鍵均未動(dòng)作D_Decnease(void);//剎車信號(hào)}主程序見(jiàn)附錄2。4.2.3坐臥轉(zhuǎn)換及底座上升程序設(shè)計(jì)坐臥轉(zhuǎn)換及底座上升程序，均是只有控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)即可，同時(shí)其控制方法與底盤的控制方法相同，在此不再作詳細(xì)講述。補(bǔ)充源程序見(jiàn)附錄2。電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序代碼如下：charflag=1;//按鍵標(biāo)志，當(dāng)flag=1時(shí)表示沒(méi)有按下，當(dāng)flag=0時(shí)表示有按鍵按下voidDrive()//電機(jī)控制函數(shù){initsys();/*系統(tǒng)初始化}l數(shù)*/while(1){(flag=1){if(S1=0){delayms(2);//延時(shí)去抖if(S1=0){flag=0;front();//電機(jī)正轉(zhuǎn)}}if(S2=0){delayms(2);//延時(shí)去抖if(S2=0){flag=0;back();//電機(jī)反轉(zhuǎn)}}if(S3=0){delayms(2);//時(shí)去抖if(S3=0){flag=0;count+=10;if(count>9)count=9;if(count<1)count=1;}}if(S4=0){delayms(2);//延時(shí)去抖if(S4==0){flag=0;count--;if(count>9)count=9;if(count<1)count=1;}}if(S1!=0&&S2!=0&&S3!=0&&S4!=0)flag=1;//標(biāo)志置位}}}4.2.4按摩模塊設(shè)計(jì)如圖4-11所示為智能輪椅的按摩模塊的控制系統(tǒng)框圖。圖4-11控制系統(tǒng)框圖主程序源代碼見(jiàn)附錄2部分自校準(zhǔn)程序如下：voidTSI_SelfCalibration(void)/*TSI自校準(zhǔn)*/{/*校準(zhǔn)TSI0*/TSI_CS3=TSI_CH0;/*選擇TSI0為當(dāng)前掃描通道*/TSI_CS0|=TSI_CS0_SWTS_MASK;/*開始掃描TSI0*/while(!TSI_CS0_EOSF){}/*等待掃描完成*/for(i=0;i<1;i++)/*延時(shí)一段時(shí)間*/{asm("NOP");}threshold0=CTR*2;/*設(shè)置TSI0動(dòng)作閾值*/TSI_CS0|=TSI_CS0_EOSF_MASK;/*清除EOSF標(biāo)志位*/}相應(yīng)的中斷處理函數(shù)如下：voidObstacle_IRQHandler(void)//障礙物中斷處理函數(shù){u16dat;u16t;GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_0);//驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲Joystick_CheckHandler(void);//操縱桿檢測(cè)函數(shù)if(Joyflag==0&&Brakeflag=0)//操縱桿和緊急制動(dòng)按鍵均未動(dòng)作D_Decnease(void);//剎車信號(hào)}

5總結(jié)與展望5.1論文主要工作的總結(jié)本論文致力于開發(fā)一款高性價(jià)比的人性化多功能智能輪椅。該多功能智能輪椅的適用范圍是老年人和細(xì)致殘疾不能夠獨(dú)自生活的特殊人群。本論文對(duì)多功能智能輪椅的研究將主要從兩個(gè)方面進(jìn)行研究，分別是機(jī)械結(jié)構(gòu)方面和控制程系統(tǒng)方面。最后總結(jié)了論文的結(jié)論以及對(duì)以后的研究方向的闡述。眾所周知，座椅是輪椅最總要的結(jié)構(gòu)，座椅的舒適性直接影響到用戶對(duì)輪椅好壞的評(píng)價(jià)，因此座椅的設(shè)計(jì)就至關(guān)重要了。不僅如此座椅的設(shè)計(jì)一定要結(jié)合人機(jī)工程學(xué)的理論知識(shí)設(shè)計(jì)出令人舒適的結(jié)構(gòu)，這樣設(shè)計(jì)出來(lái)的輪椅才是有用的，滿足可行性，才會(huì)得到使用者的認(rèn)可。要想設(shè)計(jì)出舒適的輪，首先就是要研究人體尺寸數(shù)據(jù)，了解人體在什么樣的狀態(tài)姿勢(shì)下才是最舒服的。然后對(duì)輪椅各個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行人性化的設(shè)計(jì)。最后對(duì)座椅的功能進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化。控制系統(tǒng)是由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)共同構(gòu)成兩大系統(tǒng)共同構(gòu)成，硬件系統(tǒng)是軟件系統(tǒng)的載體，而軟件系統(tǒng)則是硬件系統(tǒng)的本體，兩者共同作用。智能控制系統(tǒng)的主控采用STM32系列單片機(jī)，它負(fù)責(zé)接受操縱桿所發(fā)出來(lái)的信息指令、按鍵指令以及各個(gè)模塊的反饋信息等，以至于完成各個(gè)模塊的程序指令控制系統(tǒng)的控制。在研究中，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)仍然存在問(wèn)題：智能輪椅的智能化程度不夠高，不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，更接近機(jī)器人的人機(jī)交互模式等5.2研究的展望方向?qū)τ诒菊n題還可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行研究：（1）采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在線學(xué)習(xí)，以及深度學(xué)習(xí)技術(shù)應(yīng)用于智能輪椅，對(duì)于只能輪椅的智能化就跟加接近了。（2）智能化也是以后輪椅發(fā)展的方向其中包括學(xué)習(xí)功能、適應(yīng)性、組織功能等。（3）智能輪椅未來(lái)的發(fā)展方向必然少不了無(wú)線定位和自動(dòng)駕駛，同時(shí)無(wú)線定位和自動(dòng)駕駛也是以后研究的重點(diǎn)。（4）人性化智能化也是以后輪椅發(fā)展的方向。

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謝辭為時(shí)一個(gè)學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束了，這也意味者我在北京理工大學(xué)珠海學(xué)院的大學(xué)生涯也即將結(jié)束。在畢業(yè)設(shè)計(jì)這段時(shí)間里，我得到了很大的自身提高，其中包含了對(duì)機(jī)械工程知識(shí)的理解、還有對(duì)控制有關(guān)這方面書籍的認(rèn)識(shí)等等，這些都得益于老師和同學(xué)的大力幫助，本文是在尊敬的導(dǎo)師尹沾松副教授的悉心指導(dǎo)下完成的，字里行間都傾注了導(dǎo)師大量的心血和汗水。尹老師淵博的專業(yè)知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、高瞻遠(yuǎn)矚的學(xué)術(shù)眼光、積極進(jìn)取的精神、高度的責(zé)任也及平易近人、嚴(yán)格的學(xué)者風(fēng)范令作者受益終身。至此論文完成之際，謹(jǐn)向尹老師致以最崇高的敬意，衷也感謝尹老師這些年來(lái)對(duì)作者學(xué)習(xí)和生活上無(wú)微不至的照顧和關(guān)懷。尹教授對(duì)課題的研究進(jìn)展和論文修改提出了許多有益的建議和幫助。特別感謝作者的父母、姐姐和姐夫們，十幾年來(lái)，作者一直在外求學(xué)，他們做出了巨大的奉獻(xiàn)，付出了艱辛的汗水，借此機(jī)會(huì)向他們表示深深的謝意。最后，感謝花費(fèi)了大量時(shí)間和精力審閱本文以及參與本論文答辯的諸位專家、教授，感謝你們的指導(dǎo)和評(píng)閱！

附錄附錄1表1多功能輪椅的主要技術(shù)參數(shù)表2人體側(cè)向坐姿數(shù)據(jù)（男性）（單位：mm）表3人體側(cè)向坐姿數(shù)據(jù)（女性）（單位：mm）表4人體正向坐姿數(shù)據(jù)（男性）（單位：mm）表5人體正向坐姿數(shù)據(jù)（女性）（單位：mm）表6老年人舒適輪椅結(jié)構(gòu)基本尺寸

附錄2程序源代碼

ExcelXP的八則快速輸入技巧如果我們?cè)谟肊xcelXP處理龐大的數(shù)據(jù)信息時(shí)，不注意講究技巧和方法的話，很可能會(huì)花費(fèi)很大的精力。因此如何巧用ExcelXP，來(lái)快速輸入信息就成為各個(gè)ExcelXP用戶非常關(guān)心的話題，筆者向大家介紹幾則這方面的小技巧。1、快速輸入大量含小數(shù)點(diǎn)的數(shù)字如果我們需要在ExcelXP工作表中輸入大量的帶有小數(shù)位的數(shù)字時(shí)，按照普通的輸入方法，我們可能按照數(shù)字原樣大小直接輸入，例如現(xiàn)在要在單元格中輸入0.05這個(gè)數(shù)字時(shí)，我們會(huì)把“0.05”原樣輸入到表格中。不過(guò)如果需要輸入若干個(gè)帶有小數(shù)點(diǎn)的數(shù)字時(shí)，我們?cè)侔凑丈厦娴姆椒ㄝ斎氲脑挘看屋斎霐?shù)字時(shí)都需要重復(fù)輸入小數(shù)點(diǎn)，這樣工作量會(huì)變大，輸入效率會(huì)降低。其實(shí)，我們可以使用ExcelXP中的小數(shù)點(diǎn)自動(dòng)定位功能，讓所有數(shù)字的小數(shù)點(diǎn)自動(dòng)定位，從而快速提高輸入速度。在使用小數(shù)點(diǎn)自動(dòng)定位功能時(shí)，我們可以先在ExcelXP的編輯界面中，用鼠標(biāo)依次單擊“工具”/“選項(xiàng)”/“編輯”標(biāo)簽，在彈出的對(duì)話框中選中“自動(dòng)設(shè)置小數(shù)點(diǎn)”復(fù)選框，然后在“位數(shù)”微調(diào)編輯框中鍵入需要顯示在小數(shù)點(diǎn)右面的位數(shù)就可以了。以后我們?cè)佥斎霂в行?shù)點(diǎn)的數(shù)字時(shí)，直接輸入數(shù)字，而小數(shù)點(diǎn)將在回車鍵后自動(dòng)進(jìn)行定位。例如，我們要在某單元格中鍵入0.06的話，可以在上面的設(shè)置中，讓“位數(shù)”選項(xiàng)為2，然后直接在指定單元格中輸入6，回車以后，該單元格的數(shù)字自動(dòng)變?yōu)椤?.06”，怎么樣簡(jiǎn)單吧？2、快速錄入文本文件中的內(nèi)容現(xiàn)在您手邊假如有一些以純文本格式儲(chǔ)存的文件，如果此時(shí)您需要將這些數(shù)據(jù)制作成ExcelXP的工作表，那該怎么辦呢？重新輸入一遍，大概只有頭腦有毛病的人才會(huì)這樣做；將菜單上的數(shù)據(jù)一個(gè)個(gè)復(fù)制/粘貼到工作表中，也需花很多時(shí)間。沒(méi)關(guān)系！您只要在ExcelXP中巧妙使用其中的文本文件導(dǎo)入功能，就可以大大減輕需要重新輸入或者需要不斷復(fù)制、粘貼的巨大工作量了。使用該功能時(shí)，您只要在ExcelXP編輯區(qū)中，依次用鼠標(biāo)單擊菜單欄中的“數(shù)據(jù)/獲取外部數(shù)據(jù)/導(dǎo)入文本文件”命令，然后在導(dǎo)入文本會(huì)話窗口選擇要導(dǎo)入的文本文件，再按下“導(dǎo)入”鈕以后，程序會(huì)彈出一個(gè)文本導(dǎo)入向?qū)?duì)話框，您只要按照向?qū)У奶崾具M(jìn)行操作，就可以把以文本格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成工作表的格式了。3、快速輸入大量相同數(shù)據(jù)如果你希望在不同的單元格中輸入大量相同的數(shù)據(jù)信息，那么你不必逐個(gè)單元格一個(gè)一個(gè)地輸入，那樣需要花費(fèi)好長(zhǎng)時(shí)間，而且還比較容易出錯(cuò)。你可以通過(guò)下面的操作方法在多個(gè)相鄰或不相鄰的單元格中快速填充同一個(gè)數(shù)據(jù)，具體方法為：首先同時(shí)選中需要填充數(shù)據(jù)的單元格。若某些單元格不相鄰，可在按住Ctrl鍵的同時(shí)，點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵，逐個(gè)選中；其次輸入要填充的某個(gè)數(shù)據(jù)。按住Ctrl鍵的同時(shí)，按回車鍵，則剛才選中的所有單元格同時(shí)填入該數(shù)據(jù)。4、快速進(jìn)行中英文輸入法切換一張工作表常常會(huì)既包含有數(shù)字信息，又包含有文字信息，要錄入這樣一種工作表就需要我們不斷地在中英文之間反復(fù)切換輸入法，非常麻煩，為了方便操作，我們可以用以下方法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換：首先用鼠標(biāo)選中需要輸入中文的單元格區(qū)域，然后在輸入法菜單中選擇一個(gè)合適的中文輸入法；接著打開“有效數(shù)據(jù)”對(duì)話框，選中“IME模式”標(biāo)簽，在“模式”框中選擇打開，單擊“確定”按鈕；然后再選中輸入數(shù)字的單元格區(qū)域，在“有效數(shù)據(jù)”對(duì)話框中，單擊“IME模式”選項(xiàng)卡，在“模式”框中選擇關(guān)閉（英文模式）；最后單擊“確定”按鈕，這樣用鼠標(biāo)分別在剛才設(shè)定的兩列中選中單元格，五筆和英文輸入方式就可以相互切換了。5、快速刪除工作表中空行刪除ExcelXP工作表中的空行，一般的方法是需要將空行都找出來(lái)，然后逐行刪除，但這樣做操作量非常大，很不方便。那么如何才能減輕刪除工作表中空行的工作量呢？您可以使用下面的操作方法來(lái)進(jìn)行刪除：首先打開要?jiǎng)h除空行的工作表，在打開的工作表中用鼠標(biāo)單擊菜單欄中的“插入”菜單項(xiàng)，并從下拉菜單中選擇“列”，從而插入一新的列Ｘ，在Ｘ列中順序填入整數(shù)；然后根據(jù)其他任何一列將表中的行排序，使所有空行都集中到表的底部。刪去所有空行中Ｘ列的數(shù)據(jù)，以Ｘ列重新排序，然后刪去Ｘ列。按照這樣的刪除方法，無(wú)論工作表中包含多少空行，您就可以很快地刪除了。6、快速對(duì)不同單元格中字號(hào)進(jìn)行調(diào)整在使用ExcelXP編輯文件時(shí)，常常需要將某一列的寬度固定，但由于該列各單元格中的字符數(shù)目不等，致使有的單元格中的內(nèi)容不能完全顯示在屏幕上，為了讓這些單元格中的數(shù)據(jù)都顯示在屏幕上，就不得不對(duì)這些單元格重新定義較小的字號(hào)。如果依次對(duì)這些單元格中的字號(hào)調(diào)整的話，工作量將會(huì)變得很大。其實(shí)，您可以采用下面的方法來(lái)減輕字號(hào)調(diào)整的工作量：首先新建或打開一個(gè)工作簿，并選中需要ExcelXP根據(jù)單元格的寬度調(diào)整字號(hào)的單元格區(qū)域；其次單擊用鼠標(biāo)依次單擊菜單欄中的“格式”/“單元格”/“對(duì)齊”標(biāo)簽，在“文本控制”下選中“縮小字體填充”復(fù)選框，并單擊“確定”按鈕；此后，當(dāng)你在這些單元格中輸入數(shù)據(jù)時(shí)，如果輸入的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度超過(guò)了單元格的寬度，ExcelXP能夠自動(dòng)縮小字符的大小把數(shù)據(jù)調(diào)整到與列寬一致，以使數(shù)據(jù)全部顯示在單元格中。如果你對(duì)這些單元格的列寬進(jìn)行了更改，則字符可自動(dòng)增大或縮小字號(hào)，以適應(yīng)新的單元格列寬，但是對(duì)這些單元格原設(shè)置的字體字號(hào)大小則保持不變。7、快速輸入多個(gè)重復(fù)數(shù)據(jù)在使用ExcelXP工作表的過(guò)程中，我們經(jīng)常要輸入大量重復(fù)的數(shù)據(jù),如果依次輸入，無(wú)疑工作量是巨大的?，F(xiàn)在我們可以借助ExcelXP的“宏”功能,來(lái)記錄首次輸入需要重復(fù)輸入的數(shù)據(jù)的命令和過(guò)程,然后將這些命令和過(guò)程賦值到一個(gè)組合鍵或工具欄的按鈕上,當(dāng)按下組合鍵時(shí),計(jì)算機(jī)就會(huì)重復(fù)所記錄的操作。使用宏功能時(shí)，我們可以按照以下步驟進(jìn)行操作:首先打開工作表，在工作表中選中要進(jìn)行操作的單元格；接著再用鼠標(biāo)單擊菜單欄中的“工具”菜單項(xiàng)，并從彈出的下拉菜單中選擇“宏”子菜單項(xiàng)，并從隨后彈出的下級(jí)菜單中選擇“錄制新宏”命令；設(shè)定好宏后，我們就可以對(duì)指定的單元格，進(jìn)行各種操作，程序?qū)⒆詣?dòng)對(duì)所進(jìn)行的各方面操作記錄復(fù)制。8、快速處理多個(gè)工作表有時(shí)我們需要在ExcelXP中打開多個(gè)工作表來(lái)進(jìn)行編輯，但無(wú)論打開多少工作表，在某一時(shí)刻我們只能對(duì)一個(gè)工作表進(jìn)行編輯，編輯好了以后再依次編輯下一個(gè)工作表，如果真是這樣操作的話，我們倒沒(méi)有這個(gè)必要同時(shí)打開多個(gè)工作表了，因?yàn)槲覀兺瑫r(shí)打開多個(gè)工作表的目的就是要減輕處理多個(gè)工作表的工作量的，那么我們?cè)撊绾螌?shí)現(xiàn)這樣的操作呢？您可采用以下方法：首先按住“Shift"鍵或“Ctrl"鍵并配以鼠標(biāo)操作，在工作簿底部選擇多個(gè)彼此相鄰或不相鄰的工作表標(biāo)簽，然后就可以對(duì)其實(shí)行多方面的批量處理；接著在選中的工作表標(biāo)簽上按右鍵彈出快捷菜單，進(jìn)行插入和刪除多個(gè)工作表的操作；然后在“文件”菜單中選擇“頁(yè)面設(shè)置……”，將選中的多個(gè)工作表設(shè)成相同的頁(yè)面模式；再通過(guò)“編輯”菜單中的有關(guān)選項(xiàng)，在多個(gè)工作表范圍內(nèi)進(jìn)行查找、替換、定位操作；通過(guò)“格式”菜單中的有關(guān)選項(xiàng)，將選中的多個(gè)工作表的行、列、單元格設(shè)成相同的樣式以及進(jìn)行一次性全部隱藏操作；接著在“工具”菜單中選擇“選項(xiàng)……”，在彈出的菜單中選擇“視窗”和“編輯”按鈕，將選中的工作表設(shè)成相同的視窗樣式和單元格編輯屬性；最后選中上述工作表集合中任何一個(gè)工作表，并在其上完成我們所需要的表格，則其它工作表在相同的位置也同時(shí)生成了格式完全相同的表格。高效辦公Excel排序方法"集中營(yíng)"排序是數(shù)據(jù)處理中的經(jīng)常性工作，Excel排序有序數(shù)計(jì)算（類似成績(jī)統(tǒng)計(jì)中的名次）和數(shù)據(jù)重排兩類。本文以幾個(gè)車間的產(chǎn)值和名稱為例，介紹Excel2000/XP的數(shù)據(jù)排序方法。一、數(shù)值排序1.RANK函數(shù)RANK函數(shù)是Excel計(jì)算序數(shù)的主要工具，它的語(yǔ)法為:RANK（number，ref，order），其中number為參與計(jì)算的數(shù)字或含有數(shù)字的單元格，ref是對(duì)參與計(jì)算的數(shù)字單元格區(qū)域的絕對(duì)引用，order是用來(lái)說(shuō)明排序方式的數(shù)字（如果order為零或省略，則以降序方式給出結(jié)果，反之按升序方式）。例如圖1中E2、E3、E4單元格存放一季度的總產(chǎn)值，計(jì)算各車間產(chǎn)值排名的方法是:在F2單元格內(nèi)輸入公式“=RANK（E2，$E$2:$E$4）”，敲回車即可計(jì)算出鑄造車間的產(chǎn)值排名是2。再將F2中的公式復(fù)制到剪貼板，選中F3、F4單元格按Ctrl+V，就能計(jì)算出其余兩個(gè)車間的產(chǎn)值排名為3和1。如果B1單元格中輸入的公式為“=RANK（E2，$E$2:$E$4，1）”，則計(jì)算出的序數(shù)按升序方式排列，即2、1和3。需要注意的是:相同數(shù)值用RANK函數(shù)計(jì)算得到的序數(shù)（名次）相同，但會(huì)導(dǎo)致后續(xù)數(shù)字的序數(shù)空缺。假如上例中F2單元格存放的數(shù)值與F3相同，則按本法計(jì)算出的排名分別是3、3和1（降序時(shí)）。2.COUNTIF函數(shù)COUNTIF函數(shù)可以統(tǒng)計(jì)某一區(qū)域中符合條件的單元格數(shù)目，它的語(yǔ)法為COUNTIF（range，criteria）。其中range為參與統(tǒng)計(jì)的單元格區(qū)域，criteria是以數(shù)字、表達(dá)式或文本形式定義的條件。其中數(shù)字可以直接寫入，表達(dá)式和文本必須加引號(hào)。仍以圖1為例，F(xiàn)2單元格內(nèi)輸入的公式為“=COUNTIF（$E$2:$E$4，">"&E2）+1”。計(jì)算各車間產(chǎn)值排名的方法同上，結(jié)果也完全相同，2、1和3。此公式的計(jì)算過(guò)程是這樣的:首先根據(jù)E2單元格內(nèi)的數(shù)值，在連接符&的作用下產(chǎn)生一個(gè)邏輯表達(dá)式，即“>176.7”、“>167.3”等。COUNTIF函數(shù)計(jì)算出引用區(qū)域內(nèi)符合條件的單元格數(shù)量，該結(jié)果加一即可得到該數(shù)值的名次。很顯然，利用上述方法得到的是降序排列的名次，對(duì)重復(fù)數(shù)據(jù)計(jì)算得到的結(jié)果與RANK3.IF函數(shù)Excel自身帶有排序功能，可使數(shù)據(jù)以降序或升序方式重新排列。如果將它與IF函數(shù)結(jié)合，可以計(jì)算出沒(méi)有空缺的排名。以圖1中E2、E3、E4單元格的產(chǎn)值排序?yàn)槔?，具體做法是:選中E2單元格，根據(jù)排序需要，單擊Excel工具欄中的“降序排序”或“升序排序”按鈕，即可使工作表中的所有數(shù)據(jù)按要求重新排列。假如數(shù)據(jù)是按產(chǎn)值由大到?。ń敌颍┡帕械?，而您又想賦予每個(gè)車間從1到n（n為自然數(shù)）的排名。可以在G2單元格中輸入1，然后在G3單元格中輸入公式“=IF（E3=E2，G3,G3+1）”，只要將公式復(fù)制到G4等單元格，就可以計(jì)算出其他車間的產(chǎn)值排名。二、文本排序選舉等場(chǎng)合需要按姓氏筆劃為文本排序，Excel提供了比較好的解決辦法。如果您要將圖1數(shù)據(jù)表按車間名稱的筆劃排序，可以使用以下方法:選中排序關(guān)鍵字所在列（或行）的首個(gè)單元格（如圖1中的A1），單擊Excel“數(shù)據(jù)”菜單下的“排序”命令，再單擊其中的“選項(xiàng)”按鈕。選中“排序選項(xiàng)”對(duì)話框“方法”下的“筆畫排序”，再根據(jù)數(shù)據(jù)排列方向選擇“按行排序”或“按列排序”，“確定”后回到“排序”對(duì)話框（圖2）。如果您的數(shù)據(jù)帶有標(biāo)題行（如圖1中的“單位”之類），則應(yīng)選中“有標(biāo)題行”（反之不選），然后打開“主要關(guān)鍵字”下拉列表，選擇其中的“單位”，選中排序方式（“升序”或“降序”）后“確定”，表中的所有數(shù)據(jù)就會(huì)據(jù)此重新排列。此法稍加變通即可用于“第一名”、“第二名”等文本排序，請(qǐng)讀者自行摸索。三、自定義排序如果您要求Excel按照“金工車間”、“鑄造車間”和“維修車間”的特定順序重排工作表數(shù)據(jù)，前面介紹的幾種方法就無(wú)能為力了。這類問(wèn)題可以用定義排序規(guī)則的方法解決:首先單擊Excel“工具”菜單下的“選項(xiàng)”命令，打開“選項(xiàng)”對(duì)話框中的“自定義序列”選項(xiàng)卡（圖3）。選中左邊“自定義序列”下的“新序列”，光標(biāo)就會(huì)在右邊的“輸入序列”框內(nèi)閃動(dòng)，您就可以輸入“金工車間”、“鑄造車間”等自定義序列了，輸入的每個(gè)序列之間要用英文逗號(hào)分隔，或者每輸入一個(gè)序列就敲回車。如果序列已經(jīng)存在于工作表中，可以選中序列所在的單元格區(qū)域單擊“導(dǎo)入”，這些序列就會(huì)被自動(dòng)加入“輸入序列”框。無(wú)論采用以上哪種方法，單擊“添加”按鈕即可將序列放入“自定義序列”中備用（圖3）。使用排序規(guī)則排序的具體方法與筆劃排序很相似，只是您要打開“排序選項(xiàng)”對(duì)話框中的“自定義排序次序”下拉列表，選中前面定義的排序規(guī)則，其他選項(xiàng)保持不動(dòng)?；氐健芭判颉睂?duì)話框后根據(jù)需要選擇“升序”或“降序”，“確定”后即可完成數(shù)據(jù)的自定義排序。需要說(shuō)明的是:顯示在“自定義序列”選項(xiàng)卡中的序列（如一、二、三等），均可按以上方法參與排序，請(qǐng)讀者注意Excel提供的自定義序列類型。談?wù)凟xcel輸入的技巧在Excel工作表的單元格中，可以使用兩種最基本的數(shù)據(jù)格式：常數(shù)和公式。常數(shù)是指文字、數(shù)字、日期和時(shí)間等數(shù)據(jù)，還可以包括邏輯值和錯(cuò)誤值，每種數(shù)據(jù)都有它特定的格式和輸入方法，為了使用戶對(duì)輸入數(shù)據(jù)有一個(gè)明確的認(rèn)識(shí)，有必要來(lái)介紹一下在Excel中輸入各種類型數(shù)據(jù)的方法和技巧。一、輸入文本Excel單元格中的文本包括任何中西文文字或字母以及數(shù)字、空格和非數(shù)字字符的組合，每個(gè)單元格中最多可容納32000個(gè)字符數(shù)。雖然在Excel中輸入文本和在其它應(yīng)用程序中沒(méi)有什么本質(zhì)區(qū)別，但是還是有一些差異，比如我們?cè)赪ord、PowerPoint的表格中，當(dāng)在單元格中輸入文本后，按回車鍵表示一個(gè)段落的結(jié)束，光標(biāo)會(huì)自動(dòng)移到本單元格中下一段落的開頭，在Excel的單元格中輸入文本時(shí)，按一下回車鍵卻表示結(jié)