履帶輪組式電動(dòng)多功能輪椅設(shè)計(jì)說(shuō)明書樣本

履帶-輪組式電動(dòng)多功能輪椅設(shè)計(jì)闡明書目錄設(shè)計(jì)任務(wù)書 1第一章緒論 21.1設(shè)計(jì)背景和意義 21.2既有產(chǎn)品簡(jiǎn)介及產(chǎn)品分析 21.3本章小結(jié) 3第二章設(shè)計(jì)方案選取 42.1輪椅機(jī)構(gòu)形式選取 42.2輪組選取 42.3履帶收放機(jī)構(gòu) 52.4座椅調(diào)平機(jī)構(gòu) 62.5本章小結(jié) 8第三章輪椅構(gòu)造設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)分析 83.1輪椅構(gòu)造設(shè)計(jì) 83.1.1輪組 83.1.2履帶及其收放機(jī)構(gòu) 103.2輪椅運(yùn)動(dòng)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(guò)程分析 16第四章輪椅驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 194.1輪椅驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 194.2電機(jī)參數(shù)擬定 204.3輪椅中間主體傳動(dòng)設(shè)計(jì) 22第五章輪椅運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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(xiàn) 28設(shè)計(jì)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(qiáng)爬梯適應(yīng)能力，應(yīng)對(duì)樓梯構(gòu)造多變性；3）良好機(jī)動(dòng)性，使其可以在平地行駛、爬樓梯、跨越障礙等動(dòng)作狀態(tài)間較好過(guò)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(yùn)用滾軸滑軌機(jī)構(gòu)進(jìn)行座椅調(diào)平，使其在越障、跨溝和爬樓梯時(shí)始終保持水平；6）較強(qiáng)越障能力和路面適應(yīng)性；7）抗沖擊能力強(qiáng)；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(dòng)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(biāo)自重<50Kg載荷>50Kg構(gòu)造尺寸1200*700*500機(jī)動(dòng)指標(biāo)平地最小速度正常速度爬坡速度4m/s最小通過(guò)坡度30°樓梯通過(guò)能力能通過(guò)普通原則樓梯轉(zhuǎn)向能力零半徑續(xù)航能力1小時(shí)以上跨過(guò)障礙物最大高度跨過(guò)凹溝最大寬度防護(hù)能力防水防塵，抗沖擊。

第一章緒論1.1設(shè)計(jì)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(dòng)不以便，需要有能正常行走人加以照顧。當(dāng)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(dòng)，并且普通輪椅不能過(guò)障礙物，也不能越溝，更無(wú)法攀登樓梯，從而限制了輪椅使用者活動(dòng)范疇，影響其參加社會(huì)生活。特別是國(guó)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(shì)群體帶來(lái)以便，更好關(guān)懷老年人、殘疾人生活，改進(jìn)她們生活質(zhì)量，除了增長(zhǎng)房屋和各種公共建筑設(shè)施無(wú)障礙設(shè)計(jì)，擴(kuò)大輪椅使用范疇之外，改進(jìn)既有普通輪椅，使其兼?zhèn)淦降匦旭?、越溝、過(guò)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(duì)她們生活導(dǎo)致不便，同步考慮使用者經(jīng)濟(jì)承受能力，研究一種價(jià)格適當(dāng)、平穩(wěn)安全電動(dòng)多功能輪椅具備重大意義和實(shí)用價(jià)值。1.2既有產(chǎn)品簡(jiǎn)介及產(chǎn)品分析當(dāng)前市場(chǎng)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(jī)構(gòu)精致，能實(shí)現(xiàn)平（圖1）輪組式輪椅地行駛、越溝、過(guò)障、爬樓梯等功能，并且平地行駛時(shí)，輪椅比較平穩(wěn)，人坐著也比較平穩(wěn)，但無(wú)法克服爬樓梯時(shí)兩臺(tái)階間震蕩，上下樓梯時(shí)該類型輪椅重心起伏較大，會(huì)使乘坐者感到不適并且難以實(shí)當(dāng)前平地上獨(dú)立行走，需要其她人時(shí)刻陪護(hù)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(jiǎn)樸，對(duì)樓梯形狀、尺寸適應(yīng)性強(qiáng)，爬樓梯時(shí)波動(dòng)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(shí)不夠平穩(wěn)，重心波動(dòng)大，乘坐者會(huì)感到不舒服，并且，履帶式輪椅在平地行駛時(shí)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(duì)既有產(chǎn)品進(jìn)行詳細(xì)理解和分析可知，履帶式和輪組式輪椅均有各自長(zhǎng)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(shí)無(wú)重心、波動(dòng)穩(wěn)定性好，但是，當(dāng)在平地上行駛時(shí)阻力會(huì)很大，因此功耗較大，也許還要增長(zhǎng)輔助電機(jī)，使輪椅構(gòu)造變得復(fù)雜；并且，當(dāng)在平地上遇到障礙時(shí)，輪椅就會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)、變得不平穩(wěn)。輪組式輪椅在平地行駛時(shí)具備優(yōu)越性，路況比較平坦時(shí)，輪椅行駛比較平穩(wěn)，在平地上遇到障礙時(shí)，越障也比履帶式輪椅波動(dòng)??；但是，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(shí)重心波動(dòng)很大，穩(wěn)定性很差。第二章設(shè)計(jì)方案選取2.1輪椅機(jī)構(gòu)形式選取在第一章對(duì)既有輪椅進(jìn)行詳細(xì)分析之后，理解到了各種形式輪椅優(yōu)缺陷，在此基本上，運(yùn)用它們長(zhǎng)處，避開它們?nèi)毕荩涂梢栽O(shè)計(jì)出一種更加具備優(yōu)越性電動(dòng)多功能輪椅——輪組-履帶式電動(dòng)多功能輪椅。這種輪椅結(jié)合了輪組式和履帶式輪椅長(zhǎng)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(shí)，使用輪組，而在爬樓梯時(shí)，輪椅會(huì)放下履帶，使用履帶爬樓梯。2.2輪組選取圖2.1鏈傳動(dòng)三葉輪123456圖2.1鏈傳動(dòng)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(dòng)鏈條齒輪傳動(dòng)具備一下長(zhǎng)處：效率高，在慣用機(jī)械傳動(dòng)中，以齒輪傳動(dòng)效率圖2.1圖2.1齒輪傳動(dòng)三葉輪123451驅(qū)動(dòng)齒輪2過(guò)度齒輪3中心齒輪4轉(zhuǎn)臂5小車輪為最高；機(jī)構(gòu)緊湊，在同樣使用條件下，齒輪傳動(dòng)所需空間尺寸普通較小，這一點(diǎn)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(zhǎng)，這一點(diǎn)應(yīng)用在輪椅上，可以使輪椅使用壽命加長(zhǎng)，也提高了輪椅安全性；傳動(dòng)比穩(wěn)定，傳動(dòng)比穩(wěn)定往往是對(duì)傳動(dòng)性能基本規(guī)定，齒輪傳動(dòng)獲得廣泛應(yīng)用，也就是由于具備這一特點(diǎn)，這一特點(diǎn)也適合用在輪椅上。2.3履帶收放機(jī)構(gòu)由于履帶只在爬樓梯時(shí)使用，而在平地行駛時(shí)使用是輪組，因此履帶平時(shí)是收起來(lái)，只在爬樓梯時(shí)才放下，故在設(shè)計(jì)履帶時(shí)，要考慮到履帶收放機(jī)構(gòu)，也就是說(shuō)履帶要有專門收放機(jī)構(gòu)。圖2.3履帶及其收放機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖圖2.3履帶及其收放機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)系統(tǒng)6傳動(dòng)系統(tǒng)如圖2.3即為履帶及其收放裝置機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，其中液壓缸1（也可以采用氣壓缸）是收放機(jī)構(gòu)重要某些，運(yùn)用液壓缸1往復(fù)伸縮就可以實(shí)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(jí)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)爬樓梯功能。2.4座椅調(diào)平機(jī)構(gòu)在上下樓時(shí)爬樓梯輪椅整體是傾斜,并且在跨越障礙、越過(guò)凹坑時(shí)輪椅也會(huì)產(chǎn)生傾斜，在傾斜輪椅會(huì)使乘坐者感到不適。為了克服這一弊端和輪椅爬樓過(guò)程中重心起伏，要設(shè)計(jì)一種可以減緩波動(dòng)機(jī)構(gòu)，波動(dòng)小了，乘坐者才會(huì)感到舒服。如果座椅和座椅支架是固定在一起，當(dāng)輪椅因越障、跨溝、爬樓梯而產(chǎn)生傾斜時(shí)，乘坐人也會(huì)始終傾斜著，因此只有把座椅和座椅支架做成滑動(dòng)連接才干實(shí)現(xiàn)當(dāng)輪椅發(fā)生傾斜時(shí)而乘坐人可以始終保持水平乘坐，這樣，乘坐人才不會(huì)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。滑軌焊接在底架上，滾軸通過(guò)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(dòng),從而實(shí)現(xiàn)座椅平。該滑道滑軌式座椅外形構(gòu)造簡(jiǎn)圖如圖2.5所示：座椅支架通過(guò)軸承與圓弧112圖2.5座椅機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖1座椅支架2圓弧形軌道形軌道形成滑動(dòng)連接，圓弧形軌道與輪椅底盤連接成一體，這樣，當(dāng)?shù)妆P與圓弧形軌道發(fā)生傾斜時(shí)，軸承就會(huì)沿圓弧形軌道滑動(dòng)，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(guò)上述分析，可以初步擬定輪椅重要機(jī)構(gòu)。輪組采用三葉式、齒輪傳動(dòng)行星輪式構(gòu)造，每個(gè)小車輪既可以繞各自軸自轉(zhuǎn)，又可以繞機(jī)架傳動(dòng)軸公轉(zhuǎn)，平地行駛時(shí)小車輪自轉(zhuǎn)，越障、跨溝時(shí)小車輪不再自轉(zhuǎn)，而是繞傳動(dòng)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(jī)構(gòu)，當(dāng)遇到樓梯時(shí)，放下履帶，平地行駛時(shí)，收起履帶；輪椅支架與底盤用軸承實(shí)現(xiàn)連接，可以在底盤發(fā)生傾斜時(shí)，也能保持水平。第三章輪椅構(gòu)造設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)分析3.1輪椅構(gòu)造設(shè)計(jì)輪椅構(gòu)造設(shè)計(jì)重要涉及輪組、履帶、車架等設(shè)計(jì)。3.1.1輪組由第二章可知，輪椅輪組采用三葉式齒輪傳動(dòng)星形輪構(gòu)造。輪組機(jī)構(gòu)外圖圖3.1輪組機(jī)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(yùn)動(dòng)方式：小車輪自傳，小車輪繞驅(qū)動(dòng)軸公轉(zhuǎn)。這兩種運(yùn)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)了輪椅不同運(yùn)營(yíng)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(duì)齒輪圖3.2輪組轉(zhuǎn)臂圖3.2輪組轉(zhuǎn)臂進(jìn)行定位；轉(zhuǎn)臂另一種重要功能是帶動(dòng)小車輪繞轉(zhuǎn)軸公轉(zhuǎn)；除此之外，轉(zhuǎn)臂還起到強(qiáng)化機(jī)構(gòu)、支撐輪椅支架等功能。輪組是用齒輪傳動(dòng)，一種輪組中包具有七個(gè)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(dòng)齒輪，用來(lái)驅(qū)動(dòng)小車輪自傳；3為輪組轉(zhuǎn)臂，用來(lái)驅(qū)動(dòng)小車輪繞驅(qū)動(dòng)軸公轉(zhuǎn)；4為過(guò)度齒輪；7為中心齒輪；6為傳動(dòng)軸一，一端與中心齒輪配合，通過(guò)軸承空套在轉(zhuǎn)臂3上，一端與鏈輪配合，并通過(guò)軸承空套在主車架上；5為傳動(dòng)軸二，一端通過(guò)螺栓與轉(zhuǎn)臂3固連，一端與鏈輪配合，并通過(guò)軸承空套主車架上；傳動(dòng)軸一與傳動(dòng)軸二通過(guò)軸承互相空套；過(guò)渡齒輪4，驅(qū)動(dòng)齒輪2各自通過(guò)軸承空套在轉(zhuǎn)臂3上；小車輪1通過(guò)螺栓與驅(qū)動(dòng)齒輪2固連，三個(gè)小車輪中心軸線呈等角分布。由于轉(zhuǎn)臂3，過(guò)渡齒輪4，驅(qū)動(dòng)齒輪2（涉及小車輪6）都是空套在相應(yīng)軸上，因而驅(qū)動(dòng)輪系包括三個(gè)構(gòu)造完全相似差動(dòng)輪系，這三個(gè)差動(dòng)輪系共用中心輪和行星架，并且沿周向?qū)ΨQ分布，增設(shè)過(guò)渡齒輪4，可以保證同步著地兩個(gè)小車輪1具備和中心齒輪7相似旋向，朝同一方向滾動(dòng)邁進(jìn)。3.1.2履帶及其收放機(jī)構(gòu)在第二章已經(jīng)對(duì)履帶機(jī)構(gòu)作了簡(jiǎn)要簡(jiǎn)介，如圖2.3為履帶及其收放機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。履帶收放是通過(guò)液壓缸往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。其原理AutoCAD圖如圖3.4所示：履帶收放機(jī)圖3.4履帶及其收放機(jī)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(dòng)泵構(gòu)成，它們之間由一根油管連接，通過(guò)重復(fù)壓動(dòng)手動(dòng)泵來(lái)實(shí)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(jì)履帶高度選取千斤頂。L為千斤頂高度最小時(shí)長(zhǎng)度，L'為千斤頂伸出一定長(zhǎng)度，頂起履帶并使其發(fā)生一定角度時(shí)長(zhǎng)度AAB'BDC圖3.5千斤頂升降簡(jiǎn)圖L=BC，L‘=AB為履帶，通過(guò)千斤頂履帶轉(zhuǎn)過(guò)一定角度∠BA’B，由于大某些樓梯坡度為30o,因此上樓梯時(shí)，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(guò)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(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，通過(guò)活塞桿推動(dòng)重物。這時(shí)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(dòng)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(dòng)力，而這個(gè)動(dòng)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(fù)載。履帶選取履帶驅(qū)動(dòng)輪選取關(guān)系到輪椅爬樓梯性能指標(biāo)。履帶驅(qū)動(dòng)輪分布重要有后輪驅(qū)動(dòng)和前輪驅(qū)動(dòng)兩種。履帶兩端導(dǎo)向輪哪一種用來(lái)驅(qū)動(dòng)更為適當(dāng)與履帶機(jī)構(gòu)形狀關(guān)于。對(duì)于該輪椅履帶，以驅(qū)動(dòng)輪在后方比較有利，這時(shí)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(yùn)營(yíng)阻力較小，如圖3.7a所示。反之，前輪為驅(qū)動(dòng)輪時(shí)，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(zhǎng)度處在壓縮彎折狀態(tài)，運(yùn)營(yíng)阻力較大，見圖3.7b。圖圖3.7a后輪驅(qū)動(dòng)cabHcabH圖3.82K-H型行星齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)圖3.7b前輪驅(qū)動(dòng)

了電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)后輪。行星減速器采用2K-H型行星齒輪傳動(dòng)。原理如圖3.8所示：a、b為太陽(yáng)輪；c為行星輪；H為轉(zhuǎn)臂。該機(jī)構(gòu)圖3.7b前輪驅(qū)動(dòng)3.2輪椅運(yùn)動(dòng)分析通過(guò)前面幾章分析可知，電動(dòng)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(duì)輪椅這幾種功能作詳細(xì)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(duì)輪椅進(jìn)行加速、減速，并實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎功能。如圖3.7所示為輪椅在平地上行駛時(shí)示意圖（此時(shí)為了表達(dá)以便，在圖中并未畫出履帶構(gòu)造）。此時(shí)，每個(gè)輪組各有兩個(gè)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(dòng)軸一帶動(dòng)中心齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，中心齒輪通過(guò)度齒輪帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，如此就實(shí)現(xiàn)了小車輪自傳運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而使輪椅可以在平地上行駛。當(dāng)兩側(cè)運(yùn)動(dòng)單元中小車輪等速運(yùn)動(dòng)時(shí)，輪椅直線行走；當(dāng)兩側(cè)小車輪反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，輪椅就會(huì)在原地轉(zhuǎn)向，不同速度運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)不同轉(zhuǎn)向半徑，于是就實(shí)現(xiàn)了輪椅轉(zhuǎn)彎功能。當(dāng)輪椅在平地上遇到障礙時(shí)，如果障礙物尺寸較小，可運(yùn)用小車輪尺寸優(yōu)勢(shì)直接通過(guò)；當(dāng)邁進(jìn)車輪碰上較高障礙而停止不動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪系就演變成行星輪系，輪輻帶著此外兩個(gè)車輪繞前輪驅(qū)動(dòng)軸軸線回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)翻越障礙目。如圖3.8所示為輪椅跨越障礙物過(guò)程示意圖。由圖可知輪椅在跨越障礙時(shí)底盤（圓弧形滑軌）會(huì)隨驅(qū)動(dòng)軸軸心高度變化而發(fā)生傾斜，但是通過(guò)調(diào)平機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)，座椅在整個(gè)過(guò)程中始終保持水平，進(jìn)一步驗(yàn)證了這種輪椅機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)調(diào)平功能。在輪椅跨越障礙物過(guò)程中，過(guò)障礙輪組驅(qū)動(dòng)軸一（如圖3.3）由電磁離合器（背面將會(huì)簡(jiǎn)介到）鎖死，因此中心齒輪也被鎖死，小車輪不再做自傳運(yùn)動(dòng)（重要目是防止小車輪滑移），而只繞驅(qū)動(dòng)軸做公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如此就實(shí)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(shí)（深溝寬度不大于2倍輪輻長(zhǎng)），為克服邁進(jìn)中阻力，與越障機(jī)理同樣，驅(qū)動(dòng)輪系演變成了行星輪系，完畢跨溝過(guò)程，如圖3.9所示：aabcd圖3.11輪椅跨溝過(guò)程跨溝原理和跨越障礙時(shí)原理類似，由圖可知，在整個(gè)跨越過(guò)程中座椅也是始終保持水平，由此可知調(diào)平機(jī)構(gòu)同樣合用于跨溝過(guò)程。3.2.2輪椅爬樓梯過(guò)程分析爬樓梯是電動(dòng)多功能輪椅所具備一種獨(dú)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(shì)。爬樓梯分為兩個(gè)過(guò)程——下樓過(guò)程和上樓過(guò)程。下面分別對(duì)這兩個(gè)過(guò)程作詳細(xì)簡(jiǎn)介。下樓過(guò)程：當(dāng)走到樓梯口要下樓梯時(shí)，顧客需要啟動(dòng)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(tái)階面將輪組脫離地面，啟動(dòng)履帶驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)而通過(guò)履帶積極輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)輪椅下樓梯。當(dāng)?shù)竭_(dá)地面時(shí)，再次通過(guò)液壓控制系統(tǒng)將履帶收起，輪組著地，進(jìn)行平地行走。上樓過(guò)程：當(dāng)上樓時(shí)，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(dòng)履帶控制系統(tǒng)，帶動(dòng)履帶上樓梯。圖圖3.12輪椅爬樓梯簡(jiǎn)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(jiǎn)化圖（圖中將爬樓梯簡(jiǎn)化為爬坡）。下面對(duì)履帶爬梯過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)分析:假設(shè)履帶輪廓為長(zhǎng)圓形。即中段為長(zhǎng)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(duì)稱中心。又設(shè)單級(jí)樓梯高度為L(zhǎng)DN1N2T1T2HGA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(diǎn)為支點(diǎn)，履帶翻越樓梯第一階段條件可以用下式進(jìn)行描述：T1其中，為履帶推力，G為重力，分別為、G對(duì)A點(diǎn)力臂，為履帶抬起角速度,L*為轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)，攀越成功必要條件是重心在行進(jìn)方向上“超越”了翻越支點(diǎn)，即。重力提供了所有翻轉(zhuǎn)力矩，履帶移動(dòng)會(huì)加快重心“超越”，提供更大翻轉(zhuǎn)力矩，加速翻轉(zhuǎn)過(guò)程。翻轉(zhuǎn)臨界點(diǎn)是重心處在點(diǎn)正上方時(shí)候，此時(shí),履帶軸線和水平地面夾角稱為翻轉(zhuǎn)臨界角，當(dāng)“翻越”發(fā)生前，即為逆時(shí)針時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)角慣量要小，以便于克服重力翻轉(zhuǎn)力矩，因而應(yīng)當(dāng)減少履帶運(yùn)營(yíng)速度：當(dāng)“翻越”發(fā)生時(shí)，為順時(shí)針，此時(shí)履帶后端接地點(diǎn)已經(jīng)離開地面，不再存在，因而可以加快履帶運(yùn)營(yíng)速度，使得迅速變大，加快翻越過(guò)程。依照條件（1），即所謂重心“超越”條件，運(yùn)用幾何原理，得到下式：計(jì)算成果表白，當(dāng)時(shí)，最大翻越高度約等于，此時(shí)約等于50度。WWABC圖3.14履帶翻越樓梯第二階段可見對(duì)于長(zhǎng)圓形節(jié)線履帶，只有增大長(zhǎng)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(yùn)營(yíng)，履帶長(zhǎng)度普通保證可以同步和樓梯3個(gè)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(jì)算，可知用長(zhǎng)圓節(jié)線履帶構(gòu)造實(shí)現(xiàn)爬樓功能時(shí)，履帶中心長(zhǎng)度不不大于60cm。第四章輪椅驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1輪椅驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是輪椅動(dòng)力來(lái)源，選取最佳驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是設(shè)計(jì)該多功能輪椅核心。驅(qū)動(dòng)方式類型重要有氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)和電動(dòng)驅(qū)動(dòng)三種。氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以壓縮空氣為動(dòng)力源，具備氣源以便，系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)樸，運(yùn)動(dòng)快速靈活，不污染環(huán)境，以及維修以便，價(jià)格便宜等特點(diǎn)。但是由于氣體具備可壓縮性，氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)平穩(wěn)性差，要設(shè)緩沖裝置，不易控制。液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是較早被采用驅(qū)動(dòng)方式，它具備重量輕、慣量小、傳動(dòng)平穩(wěn)、控制環(huán)節(jié)簡(jiǎn)樸等特點(diǎn)。但是液壓驅(qū)動(dòng)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(dú)油源，所占空間較大。電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具備傳動(dòng)平穩(wěn)、靈活、控制簡(jiǎn)樸精準(zhǔn)、無(wú)污染、效率高、構(gòu)造簡(jiǎn)樸、無(wú)管路系統(tǒng)、維護(hù)以便等特點(diǎn)。對(duì)以上三種驅(qū)動(dòng)方式進(jìn)行比較后，擬定選取電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為輪椅動(dòng)力來(lái)源，并將蓄電池作為電動(dòng)機(jī)和控制系統(tǒng)動(dòng)力能源。在擬定了驅(qū)動(dòng)方式后，需要選取適當(dāng)電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)性能直接決定著驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)性能，它選取成為設(shè)計(jì)多功能輪椅驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)基本。電動(dòng)機(jī)按照工作電源分類可分為交流電機(jī)(AC)和直流電機(jī)(DC)兩種。交流電機(jī)(AC)具備構(gòu)造簡(jiǎn)樸、造價(jià)便宜、維護(hù)以便等長(zhǎng)處，但是交流電機(jī)控制特性較差，調(diào)速系統(tǒng)比較復(fù)雜。直流電機(jī)(DC)勉勵(lì)電流和電樞電流兩者大小及方向可以獨(dú)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(zhǔn)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(jī)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(huì)引起電磁干擾，它和換向器易損壞，減少了電機(jī)穩(wěn)定性和壽命。無(wú)刷直流電機(jī)由電子換向器取代了普通有刷直流電機(jī)炭刷和換向器機(jī)械換向，消除了機(jī)械換向帶來(lái)諸多限制，它既保持著有刷直流電機(jī)先進(jìn)控制性和調(diào)速性，又具備可靠性高、構(gòu)造簡(jiǎn)樸、壽命長(zhǎng)、體積小、噪聲低、損耗低、無(wú)干擾性、過(guò)載能力大等長(zhǎng)處，是交流電機(jī)與直流電機(jī)長(zhǎng)處結(jié)合，廣泛用于機(jī)械、交通運(yùn)送等領(lǐng)域。綜上所述，多功能輪椅選用無(wú)刷直流電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，詳細(xì)由電動(dòng)機(jī)、減速箱、數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)器和光電編碼器構(gòu)成。兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)輪為輪椅運(yùn)營(yíng)提供動(dòng)力，數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)器對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向進(jìn)行控制，并通過(guò)光電編碼器對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速和位置反饋進(jìn)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(jìn)、后退和轉(zhuǎn)向等動(dòng)作。如圖4.1所示為驅(qū)動(dòng)閉壞系統(tǒng)示意圖。電源電源數(shù)字伺服驅(qū)動(dòng)器電源減速器輸出光電編碼器圖4.1驅(qū)動(dòng)閉環(huán)系統(tǒng)4.2電機(jī)參數(shù)擬定依照設(shè)計(jì)規(guī)定：實(shí)現(xiàn)最大爬坡角30o依照電機(jī)負(fù)載力矩計(jì)算公式：Tm=[Ma+G(fcosα+sinα)]rsn?i?η(其中：Tm表達(dá)電機(jī)負(fù)載力矩；M表達(dá)輪椅和人總質(zhì)量；a表達(dá)規(guī)定加速度；G表達(dá)車重(N)；M為145kg，則G為145x9.8N；f表達(dá)履帶與地面摩擦系數(shù)(取值在0.055～0.3之間)；α表達(dá)爬坡角度，最大30o；rs表達(dá)積極輪半徑，取值為O.2m；i表達(dá)總傳動(dòng)比，其中一級(jí)傳動(dòng)比i1=30，二級(jí)傳動(dòng)比i2=5；η表達(dá)傳動(dòng)效率，其中一級(jí)傳動(dòng)效率η1=0.84，二級(jí)傳動(dòng)效率ηN=v其中：v表達(dá)輪椅邁進(jìn)速度，按水平地面1.5m/s,爬坡0.4m/s計(jì)算；rs表達(dá)積極輪半徑；iP=T其中η表達(dá)傳動(dòng)效率；在平地運(yùn)動(dòng)時(shí),取速度v=1.5m/s,加速度a=1m/s2，摩擦系數(shù)f=0.1，傳動(dòng)比i=30,傳動(dòng)效率η=η1在爬坡時(shí),取速度v=0.4m/s,加速度a=0.5m/si=150(爬坡時(shí)換檔),傳動(dòng)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(shí)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(jià)格成本等。當(dāng)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(zhǎng)，但是價(jià)格貴，普通比鉛酸電池高4－5倍，增長(zhǎng)了裝置制導(dǎo)致本。鉛酸蓄電池成本低廉，應(yīng)用歷史長(zhǎng)，相對(duì)更加成熟，改進(jìn)后免維護(hù)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(dòng)設(shè)計(jì)輪椅中間主體用來(lái)布置驅(qū)動(dòng)左右輪組運(yùn)營(yíng)傳動(dòng)構(gòu)造，如圖4.2所示。其傳動(dòng)過(guò)程：一方面由主體中間電機(jī)（LW1、RW1）提供驅(qū)動(dòng)力，經(jīng)減速器后帶動(dòng)蝸桿驅(qū)動(dòng)蝸輪傳動(dòng)，蝸輪連接鏈輪，通過(guò)鏈條連接到傳動(dòng)軸一，驅(qū)動(dòng)中心齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)；在上樓梯時(shí)，停止電機(jī)（LW1、RW1），并起到自鎖作用，防止小車輪滑移，啟動(dòng)電機(jī)（LT1、RT1），經(jīng)減速器后連接電磁離合器，帶動(dòng)錐齒輪，最后通過(guò)鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳遞給傳動(dòng)軸二，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)動(dòng)。RT1RT1RW1LW1LT1564321圖4.2輪椅內(nèi)部傳動(dòng)構(gòu)造布局輪椅內(nèi)某些傳動(dòng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)：(1) 兩對(duì)電機(jī)采用對(duì)稱、交錯(cuò)式排布，節(jié)約了主體內(nèi)部空間；(2) 采用錐齒輪嚙合，用來(lái)變化傳動(dòng)方向，同步避免了牙嵌式電磁離合軸向串動(dòng)；(3) 蝸輪、蝸桿起到兩級(jí)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(jī)掉電狀況下，兩側(cè)車輪組保持原姿態(tài)而不會(huì)浮現(xiàn)滑移現(xiàn)象；(4) 牙嵌式電磁離合器合用于低速運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合，具備體積小、質(zhì)量輕、保持力矩大特點(diǎn)，當(dāng)離合器在主體單元傳動(dòng)中處在分離狀態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)兩側(cè)運(yùn)動(dòng)單元相對(duì)主體在y軸方向自由轉(zhuǎn)動(dòng)，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(guò)控制電磁離合處在結(jié)合狀態(tài)，由兩側(cè)較大功率電機(jī)（LT1、RT1）控制輪輻轉(zhuǎn)動(dòng)，使輪椅具備較強(qiáng)爬梯性，通過(guò)離合器使用可以同步達(dá)到輪椅路面自適應(yīng)指標(biāo)和爬梯所規(guī)定通過(guò)性指標(biāo)。第五章輪椅運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.1輪椅功能分析輪椅所能實(shí)現(xiàn)功能有：平地行駛、跨溝、越障、爬樓梯。下面詳細(xì)分析輪椅在不同狀況下運(yùn)動(dòng)。平地行駛，在此狀況下，輪椅可以勻速直線運(yùn)動(dòng)，加速減速運(yùn)動(dòng)，此外，還要具備轉(zhuǎn)彎功能；在越障、跨溝時(shí)，輪椅實(shí)現(xiàn)低速高轉(zhuǎn)矩行駛；爬樓梯時(shí)，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(shí)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(yùn)動(dòng)功能，這些功能是通過(guò)控制系統(tǒng)實(shí)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(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)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(yùn)動(dòng)控制板硬件連接圖驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器89C51右后輪驅(qū)動(dòng)器BCDABCDA'B'C'D'A'B'C'D'289C51引腳圖控制程序清單：?jiǎn)纹瑱C(jī)1：ORG0000HLJMPMAINORG0003HLJMPEINT0ORG0013HLJMPEINT1HORG001BHLJMPL3ORG0100HMAIN：MOVR0，#08HMOVDPTR，#L2MOVP0，#0FFHMOVP1，#0FFHMOVTOMD，#10HMOVTL1，#7FHMOVTH1，#7FHMOVIE，#88HSTEBTR1SJMP$L1：SJMPL1L2：DB0EEH，0CCH，0DDH，99H，0BBH，33H，77H，66HL3：MOVTL1，#7FHMOVTH1，#7FHMOVA，#00HMOVCA，@A+DPTRMOVP0，AMOVP1，AINCDPTRDJNZR0，L4MOVR0，#08HMOVDOTR，#L2L4：RETIEINT0：MOVR0，#08H//左轉(zhuǎn)彎MOVDPTR，#L2MOVP0，#0FFHMOVP1，#0FFHMOVTOMD，#10HMOVTL1，#00HMOVTH1，#00HMOVIE，#88HSTEBTR1L1：SJMPL1L2：DB0EEH，0CCH，0DDH，99H，0BBH，33H，77H，66HL3：MOVTL1，#00HMOVTH1，#00HMOVA，#00HMOVCA，@A+DPTRMOVP1，AINCDPTRDJNZR0，L4MOVR0，#08HMOVDOTR，#L2L4：RETIEINT1：MOVR0，#08H//右轉(zhuǎn)彎MOVDPTR，#L2MOVP0，#0FFHMOVP1，#0FFHMOVTOMD，#10HMOVTL1，#00HMOVTH1，#00HMOVIE，#88HSTEBTR1L1：SJMPL1L2：DB0EEH，0CCH，0DDH，99H，0BBH，33H，77H，66HL3：MOVTL1，#00HMOVTH1，#00HMOVA，#00HMOVCA，@A+DPTRMOVP0，AINCDPTRDJNZR0，L4MOVR0，#08HMOVDOTR，#L2L4：RETIEND單片機(jī)2：ORG0000HLJMPMAINORG0003HLJMPEINT0ORG0013HLJMPEINT1HORG001BHLJMPL3ORG0100HMAIN：MOVR0，#08H//爬樓梯MOVDPTR，#L2MOVP0，#0FFHMOVP1，#0FFHMOVTOMD，#10HMOVTL1，#00HMOVTH1，#00HMOVIE，#88HSTEBTR1SJMP$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