殘疾人輪椅的設(shè)計(jì)【含全套CAD圖紙】

購(gòu)買(mǎi)設(shè)計(jì)文檔后加 費(fèi)領(lǐng)取圖紙 摘 要 輪椅是年老體弱者以及下肢傷殘者必不可少的代步工具 ， 但 障礙物 卻使輪椅受到很大限制 。現(xiàn)代由于采用了傳統(tǒng)的輪式結(jié)構(gòu)，只能夠在平地上行走，面對(duì)臺(tái)階、樓梯這樣比較復(fù)雜的地形卻顯得無(wú)能為力。高通過(guò)性輪椅設(shè)計(jì)是采用輪腿式機(jī)器人結(jié)構(gòu)，正常行駛時(shí)輪式工作，采用四輪驅(qū)動(dòng)；遇到障礙時(shí)腿式工作，從而適應(yīng)大多數(shù)地形；車(chē)身則采用自動(dòng)導(dǎo)軌式調(diào)平結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)方便。本次設(shè)計(jì)的主要工作包括：確定輪椅的工作方式以及工作結(jié)構(gòu)形式、主體尺寸，并確定各主要零、部件的結(jié)構(gòu)尺寸及其選型。 關(guān)鍵詞 ：輪椅 高通過(guò)性 輪腿式機(jī) 器人 of is As a on is is of a of to of is is to of of 目 錄 1 緒論 . 1 1 1 研究目的 . 1 1 2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 . 1 2 方案選擇 . 2 2 1 常見(jiàn)方案 . 2 組式 . 2 帶式 . 2 式 . 3 . 3 2 2 方案分析 . 4 前研究中所存在的問(wèn)題 . 4 案選擇 . 4 體方案 . 5 體方案 . 5 構(gòu)分析 . 5 . 6 障功能 . 6 動(dòng)方式 . 8 3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 9 要參數(shù)設(shè)計(jì) . 9 機(jī)選擇 . 9 擇電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型和結(jié)構(gòu)形式 . 9 走機(jī)構(gòu)電機(jī)選擇計(jì)算 . 12 走機(jī)構(gòu)電機(jī)功率的計(jì)算 . 12 動(dòng)輪系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 12 體結(jié)構(gòu) . 12 動(dòng)輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 12 筒 (輪軸 )的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 13 設(shè)計(jì)與校核 . 14 體設(shè)計(jì) . 14 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 14 的校核 . 14 帶設(shè)計(jì) . 15 . 15 擇 . 15 . 15 算帶速 v . 15 帶的中心距 a 和基準(zhǔn)長(zhǎng)度 . 15 . 16 算帶的根數(shù) . 16 算單根 . 16 算壓軸力 . 17 輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 17 輪半徑尺寸研究 . 17 結(jié) 論 . 19 參考文獻(xiàn) . 20 致 謝 . 21 1 1 緒論 1 1 研究目的 輪椅是年老體弱者以及下肢傷殘者必不可少的代步工具 ， 隨著無(wú)障礙設(shè)施的增多 ， 輪椅使用者的活動(dòng)范圍逐步加大 。 但 障礙物 卻使輪椅受到很大限制 ， 因此研發(fā)價(jià)格低廉 、 簡(jiǎn)單易用的 可翻越障礙物的 輪椅是康復(fù)工程工作者面臨的一項(xiàng)比較緊迫的任務(wù) ?，F(xiàn)代由于采用了傳統(tǒng)的輪式結(jié)構(gòu)，只能夠在平地上行走，面對(duì)臺(tái)階、樓梯這樣比較復(fù)雜的地形卻顯得無(wú)能為力。解決這一問(wèn)題的最好方法就是改進(jìn)殘疾人使用的行走設(shè)備，也就是說(shuō)通過(guò) 改進(jìn)殘疾人輪椅的機(jī)械結(jié)構(gòu)，使其能夠適應(yīng)日常生活中所碰到大多數(shù)的地形。 本次設(shè)計(jì)的題目高通過(guò)性輪椅設(shè)計(jì)，其主要原理在于四個(gè)輪子在正常運(yùn)動(dòng)中四輪驅(qū)動(dòng)行走；而在遇到障礙的時(shí)候可以像腿一樣的行走，以通過(guò)障礙物；而在車(chē)身則采用滑軌式自動(dòng)調(diào)平結(jié)構(gòu)。 1 2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 國(guó)外對(duì)爬樓梯裝置的研究開(kāi)始得相對(duì)較早，最早的專(zhuān)利是 1892年美國(guó)的 后，各國(guó)紛紛開(kāi)始投入此項(xiàng)研究，其中美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)和日本占主導(dǎo)地位，技術(shù)相對(duì)比較成熟，且有一些產(chǎn)品已經(jīng)投入市場(chǎng)使用。我國(guó)對(duì)此類(lèi)裝置的研究 雖然起步較晚，但近年來(lái)也涌現(xiàn)了很多這方面的專(zhuān)利，然而投入實(shí)際使用的還很少。 日本千葉工業(yè)大學(xué)開(kāi)發(fā)出了一款全新的輪椅，這個(gè)輪椅的獨(dú)特之處就是能夠輕易地在不公正的地面上使用。這款輪椅配有一排感應(yīng)器來(lái)探測(cè)障礙和地面變化，并能夠自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。借助于四輪驅(qū)動(dòng)和五軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，該款智能機(jī)器人輪椅能夠完成多種難度動(dòng)作。 平常，它像普通的輪椅一樣通過(guò)滾動(dòng)前行，但是如果碰到臺(tái)階或者溝道的話，它的輪子就可以變得像腿一樣通過(guò)障礙。使用者需要做的僅僅是通過(guò)操縱桿告訴它往什么方向移動(dòng)，這個(gè)智能機(jī)器人輪椅會(huì)自動(dòng)評(píng)估周?chē)?地形然后做出正確動(dòng)作。當(dāng)然如果路面不平的話，它會(huì)自動(dòng)控制座椅確保它保持水平。 2 2 方案選擇 2 1 常見(jiàn)方案 組式 輪組式的特點(diǎn)是每個(gè)輪組依照星形輪的方式進(jìn)行運(yùn)動(dòng)：平地行駛時(shí)，各小輪繞各自軸線自轉(zhuǎn)；爬樓梯時(shí)，各小輪一起繞中心軸公轉(zhuǎn)。 內(nèi)蒙古民族大學(xué)物理與機(jī)電學(xué)院的蘇和平等人借鑒了 爬樓方式，采用星形輪系作為爬樓梯機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種雙聯(lián)星形機(jī)構(gòu)電動(dòng)爬樓梯輪椅。改輪椅爬樓時(shí)需要人工輔助或者樓梯扶手的輔助支撐，使其能調(diào)整重心的位置，安全爬樓。 圖 2聯(lián)星形爬樓梯輪椅圖 圖 2聯(lián)星形爬樓梯輪椅改進(jìn)圖 帶式 履帶式爬樓梯裝 置的原理類(lèi)似于履帶裝甲運(yùn)兵車(chē)或坦克，技術(shù)較成熟，操作簡(jiǎn)單，行走時(shí)重心波動(dòng)很小，對(duì)樓梯的形狀、尺寸適應(yīng)性強(qiáng)。英國(guó) 司開(kāi)發(fā)的一種電動(dòng)輪椅車(chē)，底部是履帶式的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，可爬樓梯的最大坡度為35 度，上下樓梯速度為每分鐘 15國(guó) 司生產(chǎn)的電動(dòng)爬樓梯輪椅，它的底部有四個(gè)車(chē)輪供正常情況下平地運(yùn)行使用，當(dāng)遇到樓梯等特殊地形時(shí)，用戶(hù)通過(guò)適當(dāng)操作將兩側(cè)的橡膠履帶緩緩放下至地面，然后把這四個(gè)車(chē)輪收起，依靠履帶無(wú)需旁人輔助便能自動(dòng)完成爬樓等功能。 3 圖 2式機(jī)器人 式 早期的爬樓梯裝置一般都采用步行式，其爬樓梯執(zhí)行機(jī)構(gòu)由鉸鏈桿件機(jī)構(gòu)組成。上樓時(shí)先將負(fù)重抬高，再水平向前移動(dòng)，如此重復(fù)這兩個(gè)過(guò)程直至爬完一段樓梯。步行式爬樓梯裝置模仿人類(lèi)爬樓的動(dòng)作，外觀可視為足式輪椅，采用多條機(jī)械腿交替升降、支撐座椅爬樓的原理。 現(xiàn)今，爬樓裝置一個(gè)研究創(chuàng)新點(diǎn)是將上述的輪組、腿式、履帶機(jī)構(gòu)相互結(jié)合，吸取各自的優(yōu)點(diǎn)。比較廣泛的組合思路有以下兩種：一是輪履、腿履復(fù)合。比如中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)精密機(jī)械與精密儀器系研制的 一種小型全自主多種移動(dòng)方式相融合的復(fù)合式越障輪椅。二是采用了輪一履復(fù)合 如圖 1示和輪腿一履帶復(fù)合 如圖 1示等結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)主要是依靠腿式機(jī)構(gòu)來(lái)完成越障，以及履帶平穩(wěn)性和輪組的靈活性來(lái)達(dá)到功能的完整。 4 圖 2一履復(fù)合圖 圖 2腿一履復(fù)合圖 2 2 方案分析 前研究中所存在的問(wèn)題 履帶式的缺點(diǎn)就是對(duì) 路面 施加的強(qiáng)壓力，不可避免的對(duì) 障礙 沿有一定的損壞，不適合大絕大多數(shù)室內(nèi) 障礙 。自重較大，平地行走時(shí)阻力較大，相對(duì)于其他結(jié)構(gòu)，履帶式轉(zhuǎn)彎需要更大的動(dòng)力，使用過(guò)程中噪聲很大。這些都限制了它在日常生活中的推廣，被接受程度低。 腿式爬樓裝置有最好的地形適應(yīng)力，但承載重量較小，具有較大危險(xiǎn)性，且重心偏高。運(yùn)動(dòng)相對(duì)比較平穩(wěn)，顛簸感輕微，但同時(shí)運(yùn)行速度較緩。此外，該類(lèi)型裝置對(duì)控制的要求較高，操作比較復(fù)雜，在平地行走時(shí)運(yùn)動(dòng)幅度不大，動(dòng)作緩慢。 復(fù)合式爬樓裝置各種機(jī)構(gòu)的復(fù)合也給控制方面提出了更高的要求，而且爬樓過(guò)程中的穩(wěn)定性、如何適應(yīng)不同尺寸的樓梯、如何實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作省力與省時(shí)的問(wèn)題以及反向自鎖等問(wèn)題仍然存在。 案選擇 本次設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想必須滿(mǎn)足以下幾個(gè)性能： 平地、 越障 兩用；平地行駛效率高，操作方便 簡(jiǎn)單； 越障 時(shí)重心波動(dòng)緩和，穩(wěn)定性好；不平坦地形下對(duì)系統(tǒng)的重心作適時(shí)調(diào)節(jié)，避免車(chē)體傾斜給使用者帶來(lái)恐懼；輪椅結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉。 為了滿(mǎn)足上述要求，考慮到 復(fù) 合式 具有良好的越障能力，所以本次設(shè)計(jì)采用輪腿式復(fù)合機(jī)器人結(jié)構(gòu)， 正常行駛時(shí)輪式工作，采用四輪驅(qū)動(dòng)；遇到障礙時(shí)腿式 5 工作，從而適應(yīng)大多數(shù)地形；車(chē)身則采用自動(dòng)導(dǎo)軌式調(diào)平結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)方便。 該種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)有： 第一， 平順的行駛能力。輪椅小車(chē)在平地行駛時(shí)，由于其結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)， 四輪 都有 單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) ，利用 輪軸系統(tǒng) 傳遞動(dòng)力，使小車(chē)輪快速的前進(jìn)，其效率與普通輪式驅(qū)動(dòng)車(chē)輛相同。當(dāng)遇到可跨越的障礙時(shí)， 四輪 演變成 腿式機(jī)器人 形星翻 越障礙物 前進(jìn)。 第二， 可靠的 越障 能力。輪椅小車(chē) 翻越障礙 時(shí)，小車(chē)輪 四輪 驅(qū)動(dòng)電 動(dòng) 機(jī)停止，抬腿電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)抬腿以通過(guò)障礙 ， 轉(zhuǎn)向時(shí)通過(guò)單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) ，輪 子 不轉(zhuǎn)動(dòng)。這使得在 翻越障礙 過(guò)程中，小車(chē)輪不會(huì)發(fā)生滾動(dòng)，使得運(yùn)動(dòng)方位的控制得到精確的保證。這一優(yōu)點(diǎn)對(duì)小車(chē) 越障 控制尤其重要。 第三，對(duì) 控制方式容易實(shí)現(xiàn)。任意時(shí)刻輪椅 四輪同步驅(qū)動(dòng)行走 ， 轉(zhuǎn)向和抬腿都由單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)， 這樣就能準(zhǔn)確控制移動(dòng)輪椅的行走狀態(tài)。 第四， 由電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制器來(lái) 實(shí)現(xiàn)輪椅的 正常前進(jìn) 、 實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向 、 抬腿前進(jìn) 三個(gè)基本運(yùn)動(dòng)單元。 體方案 體方案 本設(shè)計(jì)方案中的輪腿式機(jī)器人 它 是 具有足夠的流動(dòng)性簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)為目標(biāo)的環(huán)境中，其作用機(jī)理是不同的從那些 其他 的移動(dòng)機(jī)器人。四個(gè)車(chē)輪被安裝在每一個(gè)腿尖，和腿機(jī)構(gòu)是很簡(jiǎn)單的。 在此輪椅 系統(tǒng)有四個(gè)活動(dòng)輪， 只有 五個(gè)活動(dòng) 軸，而機(jī)器人可以 直接 移動(dòng) 通過(guò) 一部分的水平的地形。 當(dāng)遇到障礙物的時(shí)候 它 可以像一個(gè)機(jī)器人移動(dòng)也走在臺(tái)階上像腿式機(jī)器人，盡管組成的 機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 。 構(gòu)分析 根據(jù)本次設(shè)計(jì)的要求有一下三個(gè)前提： 輪腿機(jī) 器人作為機(jī)器人的基本討論 越障 地形合適的機(jī)制，因?yàn)檫@兩個(gè)車(chē)輪和腿是必要的崎嶇地形的機(jī)器人 ， 這類(lèi) 機(jī)器人，同時(shí)具有高速和高非結(jié)構(gòu)化地形的適應(yīng)性 ； 提出了機(jī)器人在地面上有四個(gè)接觸點(diǎn)。四是最小數(shù)目，以維持其穩(wěn)定性當(dāng)它提出了一條腿支撐它的身體其他 6 三條腿 ； 連接到每個(gè)車(chē)輪的前端的一條腿，因?yàn)樵诤芏嗲闆r下，沒(méi)有足夠的空間可設(shè)置的腿和車(chē)輪單獨(dú)的機(jī)器人身體上。 對(duì)于機(jī)器人輪椅來(lái)說(shuō) 方向控制機(jī)器人是必要的 ，在正常行駛的過(guò)程中，以及在越過(guò)障礙的時(shí)候，都是需要準(zhǔn)確控制的。 對(duì)于這一點(diǎn)，阿克曼轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)或機(jī)制圖 1中示出的是用于轉(zhuǎn)向。 圖 2障功能 一般功能腿機(jī)制有利于示于 下 表。當(dāng)所有的腿不具備多個(gè)自由度，無(wú)法實(shí)現(xiàn)的 轉(zhuǎn)向 功能，在 下 表（圖 2）。假設(shè)只有 運(yùn)動(dòng) 1和 2的是可以實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)椴灰欢ㄐ枰δ?3腿尖位置進(jìn) 行調(diào)整車(chē)輪。其結(jié)果是，使腿機(jī)制可以變得相當(dāng)簡(jiǎn)單。為了實(shí)現(xiàn)功能 2，它至少是必要的腿頂端能夠移動(dòng)垂直及橫向，如圖 3中所示。 圖 2體位置調(diào)整，而不 離開(kāi) 圖 2型機(jī)器人可以選擇 支持任意位置。 支承點(diǎn)的位移優(yōu)選的是，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)功能的一個(gè)的自由度，以避免了復(fù)雜的機(jī)制。因此，軸由在軋制控制方向，這兩個(gè)函數(shù)（ ）和（ 4）來(lái)實(shí)現(xiàn)，作為如圖 4所示。此外，（ ）及（ v），實(shí)現(xiàn)了由其他可驅(qū)動(dòng)的 軸設(shè)置，如圖 4所示。 7 這機(jī)制下稱(chēng)腿像車(chē)軸。為了四條腿（圖 5）實(shí)現(xiàn)的功能，機(jī)器人配備與上面的前部和后部的腿狀軸。 圖 2像車(chē)軸機(jī)制 圖 2兩個(gè)腿像軸前部和后部， 所以每腿可以提高其輪。 圖 2身體有可能下降，如果所有的車(chē)輪不能被驅(qū)動(dòng)。 驅(qū)動(dòng)和控制每個(gè)車(chē)輪獨(dú)立地是由于以下原因 ：當(dāng)輪椅車(chē)體 掉落在斜坡上移動(dòng)時(shí)，在粗糙地形有一種可能性，如圖 6中所示，如果所有的車(chē)輪還沒(méi)有激活的車(chē)輪 ； 左車(chē)輪的右輪的速度是不同的，即使在粗糙地形上直線移動(dòng)，最后，附著在車(chē)體 上的調(diào)整軸 。 該設(shè)計(jì)輪椅的 四個(gè)車(chē) 輪和四條腿的功能，并具有一個(gè)可控制的片的一部分，因此，它可以移動(dòng)崎嶇地形上的人或騎在它的水平的東西。另一方面，有四個(gè)主動(dòng)車(chē)輪和其他五個(gè)主動(dòng)軸。 輪腿式機(jī)器人 具有最小的自由度，除其他機(jī)器人具有相同的遷移率式樣。所以，這是一個(gè)新型崎嶇地形的機(jī)器人。 8 動(dòng)方式 在下圖中給出了輪腿式機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方式，以及越障過(guò)程，按照順序給出了輪椅越過(guò)障礙，向前移動(dòng)的過(guò)程圖。 圖 2動(dòng)方式圖 崎嶇的地形上移動(dòng)戰(zhàn)略腿部模式每個(gè)前輪的步驟超過(guò)了一個(gè)洞。之后，每個(gè)以同樣的方式在孔后輪步驟。 9 3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 要參數(shù)設(shè)計(jì) 主要尺寸 長(zhǎng)度： 1200度： 820度： 350量 120圈尺寸 半徑： 100度： 30機(jī) （直流電機(jī)） 23 W 40 W 電池 36 V 圖 3機(jī)選擇 擇電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型和結(jié)構(gòu)形式 因?yàn)槲覀兊妮喴涡枰軌蚺罉窃秸?，所以?duì)電機(jī)的要求就比較高。所以我們選擇電動(dòng)單輪車(chē)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為電動(dòng)輪椅的電機(jī)。永磁直流無(wú)刷電機(jī)是一種典型的機(jī)電一體化電機(jī) , 除了有普通直流電機(jī)調(diào)試性能好、調(diào)速范圍寬和調(diào)速方式簡(jiǎn)單的特點(diǎn)外 , 還有功率因素高、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、運(yùn)行效率高等優(yōu)點(diǎn) , 特別是由于它不存在機(jī)械換相器與電刷 , 大大的減少了換相火花 , 機(jī)械磨損和機(jī)械噪聲 , 使得它在中小功率范圍內(nèi)得到了更加廣泛的應(yīng)用 , 是電機(jī)的主 要發(fā)展方向之一。 對(duì)于永磁直流無(wú)刷電機(jī)的控制方式 , 可以分為兩大類(lèi)有位置傳感器控制方式和無(wú)位置傳感器控制方式。典型的有位置傳感器控制方式是使用霍爾傳感器控制方式。無(wú)位置傳感器控制方式是目前比較廣泛使用且較為新穎的一類(lèi)控制方式 , 包含有反電動(dòng)勢(shì)控制方法、磁鏈計(jì)算法、狀態(tài)觀測(cè)器法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制法等。反電動(dòng)勢(shì)控制方法中對(duì)驅(qū)動(dòng)橋和電機(jī)在外電路過(guò)流時(shí)的保護(hù)極為重要 , 對(duì)軟件發(fā)生錯(cuò)誤動(dòng)作時(shí)負(fù)載的保護(hù)也提出了較高的要求 6。目前我國(guó)電動(dòng)車(chē)所使用的 10 電機(jī)一般為直流電機(jī)，直流電動(dòng)機(jī)具有運(yùn)行效率高、調(diào)速性能好等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的直流電機(jī)是有刷直流電機(jī)，但由于電刷的存在，帶來(lái)了因機(jī)械摩擦而產(chǎn)生的噪聲、火花、電磁干擾等缺點(diǎn)，再加上電機(jī)的制造成本高、維修困難、使用壽命短等，其使用范圍受到很大影響。 目前在直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)中常用的位置傳感器種類(lèi)主要有如下幾種： 第一，電磁式位置傳感器。電磁式位置傳感器是利用電磁效應(yīng)來(lái)測(cè)量轉(zhuǎn)子位置的，有開(kāi)口變壓器、鐵磁諧振電路、接近開(kāi)關(guān)電路等多種類(lèi)型，在 用的較多的是開(kāi)口變壓器。電磁式位置傳感器具有輸出信號(hào)大、工作可靠、壽命長(zhǎng)、對(duì)環(huán)境要求不高等優(yōu)點(diǎn)，但這種傳感器體積較大，信噪比較低，同 時(shí)，其輸出波形為交流，一般需經(jīng)整流、濾波方可使用。 第二，磁敏式位置傳感器。磁敏式傳感器是利用某些半導(dǎo)體敏感元件的電參數(shù)按一定規(guī)律隨周?chē)艌?chǎng)變化而變化的原理制成。其基本原理是霍爾效應(yīng)和磁阻效應(yīng)。目前，常見(jiàn)的磁敏式傳感器由霍爾元件或霍爾集成電路、磁敏電阻和磁敏二極管等組成。一般來(lái)說(shuō)，這種器件對(duì)環(huán)境適應(yīng)性很強(qiáng)，成本低廉。 第三，光電式位置傳感器。光電式位置傳感器是利用光電效應(yīng)，由跟隨電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)的遮光部分和固定不動(dòng)的光源等部件組成。有絕對(duì)式編碼器和增量式編碼器之分，增量式編碼器精度很高，多用于 精密控制中，價(jià)格昂貴，且需要附加初始位置定位裝置；絕對(duì)式編碼器價(jià)格低廉，不需要初始定位，但精度不高，可用于一定的速度控制中?？傊?，光電式位置傳感器性能比較穩(wěn)定，體積小、重量輕，但對(duì)環(huán)境要求較高。逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成交流電向電機(jī)供電，與一般逆變器不同，它的輸出頻率不是獨(dú)立調(diào)節(jié)的，而受控于轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，是一個(gè)“自控式逆變器”。 于采用自控式逆變器，電機(jī)輸入電流的頻率和電機(jī)轉(zhuǎn)速始終保持同步，電機(jī)和逆變器不會(huì)產(chǎn)生振蕩和失步，這也是 重要優(yōu)點(diǎn)之一。 本次我們選用的無(wú)刷電動(dòng)機(jī)型號(hào)是 24V， 600W 的電動(dòng)機(jī)，蓄電池采用的就是24流無(wú)刷電機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性的線性度好，調(diào)速范圍廣，壽命長(zhǎng)，維護(hù)方便噪聲小，不存在因電刷而引起的一系列問(wèn)題，所以這種電動(dòng)機(jī)在控制系統(tǒng)中有很大的應(yīng)用潛力。在控制無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)中，基本框架如圖 11 圖 3相無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)框圖 電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型和結(jié)構(gòu)形式應(yīng)根據(jù)電源種類(lèi)為直流，根據(jù)工作條件以及工作方式，確定電機(jī)為直流 、 封閉自冷式。作為 小功率直流馬達(dá)，可在各種裝置中用作驅(qū)動(dòng)元件。二、使用條件海拔不超過(guò) 4000m;環(huán)境溫度： 0ºC；相對(duì)濕度：小于等于 95%（± 25ºC） 允許溫升：不超過(guò) 75K（海拔為 1000、型號(hào)說(shuō)明 如： 90 8/0 表示：機(jī)座號(hào)用 55、 70、 90、 110表示其相應(yīng)機(jī)座外徑為 55 110 磁式直流電動(dòng)機(jī) 08 表示：鐵芯長(zhǎng)代號(hào) 051 101 生結(jié)構(gòu)，其代號(hào)用 每個(gè)機(jī) 座號(hào)按用戶(hù)提出 要求順序排列功率在： 30W配直流調(diào)速器可無(wú)級(jí)調(diào)速。四、技術(shù)參數(shù)：功率：20W1200W；電壓： 24V、 36V 、 48V 、 90V、 110V、 180V、 220V ；扭矩：速： 1500r/000r/000r/5、 70)；安裝方式： 腳安裝 蘭安裝 (6)機(jī)座外徑為 ( 55、 70、 90、 110、 130五、安裝形式 安裝機(jī)構(gòu)型式 安裝結(jié)構(gòu)型式代號(hào) 機(jī)座號(hào) 單軸伸 雙軸伸 機(jī)殼 外圓安裝 512 圖 3裝機(jī)構(gòu) 走機(jī)構(gòu)電機(jī)選擇計(jì)算 高通過(guò)性輪椅最大質(zhì)量為 M=160取輪與地面的摩擦系數(shù) f 為 O 25，機(jī)器人由四輪驅(qū)動(dòng)，故每個(gè)輪承擔(dān)的最大重量為 m=40據(jù)摩擦力計(jì)算公式F=0*10=100N 。力矩公式 T=代人得所需電機(jī)的轉(zhuǎn)矩T=100*100=10000N² 走機(jī)構(gòu)電機(jī)功率的計(jì)算 根據(jù)公式 v/1000=100*40W,因此得到所需的電動(dòng)機(jī)功率為 140W。 所以選擇四個(gè)驅(qū)動(dòng)輪電機(jī)為 150W，選用無(wú)極調(diào)速。 動(dòng)輪系統(tǒng)設(shè)計(jì) 體結(jié)構(gòu) 電機(jī)與車(chē)體之間的連接是通過(guò)螺栓、 L 型鋁材和開(kāi)槽圓柱頭螺釘來(lái)實(shí)現(xiàn)的。聯(lián)接驅(qū)動(dòng)輪的套筒材料選用強(qiáng)度和剛度較好的 45鋼。該驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力傳遞過(guò)程是：電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)與之連接的套簡(jiǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)從而使驅(qū)動(dòng)后輪轉(zhuǎn)動(dòng)，于是實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人的前進(jìn)。套筒與驅(qū)動(dòng)輪問(wèn)采用較緊的過(guò)盈配合，套筒與電機(jī)軸 配合采用較小的過(guò)盈配合。 動(dòng)輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 如圖 5所示，驅(qū)動(dòng)輪外因材料為橡膠。輪觳材料為尼龍 66。為減輕輪子重量，在輪上有六個(gè)均勻分布的減重孔。驅(qū)動(dòng)輪的軸孔是根據(jù)電機(jī)的軸徑而定的。 端蓋凸緣安裝 5腳安裝 513 圖 3 圖 3輪軸 )的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 筒 (輪軸 )的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) (1)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。如圖所示。該軸在 為傳動(dòng)軸。由于要與電機(jī)軸相連，故做成空心軸 (套簡(jiǎn) )。由于外聯(lián)驅(qū)動(dòng)輪，故做成光軸。套筒與電機(jī)軸用 圓柱銷(xiāo)聯(lián)接套筒上開(kāi)一 3筒的長(zhǎng)度主要取決于后輪的寬度及電機(jī)軸的長(zhǎng)度，計(jì)算為 32筒上銷(xiāo)孔與筒端的距離取為 6 (2)強(qiáng)度校核。行走機(jī)構(gòu)屬于重要的部件。套簡(jiǎn)要承受一定的載荷，故選用 45號(hào)鋼。該軸主要承受扭矩及不大的彎矩，故按扭矩來(lái)計(jì)算軸的強(qiáng)度。 圖 3機(jī)固定板結(jié)構(gòu)圖 圖 3定板結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 (3)電機(jī) 固 定板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。如圖 7所示。我們將驅(qū)動(dòng)輪電機(jī)固定板加 I：成 機(jī)同定板材料選用 寸據(jù)電機(jī)的尺寸而定。電機(jī)與同定板的 聯(lián)接使用 3個(gè) 定板與底盤(pán)的聯(lián)接使用 3個(gè) 布如左圖。 14 設(shè)計(jì)與校核 體設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)的電動(dòng)輪椅中共有兩根軸，材料均為 45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理 50 ， 45號(hào)鋼的 6 0 0 M P ，其屈服極限為 3 5 5 M P ，對(duì)塑性材料有：彎曲 F ，扭轉(zhuǎn) 0 0 ，擠壓 1 2 p ，剪切 0 0 j 。因 45號(hào)鋼許用拉應(yīng)力為 355 1 7 7 . 5 M P ， 塑性材料通常取 故 1 7 8 M P a ， 90M 。 其設(shè)計(jì)如下： 軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為： 395500000 . 2 則有： 3 ，取25A，則 ，取與輪配合的軸徑為 0。 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)軸的直徑選擇相應(yīng)的鍵，從而確定鍵槽尺寸 ,此軸中間一段只要一般的粗糙度即可，而兩端與軸承配合的軸要保證相當(dāng)?shù)木龋溆嗟谋ＷC普通精度即可。 的校核 此軸主要受扭矩作用，所以只要對(duì)軸 進(jìn)行扭轉(zhuǎn)應(yīng)力強(qiáng)度校核即可，查閱參考文獻(xiàn)可知校核公式為： 。 軸的兩端為危險(xiǎn)截面，應(yīng)對(duì)它進(jìn)行扭應(yīng)力強(qiáng)度較核： m 5 式中： a x ； 33 0 0 0 1 5 p 。 代入數(shù)據(jù)可得： M P a xm a x 。 由此可知強(qiáng)度符合要求，設(shè)計(jì)合理。 帶設(shè)計(jì) 由機(jī)械設(shè)計(jì)表 K，故擇 V 帶類(lèi)型 根據(jù) 1n =970r/ 機(jī)械設(shè)計(jì)圖 8用 初選小帶輪基準(zhǔn)直徑 1查表 8dd =60帶輪直徑 1 2 1/2 得出 260 算帶速 v d 10100 060 100 060100 060 11 因?yàn)?55 ，故帶速合適。 帶的中心距 a 和基準(zhǔn)長(zhǎng)度 (1)由式 )(2)(121 0 得 450200 0 a，取 16 (2)計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 04 )()(22020 12210 由機(jī)械設(shè)計(jì)表 8帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度50(3)計(jì)算實(shí)際中心距 a 502 00 d d 180121 算帶的根數(shù) 查機(jī)械設(shè)計(jì)表 8K （ （ (160表 8K 查表 8 （ 970(1200r 00 根 算單根 由機(jī)械設(shè)計(jì)表 8型帶的單位長(zhǎng)度質(zhì)量 ，所以 KF 00)( 2m 17 應(yīng)使帶的實(shí)際初拉力 ( 。 算壓軸力 壓軸力的最小值為 1 = p 2)( 1m 輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 因?yàn)閹л喼睆捷^小故采用實(shí)心式，取帶輪寬為 30 輪半徑尺寸研究 圖 3尺寸的車(chē)輪半徑 圖 2，腿的運(yùn)動(dòng)模式在 2步中，當(dāng)移動(dòng) 時(shí) 所示，后面 的步驟獲得關(guān)注。開(kāi)始時(shí)，我覺(jué)得最低值。車(chē)輪半徑小移動(dòng)在腿部模式輪心理的優(yōu)點(diǎn)是在接觸工序在該過(guò)程中，它能夠降低擺動(dòng)的步伐 。級(jí)擺動(dòng) 8， 步幅車(chē)輪半徑或以騎差異，和 必需的。所需的步幅在車(chē)輪半徑的差異但我示于 左 圖的變化如何。步幅實(shí)現(xiàn)由移動(dòng)轉(zhuǎn)向軸調(diào)整，但文學(xué)硬脂酸更多所需的操作量的運(yùn)作調(diào)整軸的靜態(tài)穩(wěn)定性影響的腳的模式，如盡可能小然而，凹凸輪模式到一個(gè)較小的車(chē)輪半徑地面移動(dòng)性降低。我這里的凸塊我覺(jué)得從車(chē)輪扭矩眼睛所需的最小尺寸的車(chē)輪。 輪椅 是凸的，和前輪車(chē)輪模式移動(dòng)至 下 圖中的 第一 塊接觸時(shí)， 輪 的狀態(tài)。在這個(gè)時(shí)候，四輪驅(qū)動(dòng)的輪驅(qū)動(dòng)力的后輪和前輪的驅(qū)動(dòng)力 為它是一個(gè)動(dòng)態(tài)我可以利用。但是，在另一方面，前， 后，顯示在圖 中 條在某些情況下，兩個(gè)輪子是在同一時(shí)間在與凸塊接觸。在這種情況下，例如登高凸塊只驅(qū)動(dòng)力各車(chē)輪應(yīng)。因此，這是在與凸塊接觸確定的最低值的觸的凸塊圖 10是前輪的驅(qū)動(dòng)扭矩我告訴你是怎么。在這里， 18 前車(chē)輪轉(zhuǎn)矩發(fā)生力施加重量 個(gè)階段，到前輪，從步驟接點(diǎn) G N 的角度 W 的，和 N， 車(chē)我和車(chē)輪半徑為 個(gè) 3 N，和 N= 此外，下式成立時(shí)前輪最多的凸塊。 N 為靜摩擦系數(shù)，是小于的最大靜摩擦系數(shù) 臺(tái)階高度是確定上述 當(dāng)你強(qiáng)迫的輸出范圍內(nèi) 混凝土或?yàn)r青和汽車(chē)輪胎的一般道路表面的靜摩擦系數(shù) 的這是說(shuō)， a 有障礙的路上 b 圖 3在 W= 31 ，當(dāng)公式 = 局面。此時(shí)，關(guān)系 R 和 句話說(shuō)，沒(méi)有另一車(chē)輪模式的車(chē)輪的驅(qū)動(dòng)力，使每個(gè)車(chē)輪爬升 。上 式中的 是必要的，如果你想移動(dòng)至圖的情況下，即使在凸塊 果一個(gè)單一的， 圖這是可能的爬上凸部（ 4個(gè)）以上。有關(guān)以上車(chē)輪的尺寸的結(jié)論 7 它是在下面，所以需 要更少的比最大步長(zhǎng)的腿模式 R.，取值范圍為 （邁開(kāi)腿模式的最大 距離 ） <R 19 結(jié) 論 一個(gè)好的設(shè)計(jì)需要注意到方方面面，稍微的馬虎就能給整個(gè)設(shè)計(jì)帶來(lái)不必要的麻煩，而要成為一個(gè)好的設(shè)計(jì)師就要充分考慮到設(shè)計(jì)過(guò)程中可能遇到的諸多問(wèn)題，養(yǎng)成良好的設(shè)計(jì)習(xí)慣，積累更多的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于設(shè)計(jì)工作都是相當(dāng)重要的。經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，盡管設(shè)計(jì)之中有許多的缺點(diǎn)和不足，甚至出現(xiàn)了不應(yīng)該有的錯(cuò)誤，但是都是通過(guò)自己 認(rèn)真設(shè)計(jì)下來(lái)的，對(duì)于每一個(gè)問(wèn)題體會(huì)會(huì)相當(dāng)?shù)纳羁獭?隨著畢業(yè)設(shè)計(jì)接近尾聲，大學(xué)學(xué)習(xí)和生活也即將結(jié)束，收獲頗多，感受頗多，也希望自己在將來(lái)的設(shè)計(jì)道路上走的更好，不枉大學(xué)四年的學(xué)習(xí)和老師的教導(dǎo)。 通過(guò)此次設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)自己在設(shè)計(jì)過(guò)程中存在許多缺點(diǎn)與不足。例如：靈感思維欠缺，產(chǎn)品創(chuàng)新思維未能很好的表達(dá)，對(duì)于細(xì)節(jié)的把握不夠準(zhǔn)確，個(gè)別方案的結(jié)構(gòu)并不是十分合理，自己所設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品相比于現(xiàn)有產(chǎn)品并沒(méi)有太大突破；對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝、加工方式、結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)等方面的了解不夠，缺乏足夠的技術(shù)支持；在手繪效果圖的表現(xiàn)方面還不是 很成熟，一些效果圖的細(xì)節(jié)沒(méi)有表達(dá)清楚；對(duì)專(zhuān)業(yè)軟件的一些功能了解還不完善。高通過(guò)性輪椅的機(jī)械結(jié)構(gòu)方案應(yīng)該在一以下方面還需要仔細(xì)推敲和細(xì)化：對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步細(xì)化，使產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)更加合理，深入了解生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，以選擇最佳的生產(chǎn)工藝生產(chǎn)上下樓梯機(jī)，了解各種材料的應(yīng)用。對(duì)于機(jī)器內(nèi)部各個(gè)構(gòu)件的連接的合理性要進(jìn)行更加仔細(xì)和深入的研究。完全擺脫現(xiàn)有的產(chǎn)品外觀造型，對(duì)造型元素的再深入設(shè)計(jì)。對(duì)各個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)方式透徹了解，將來(lái)在工作當(dāng)中能夠順利的完成設(shè)計(jì)任務(wù)。 20 參考文獻(xiàn) 1 蔡自興 M清華大學(xué)出版社， 2000. 2 蔡自興 J2000. 3 國(guó)家 863計(jì)劃智能機(jī)器人專(zhuān)家組 中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社， 2001 4 梁斌，王巍，王存恩 中國(guó)航天， 2003 5 蔡鶴皋 1 世紀(jì)技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn) 1 卷 6 張海洪 龔振邦 . 具有越障功能的全方位移動(dòng)機(jī)構(gòu)研究 . 高技術(shù)通訊 ,2001 7 蔡改貧 吳光華 歐陽(yáng)田 . 越障機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與仿真 有色金屬， 8 張駿 楊杰 杜華生 吳月華 吳建兵 . 關(guān)于 小型越障機(jī)器人越障過(guò)程中本體位姿控制的研究 . 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào) ， 9 汪增福 關(guān)勝曉 曹洋 . 一種主動(dòng)適形越障機(jī)器人的設(shè)計(jì)與特性分析 機(jī)仿真 . 10 陳慧寶 李婷 徐解民 . 關(guān)節(jié)式履帶機(jī)器人的爬梯性能研究 . 電子機(jī)械工程 1. 15 肖俊君 尚建忠 羅自榮 . 一種多姿態(tài)便攜式履帶機(jī)器人傳動(dòng)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 機(jī)械設(shè)計(jì) ， 18 蘇和平 王人成 . 一種雙聯(lián) 星形輪機(jī)構(gòu)電動(dòng)爬樓梯輪椅的設(shè)計(jì) 19 蘇和平 王人成 . 爬樓梯輪椅的研究進(jìn)展 20 喬風(fēng)斌 楊汝清 . 六輪移動(dòng)機(jī)器人爬樓梯能力分析 . 機(jī)器人 . 21 武明 項(xiàng)海籌 張濟(jì)川 . 新型爬樓梯輪椅穩(wěn)定性的靈敏度分析 . 甘肅工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) . 22 范明聰 吳月華 楊杰 . 高機(jī)動(dòng)性越障機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析與軌跡控制研究 23 康玉輝 . 基于虛擬樣機(jī)技術(shù)的六輪腿移動(dòng)機(jī)器人研究 . 南京理工 大學(xué)碩士學(xué)位論文 25 陸豐勤 . 多功能爬樓梯裝置的研究及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . 南京理工大學(xué)碩士學(xué)位論文， 2008 34 陳立平 北京 2005 21 致 謝 畢業(yè)設(shè)計(jì)已結(jié)束，本次設(shè)計(jì)從選題到完成整個(gè)過(guò)程中得到了 張 老師的悉心指導(dǎo)。從 張 老師身上不僅學(xué)到了理論知識(shí)，更多的是待人接物與為人處世的道 理。其嚴(yán)以律己，寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實(shí)無(wú)華、平易近人的人格魅力，使人倍感溫馨。 在此真誠(chéng)的感謝 張 老師。愿導(dǎo)師合家歡樂(lè)，一生平安，工作順利。也感謝各位老師和同學(xué)，祝愿大家以后工作順利。 22 圖紙簡(jiǎn)介 23 24 25 26 27 28