1。2轮椅式服务机器人的国内外研究现状

1。3 本文的主要研究内容

本课题是关于一种基于轮-履变结构的轮椅式服务机器人的设计，有别于普通人力推动的或电力驱动的轮椅，其在功能方面更为广泛。轮椅式服务机器人的整体结构主要分为两部分——轮-履变结构的移动机构和与座椅关联的康复训练机构。

本文结构设计的关键部分是对于基于轮-履变结构的滚轮的研究。该轮-履变结构滚轮打破了传统手动轮椅只能在平地上或坡度较小的斜坡上移动的限制，在遇到不同的路况时，滚轮可以变形为滚轮模式或履带模式两种不同的模式前进，不仅能够帮助使用者攀爬楼梯和斜坡，还能越过一些较窄的沟槽，这大大地提高了使用者的出行状况。

康复训练机构则可以灵活地改变座椅的位置和姿态，使用者可以在座椅上保持坐下和平躺等体位，这不仅可以帮助残障人做康复训练，还可以帮助使用者做一些平时无法做到的事情，比如拿位置较高的物品。同时这种机构在机器人上下楼梯和斜坡时还可以调整使用者重心的位置，使座椅保持水平，提高使用者的安全性。

第二章 轮椅式服务机器人的结构设计

2。1轮椅式服务机器人的设计要求分析

本文所设计的轮椅式服务机器人的硬件结构主要由滚轮、座椅、康复训练机构机构及其相应的驱动电机等构成，具有适应多种路况的能力。对机械结构的研究主要分为两方面内容——轮-履变结构的移动机构和康复训练机构。因为机器人的硬件配置会直接影响到使用者的出行状况，所以其机械结构的设计研究过程中一个极其重要的环节。

考虑到机器人的实际的生产和使用情况，需要满足以下要求：外形总体尺寸不宜太大、结构和控制简单、成本要低、可以在多种路况上使用。通过分析国内外轮椅式服务机器人的研究情况，最终确定本文所设计的轮椅式服务机器人的具体要求：

(1)结构简单，体积适中，最大行进速度0。5m/s，最大爬坡角度。

(2)具有较强的路况适应能力，具有一定翻越障碍的能力，可以上下楼梯。

(3)可以使使用者在轮椅上在多个体位和位置自由切换。

(4)为了方便使用者出行时可以携带一些物品，机器人需要具有一定的冗余度，共可承载100Kg的重量。

(5)采用模块化的结构设计，在装配时各模块之间相互独立，互不影响。

2。2轮椅式服务机器人的整体结构设计

通过分析国内外轮椅式服务机器人的机械结构，结合本课题提出的功能要求，本节提出了一种新型轮椅式服务机器人的设计方案。如图2-1所示是机器人的三维模型。

图2-1 轮椅式服务机器人的三维模型

如图2-2所示是轮-履变结构滚轮在滚轮模式和履带模式之间切换的过程。滚轮内部的打开机构打开时可以撑开弹性履带，收回时弹性履带又会重新收缩到滚轮上，这就使滚轮有了可重构的特点。在路况较好时机器人采用滚轮模式移动，当碰到楼梯或崎岖路面时，可以变形为履带模式提高越障能力。这样机器人就同时拥有了滚轮和履带两种移动方式的优点。

图2-2 轮-履变结构变形过程论文网

康复训练机构由旋转机构和座椅构成。旋转机构与轮-履变结构滚轮同轴安装，可以在90度范围内的转动，机器人的电源、控制系统和滚轮的驱动电机等都安装在旋转机构内部。座椅通过旋转臂与旋转机构连接，可以自由地改变高度和位置。当旋转机构处于水平位置时，座椅底面和旋转机构顶面重叠在一起，这是机器人的常态；随着旋转机构的旋转，座椅同时也配合不同的角度旋转，可以改变座椅的高度和位置；当旋转机构旋转至竖直位置时，座椅达到最高位置。当座椅靠背放下时，使用者可以横躺在座椅上，如图2-3所示。