2.1.1 车轮运动学模型 8

2.1.2 底盘的运动学建模 9

2.2 三种基本运动的动力学分析 12

2.2.1 爬楼运动动力学 12

2.2.2 平地运动纵向动力学 13

2.2.3 自平衡模式动力学 14

2.3 动力学模型分析 18

第三章 基于 ADAMS 的建模仿真 20

3.1 ADAMS 仿真简介 20

3.2  基于 ADAMS 建模的主要步骤 20

3.3 电动轮椅底盘的 ADAMS 仿真 24

3.3.1 驱动函数的定义 24

3.3.2 底盘三种运动的仿真分析 26

第四章 基于 ADAMS 与 MATLAB 的联合仿真 30

4.1 联合仿真控制总体方案 30

4.2 ADAMS 与 MATLAB 联合控制模型的建立 31

4.2.1 确定 ADAMS 输入和输出变量 31

4.2.2 控制算法的选择 31

4.2.3 建立控制系统模型 33

4.3 ADAMS 与 MATLAB 的联合仿真 34

第五章 研究结果及验证 37

5.1 研究结果 37

5.2 验证分析 37

5.3 基于 ADAMS+MATLAB 的电动轮椅联合仿真 37

5.4 存在问题 37

5.5 展望 37

致 谢 39

参 考 文 献 40

第一章 绪论

本章介绍了本课题仿真的关键轮系—— 行星轮系，和主要的应用软件—— MATLAB，ADAMS, 以及课题的研究背景、研究目的和研究的意义[1]，并对国内外 虚拟样机技术的现状进行了一定的研究和对比。同时提出本课题的主要研究内容与研 究方法。

1.1 简介

1.1.1 ADAMS+MATLAB 联合仿真

联合仿真，就是先在 ADAMS 中对已有的（或 ADAMS 中新建的）模型进行运 动学和动力学的仿真，在 MATLAB 软件中创建控制系统模块，再建立仿真模型，然 后将 MATLAB 的输出作为 ADAMS 的输入控制，二者联合起来对虚拟样机进行仿真 调试的过程。

1.1.2 电动爬楼轮椅

本设计是一款由均匀分布在“Y”形或“+”或“-”字形轴上的许多个小轮构成的双联 动的行星轮式的多功能轮椅[10]，参考的是 IBOT2 轮椅的结构，由行星轮系完成轮椅 普通行走、自平衡模式和爬楼的功能，在结构设计中，添加了两个辅助小轮，它的运 动方式可以通过轮椅的运动方式来调整，在平地上运动时，小轮的运动方式为自转； 小轮绕轴公转，则能达到爬楼目的，如图 1-1 所示。

图1 -1 IBOT2

本课题采用左右对称布置在两边的两个行星轮（双联），轮椅主要由以下四个部分组成：车身、齿轮传动机构、电机和控制系统。在轮椅底座的左右两侧各安装一组 车轮，而我们分组的时候，又是按照前后来分的。用四个电机分别来驱动左右的两个 轮子，前面一组安装的是正常行走模式下的驱动轮，后面一组是爬楼时的驱动轮。