另外我们要求转弯精度要高，采用差动连接控制的方法。还要求轮椅可以在平地 上平稳行走，在设计时，可以将控制行走的两个电机的转速和转向设置一致；通过控 制两个行走电动机的转速，使控制外侧车轮的电机的转速高于控制内侧车轮电机的转 速，使形成的转速差来达到转弯的目的；在爬楼梯的时候，另外一对爬楼电动机驱动 行星轮绕轴线交替公转达到爬楼的目的。机构的传动简图如图 1-2 所示。

图1 - 2 底盘的机构简图

电动轮椅的两侧都有一个行星轮，电动机通过减速机构将动力传递到主轴，然后 齿轮再将其分配到两个行星轮上。为了使整个机构比较合理，由另外两个三相无刷直 流电机驱动，并采用内外轴的结构形式来驱动行星轮的支架以实现内轴驱动爬楼机构 翻转运动。因充气轮胎可以吸收轻微的振动，增加乘坐者的舒适性，且它的质量较轻， 所以在选材料方面我们选择充气轮胎较为合适。

1.2 课题研究背景及意义

本课题是基于 ADAMS 和 MATLAB 的电动轮椅的联合仿真研究，包含和融合了 机器人技术，涉及到多个学术领域，比如说导航技术、视觉技术、多传感器融合、人 工智能领域等。

国外在爬楼梯轮椅方面的研究比较早，并且种类多，有一些已经可以销售，走向 了商业化。但是，综合大部分国家和地区的民众生活水平，这些已经存在的轮椅大多 价格贵，而且结构复杂。国内对这个方面研究相对来说还是比较晚的，虽然也有很多 高校申请了过这方面的专利，但由于技术部够成熟，还存在比如重量大、安全性不高等一些客观的因素使其不能进入市场使用。就灵活性和安全性而言，不论是国外还是 国内，现有的大多数爬楼轮椅都不太能满足这一点，在执行爬楼梯动作时，仍然需要 人为的帮助才能实现[2]。由此可见，为了解决轮椅使用受限的难题，研究出一种成本 合适，功能多样、使用安全的轮椅将会是未来技术的发展方向。

1.3 轮椅的研究现状及优缺点

1.3.1 国外研究现状

1.3.2 国内研究现状

1.3.3 国内外爬楼轮椅的优缺点

1.4 课题设计研究内容与方法

1.4.1 课题设计研究内容

（1）在 SW 三维软件建立好正确的三维模型，将它导入 ADAMS 环境进行动力 学仿真分析；

（2）在 MATLAB/SIMULINK 环境下，构建系统的控制方块图；

（3）运用 PID 控制算法，进行 MATLAB +ADAMS 的联合控制仿真研究。

1.4.2 课题主要研究方法

本课题涉及面较大，研究内容较为复杂。涉及到机械设计、电子电工技术、机床 电器控制技术、计算机辅助设计技术等多学科知识领域，既包含了机械结构的本体设 计，又包含了控制系统的设计。

（1）机械结构的研究：行星轮系的底盘和轮椅的座椅的机械零件用 Solid Works 用建模和装配，在设计当中要尽量避免机械结构存在的干涉等问题，然后将三维模型 导入 ADAMS 中，对结构进行优化调整，避免装配不成功，还要降低加工的成本，提 高研究生产的效率。

（2）控制系统研究：主要是对电机转速和轮椅的运动动作的控制进行研究，先 对行星轮系和底座进行运动学分析，再确定系统的控制方案，后用 MATLAB 和 ADAMS的联合仿真进行控制算法的编写、搭建样机模型验证控制方案的合理性。 

第二章 行星轮电动爬楼轮椅的运动分析

本章内容研究的是电动爬楼轮椅的运动，在使用 ADAMS 动力学仿真软件时，先了 解对象的运动状态是非常有必要的。因此本章节介绍的内容必不可少。