论文的主要研究内容包括以下几个方面:

(1)完成轮椅的机械结构设计,确定轮椅的爬楼执行机构,以及轮椅在无障碍条件下的工作方式,确定两种工作方式直接的切换机构;

(2)选定轮椅的驱动电机及电池,分为履带式驱动源和轮式驱动电机;

(3)完成轮椅的控制系统设计,完成系统总体设计、芯片选型及控制电路的硬件电路设计。

论文的章节安排如下:源:自/优尔-·论,文'网·www.youerw.com/

第1章主要介绍课题研究背景和意义,对现有的爬楼梯轮椅进行分析对比。初步确定本设计方案,选定轮椅工作方式,形成初步的设计思路;

第2章主要对轮椅进行总体方案确定,确定轮椅的整体框架和总体系统,参照轮椅预想的功能完成模块化的设计;

第3章主要完成爬楼梯电动轮椅的机械结构设计,包括执行机构、切换机构、座椅及机架等模块的设计,完成零件图和总体装配图;

第4章主要对轮椅进行动力学分析,包括履带式爬楼结构、轮式走行结构的计算,确保电动轮椅的正确性和合理性;

第5章主要确定轮椅动力机构,完成控制系统的总体设计,传感器、芯片和驱动器选型,完成硬件电路设计。

1.4  本章小结

本章首先对轮椅的使用情况做出简要分析,得知越来越多的场合需要一种新型的、智能化的爬楼梯轮椅去辅助老年人和下肢残疾人士进行社会活动。接着对国内外现有的爬楼梯机构进行了优缺点分析。步行式爬楼机构结构复杂,对控制系统要求高;行星轮式爬楼机构运行不平稳,重心波动大,体积较大,不适合家居使用;其他辅助设计不能很好地和轮椅融为一体,使用范围受限制。综合以上因素考虑,最终确定使用履带式结构作为本次爬楼梯电动轮椅的爬楼梯机构。

 2  爬楼梯轮椅总体方案设计

2.1  爬楼梯轮椅总体功能要求

轮椅的使用者多为年老体弱者以及下肢伤残患者,本次设计的爬楼梯电动轮椅必须满足以下要求[10]:

(1) 平地、楼梯两用,保证轮椅在两种工作方式之间的切换平滑。操作简单;

(2) 平地行驶效率高,运动灵活,使用简单方便,适用性广,适合多种尺寸楼梯的攀登;

(3) 爬楼过程中运行平稳可靠,重心波动小,平稳舒适;

(4) 爬楼时始终保持座椅水平,保证上、下楼过程中的安全性。

2.2  整体设计思路文献综述

轮-履混合式爬楼梯电动轮椅的设计主要包括以下几个过程:机械机构设计、动力机构和控制系统选择。各个模块预期实现的功能如下:①机械结构设计,轮椅的机械本体可大致分为:机架、座椅、执行机构、切换机构等。机架为支撑部分和连接部分,承载负重并将每个部分连接成为统一的整体,机架由刚性杆组成,保证整体良好的平衡性。座椅连接在机架上,并能随着人上下楼梯时产生的角度自动调整,保证人始终处于水平状态,提高轮椅的安全性。执行机构分为两套:一个是轮式执行机构,便于轮椅在平地行走;二是履带式执行机构,用于完成轮椅上下楼梯的任务。切换机构:采用电动推杆带动凸轮机构进行轮式和履带式之间的平滑切换。②动力结构选型,包括直流电机和蓄电池的功率计算和选型,以保证轮椅在户外环境下的自主供电和正常使用[13]。③控制系统设计,保证轮椅的操作简单合理,确保轮椅的稳定性和安全性。传感器的使用应该既能保证轮椅能够自动切换工作方式,自主完成由平地行走到上下楼的转换,自主完成爬楼梯任务;又能及时接受轮椅的位置状态信息,反馈到主控芯片,对轮椅进行实时调整,保证轮椅整个运行状态中的安全性和舒适性。

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