【摘要】：隨著我國現(xiàn)代化進(jìn)程的加快,人們的物質(zhì)生活有了明顯的提高,與此同時(shí)伴隨著人口老年化的加劇以及殘障人士的日益增長,如何改善他們的生活是我們必須要面對的問題。雖然助老、助殘服務(wù)機(jī)器人系列產(chǎn)品有了一定的發(fā)展,但是普通的輪椅無法適用于溝壑、臺階、樓梯等路況。針對上述問題,本文設(shè)計(jì)了一款結(jié)構(gòu)簡潔、容易操控的多功能爬樓梯輪椅,可通過行星輪系的變換實(shí)現(xiàn)平地行走、站立行走和爬樓三種功能。使用聯(lián)合仿真技術(shù)驗(yàn)證虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)的合理性,在此基礎(chǔ)上搭建了物理樣機(jī),并根據(jù)輪椅的工作模式設(shè)計(jì)典型實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。本文的主要研究內(nèi)容如下:1.爬樓機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。通過對比星輪式、履帶式、腿式和復(fù)合式爬樓機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn),確定了爬樓機(jī)構(gòu)的方案,設(shè)計(jì)一款基于行星輪系的多功能爬樓輪椅。對輪椅越障過程進(jìn)行分析,并建立動(dòng)力學(xué)模型;同時(shí)根據(jù)輪椅的工作模式,對電機(jī)進(jìn)行選型,并建立了電機(jī)的數(shù)學(xué)模型。2.虛擬樣機(jī)的聯(lián)合仿真。設(shè)計(jì)了模糊自整定PID控制器,并在Simulink環(huán)境搭建了電機(jī)模糊自整定PID控制器,構(gòu)建了電機(jī)的閉環(huán)控制。將建立的三維模型導(dǎo)入ADAMS中,并通過MATLAB和ADAMS進(jìn)行聯(lián)合仿真,驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制算法的合理性。3.輪椅控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)�？刂葡到y(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括硬件電路的設(shè)計(jì)和軟件程序的編寫,硬件電路的設(shè)計(jì)主要包括基于STM32最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、外圍檢測電路和反饋電路的設(shè)計(jì)。軟件程序的編寫是根據(jù)輪椅的功能采用了模塊化的設(shè)計(jì)思想,同時(shí)設(shè)計(jì)了一款手機(jī)控制軟件以便于輪椅的調(diào)試。最后完成了爬樓輪椅控制系統(tǒng)軟/硬件調(diào)試。4.物理樣機(jī)的搭建與典型實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證。將設(shè)計(jì)的輪椅進(jìn)行加工裝配,搭建了爬樓輪椅的物理樣機(jī)。根據(jù)輪椅工作模式設(shè)計(jì)了輪椅直線行走、轉(zhuǎn)彎和爬樓等實(shí)驗(yàn),對整機(jī)進(jìn)行性能的測試。將所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對比,對測試實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和誤差來源進(jìn)行了分析。本文將虛擬樣機(jī)的數(shù)字化設(shè)計(jì)和物理樣機(jī)試驗(yàn)進(jìn)行結(jié)合,對爬樓輪椅的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析,對同類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和優(yōu)化具有參考作用。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,所設(shè)計(jì)的爬樓輪椅具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力和較高的穩(wěn)定性。
【學(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH789
【圖文】：

第 1 章 緒論題的背景與意義老齡化的問題已經(jīng)成為當(dāng)今世界所面臨的主要危機(jī)之一。根據(jù)日前聯(lián)世界人口展望》2017 年修訂版報(bào)告，該報(bào)告指出自 2005 年以來世界近 10 億，已經(jīng)達(dá)到了 76 億人。從全球范圍來看，在 2000 年至 200命從男性 65 歲、女性 69 歲上升到 2010 年至 2015 年間的男性 69 歲前全球 60 歲及以上人口約為 9.62 億人，根據(jù)這一趨勢，到 2050 年這數(shù)量將是現(xiàn)在的兩倍多[1]。我國人口老齡化的趨勢也進(jìn)一步加快，-2050 年期間我國老齡化人口比重以及預(yù)測，截至去年年底，我國 60 歲經(jīng)達(dá)到 2.41 億，約占我國人口總數(shù)的 17.3%。預(yù)計(jì)到 2020 年老年人口2.48 億，等到本世紀(jì)中葉將有 4.5 億老齡人口，約占我國總?cè)丝诘?30%人口總數(shù)。如此龐大的人口基數(shù)則需要消耗更多的自然資源，也需要服務(wù)。

第 1 章 緒論公司 VSI 控制器，行走時(shí)的最大速度為 9km/h，轉(zhuǎn)彎半徑為 85cm，最大的越障高度為20cm，可一次性爬 300 多個(gè)臺階。在地面上行走時(shí)，輪椅自動(dòng)收起履帶機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)輪放下，可通過搖桿控制輪椅在地面上行駛。在爬樓時(shí)，輪式機(jī)構(gòu)自動(dòng)收起，履帶機(jī)構(gòu)放下，通過操作面板控制輪椅上下樓[19]。由于輪椅采用單節(jié)式履帶機(jī)構(gòu)，輪椅在運(yùn)行狀態(tài)切換時(shí)比較困難。目前在國內(nèi)市場的售價(jià)為 13 萬元。圖 1.2（b）是我國眾邦集團(tuán)自主研發(fā)的福樂康爬樓車，是可分體式爬樓車，也可搭載普通輪椅，爬樓和平地行走可分開使用。搭載了一個(gè) 350W 大功率電機(jī)，爬樓時(shí)為履帶提供動(dòng)力，充滿電一次最多可爬 30 層樓[20]。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2724376