爬楼梯电动轮椅设计(2)

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4.2 爬楼梯轮椅稳定性分析 25

4.3 本章小结 27

5 控制系统设计 28

5.1 系统总体设计要求 28

5.2 电动推杆控制电路 28

5.3 传感器选用 29

5.4 主控制模块 31

5.5 系统电路设计结果 33

5.6 驱动电机选型及功率确定 35

5.7 本章小结 37

结论 38

致谢 39

参考文献 40

1 绪论

1.1 课题背景及意义

轮椅是年老体弱者以及下肢伤残者必不可少的康复和代步工具，借助轮椅，老年人和肢体伤残者可以进行身体锻炼和参加社会活动。随着社会的不断发展，无障碍设施的逐渐增多，轮椅使用者的活动范围逐步加大，但楼梯却使轮椅的使用受到很大限制[1]。楼梯的出现是人类建筑史上的一个重要成就，它极大地扩展了有限的生存空间，为进出高层建筑，甚至地下设施提供了方便的通道。随着城市的高速发展，高楼别墅、大型商场、过街天桥、地下通道等设施越来越多，台阶是这些场合所必不可少的设施之一。楼梯在发挥优势的同时，它也对老年人、肢体残障人士出行带来了诸多不便。对于平常人来说，爬楼梯似乎是异常简单的，但是对于一些老年人或者腿脚不方便的残疾人士而言，想要通过这些台阶是相当艰难费力的。这种不便利在一定程度上影响了他们的生活和正常的社交活动。

随着人口老龄化问题的日益加重和残疾人数量的大幅增加，老年人和残疾人比例显著增加，给经济、社会的发展带来了巨大影响，医疗护理、社会福利等方面的需求压力也会越来越大。楼梯对轮椅使用的限制，可能造成老年人和残疾人面临足不出户，甚至背井离乡的困境[2]。解决这一问题的最好方法就是改善老年人和残疾人的行走设备，通过改变轮椅的机械结构，使其能够自主实现上下楼梯的功能。一个人性化、智能化的爬楼梯电动轮椅的设计将会给老年人和残疾人一个新的生活状态，最大程度上满足他们生活和工作中的需求。

1.2 国内外爬楼梯轮椅研究现状

1.2.1 星型轮组式爬楼梯轮椅

1.2.2 腿足式爬楼梯轮椅

1.2.3 履带式爬楼梯轮椅

1.2.4 其他辅助爬楼梯轮椅装置

1.3 论文主要内容和章节安排

在分析、研究了市场上现有的电动轮椅的基础上，本文设计的电动轮椅结构是将轮式运动结构和履带式运动结构相结合。一来可以利用技术成熟的履带实现轮椅上下楼梯的功能；二来在无障碍条件下恢复轮式运动结构，弥补了履带结构移动速度慢和转向困难等不足。使得该产品不仅具有一般电动轮椅运行稳定、操作简单的特点，还具有良好的爬楼梯能力。因此，这种电动轮椅的设计具有很高的研究价值和实际意义。

一款智能化的电动轮椅可以划入广义的移动越障机器人范畴，如何完成轮椅的设计和实现，就要了解移动机器人的相关知识。移动机器人是一类能够通过传感器信息和自身状态，实现在有障碍的环境中面向目标的自主运动，从而完成一定任务的机器人系统。移动机器人依靠自身携带的传感器主要面向的任务包括地图构建、路径规划与定位、目标识别、多机器人协作定位以及自主环境探索与认知[7]。