爬楼梯电动轮椅设计(3)

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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/751-·论,文'网·www.751com.cn/

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。