多功能爬楼梯装置的研究及控制系统的设计
发布时间：2021-01-02 21:31
轮椅在老年人和残疾人的生活中扮演着重要的角色,尤其是随着人口老龄化和残疾人数量增加等问题的日益严重,轮椅将为改善这一特殊人群的生活起到不可替代的作用。然而,普通的手动和电动轮椅都不兼具爬楼、翻越障碍的功能,降低了使用者的行动自由度。针对这个问题,本文研究了一种既可在平地使用,又能上下台阶的多功能爬楼梯装置,并完成了其机械结构和控制系统的设计。本文首先提出了一种轮式爬楼梯装置的机械结构设计方案。前轮采用电动轮毂驱动,在平地使用时作为主动轮;后轮为爬楼辅助轮,由轮缘和轮毂构成。装置的爬楼功能通过与后轮轮毂相连的离心驱动轴而实现,驱动电机选用无刷直流电机。其次,根据无刷直流电机的工作原理,结合速度、电流双闭环调速的控制方案,完成了电机驱动器的软、硬件设计。硬件设计以智能功率模块（IPM）为功率驱动器件,以数字信号处理器（DSP）为控制器,并使系统具有过压、欠压和过流保护功能;软件设计采用模块化设计方法,按功能划分各子模块,实现了电机的全数字化调速。最后,搭建了爬楼结构的实物模型,并对系统进行了模拟调试与分析。实验结果证实了本文所设计的机械爬楼结构的可行性,与星形轮结构相比,其运动轨迹得到了优...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
1履带式爬楼梯装置
f吹_}:论文多功能爬楼梯装置的研究及控制系统的设计式，如图1.2.2(a)一(c);按照所使用的轮组的对数不同又可分为单轮组式和双轮组式。单轮组式是指装置中仅使用了一对轮组，如图1.2.2(a)一(c)所示:而双轮组式是指在装置的前后各使用了一对轮组，如图1.2.2(d)。每个轮组依照星形轮系的运动方式，各个小轮既可以绕各自的轴线自转，又可以随着系杆一起绕中心轴公转。平地行走时，各小轮自转;而爬楼梯时，各小轮一起公转。单轮组式结构稳定性较差，在爬楼过程中需要有人协助刁‘能保证重心的稳定;而双轮组式虽能实现自主爬楼，但由于其体积庞大且偏重，影响了它的使用范围。(a)两轮组式伪)三轮组式(d)双轮组式图 1.2.2(c)四轮组式轮组式爬楼梯装置图1.2.2(a)是美国著名发明家DeanK别刀en发明的一种能自动调节重心的两轮组式轮椅一IBOT。它有6个轮子，前面有一对实心脚轮，后面有两对行星结构的充气轮胎，通过两后轮交替翻转可以上下楼梯。iBOT几乎能适用于所有楼梯
支撑座椅爬楼的原理。日本早稻田大学理工学术院高西淳夫教授的研究室以及日本机器人开发风险企业Tmsuk联合开发的双足行走机器人“wL-16RIII’，如图1.2.3(a)所示，它由两条机械腿支撑一个座椅构成，每条机械腿有6个自由度，可向前、后、侧面移动，座椅底部装有陀螺仪，每条腿上装有压力传感器，通过传感器采集信息，控制其实时调整姿态保持重心平稳。WL一16RIn两腿前后伸展距离最长为1.02米，左右最长1.36米，每条腿上下运动幅度最大0.34米。日本长崎大学机械工程系研究了一种高阶爬楼梯装置[’1如图1.2.3伪)，它由一系列液压操作杆和前后两组星型轮构成
【参考文献】：
期刊论文
[1]无刷直流电机控制系统在电动自行车上的应用[J]. 吴金友,李艳丽,范蟠果. 电机与控制应用. 2008(01)
[2]基于人类运动控制的用于电动辅助轮椅的重力抑制控制方法[J]. 吴世训,堀洋一. 河北工业大学学报. 2007(02)
[3]电动车用轮毂电机研究现状与发展趋势[J]. 褚文强,辜承林. 电机与控制应用. 2007(04)
[4]基于DSP控制的IPM数字化直流伺服驱动系统设计[J]. 王耀北,闫英敏,胡长义. 电气传动. 2006(08)
[5]基于DSP和CPLD的双无刷直流电动机全数字控制[J]. 李化良,林辉. 微电机(伺服技术). 2006(02)
[6]新型电动轮椅的直流无刷伺服系统[J]. 孙迪生,王同刚. 伺服控制. 2006(01)
[7]基于传感器信息融合的移动机器人自主爬楼梯技术研究[J]. 唐鸿儒,宋爱国,章小兵. 传感技术学报. 2005(04)
[8]机械爬楼装置的传动系统方案研究[J]. 李笑,李瑰贤,赵永强,陈晶. 机械传动. 2005(04)
[9]一种双联星形轮机构电动爬楼梯轮椅的设计[J]. 苏和平,王人成. 中国临床康复. 2005(26)
[10]智能功率模块IGBT-IPM在逆变器中的应用[J]. 徐维广,邹江峰. 电气应用. 2005(04)
硕士论文
[1]用于轮式移动机器人的一体化驱动系统设计和开发[D]. 曹晨.南京理工大学 2007
[2]基于DSP的BDCM位置伺服系统设计与实现[D]. 姜繁生.哈尔滨工程大学 2007
[3]基于DSP的智能轮椅驱动系统的研究[D]. 宋亮.河北工业大学 2007
[4]双电机同步联动伺服系统的设计与分析[D]. 赵海波.南京理工大学 2006
[5]基于DSP的小型移动机器人控制系统[D]. 周超.哈尔滨工业大学 2005
[6]全方向电动轮椅控制部分设计[D]. 袁世奇.沈阳工业大学 2005
[7]基于DSP的无刷直流电机控制系统设计[D]. 彭飞.国防科学技术大学 2004
[8]智能轮椅导航与多传感器信息融合研究[D]. 黄素平.中南大学 2003
本文编号：2953678
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
1履带式爬楼梯装置
f吹_}:论文多功能爬楼梯装置的研究及控制系统的设计式，如图1.2.2(a)一(c);按照所使用的轮组的对数不同又可分为单轮组式和双轮组式。单轮组式是指装置中仅使用了一对轮组，如图1.2.2(a)一(c)所示:而双轮组式是指在装置的前后各使用了一对轮组，如图1.2.2(d)。每个轮组依照星形轮系的运动方式，各个小轮既可以绕各自的轴线自转，又可以随着系杆一起绕中心轴公转。平地行走时，各小轮自转;而爬楼梯时，各小轮一起公转。单轮组式结构稳定性较差，在爬楼过程中需要有人协助刁‘能保证重心的稳定;而双轮组式虽能实现自主爬楼，但由于其体积庞大且偏重，影响了它的使用范围。(a)两轮组式伪)三轮组式(d)双轮组式图 1.2.2(c)四轮组式轮组式爬楼梯装置图1.2.2(a)是美国著名发明家DeanK别刀en发明的一种能自动调节重心的两轮组式轮椅一IBOT。它有6个轮子，前面有一对实心脚轮，后面有两对行星结构的充气轮胎，通过两后轮交替翻转可以上下楼梯。iBOT几乎能适用于所有楼梯
支撑座椅爬楼的原理。日本早稻田大学理工学术院高西淳夫教授的研究室以及日本机器人开发风险企业Tmsuk联合开发的双足行走机器人“wL-16RIII’，如图1.2.3(a)所示，它由两条机械腿支撑一个座椅构成，每条机械腿有6个自由度，可向前、后、侧面移动，座椅底部装有陀螺仪，每条腿上装有压力传感器，通过传感器采集信息，控制其实时调整姿态保持重心平稳。WL一16RIn两腿前后伸展距离最长为1.02米，左右最长1.36米，每条腿上下运动幅度最大0.34米。日本长崎大学机械工程系研究了一种高阶爬楼梯装置[’1如图1.2.3伪)，它由一系列液压操作杆和前后两组星型轮构成
【参考文献】：
期刊论文
[1]无刷直流电机控制系统在电动自行车上的应用[J]. 吴金友,李艳丽,范蟠果. 电机与控制应用. 2008(01)
[2]基于人类运动控制的用于电动辅助轮椅的重力抑制控制方法[J]. 吴世训,堀洋一. 河北工业大学学报. 2007(02)
[3]电动车用轮毂电机研究现状与发展趋势[J]. 褚文强,辜承林. 电机与控制应用. 2007(04)
[4]基于DSP控制的IPM数字化直流伺服驱动系统设计[J]. 王耀北,闫英敏,胡长义. 电气传动. 2006(08)
[5]基于DSP和CPLD的双无刷直流电动机全数字控制[J]. 李化良,林辉. 微电机(伺服技术). 2006(02)
[6]新型电动轮椅的直流无刷伺服系统[J]. 孙迪生,王同刚. 伺服控制. 2006(01)
[7]基于传感器信息融合的移动机器人自主爬楼梯技术研究[J]. 唐鸿儒,宋爱国,章小兵. 传感技术学报. 2005(04)
[8]机械爬楼装置的传动系统方案研究[J]. 李笑,李瑰贤,赵永强,陈晶. 机械传动. 2005(04)
[9]一种双联星形轮机构电动爬楼梯轮椅的设计[J]. 苏和平,王人成. 中国临床康复. 2005(26)
[10]智能功率模块IGBT-IPM在逆变器中的应用[J]. 徐维广,邹江峰. 电气应用. 2005(04)
硕士论文
[1]用于轮式移动机器人的一体化驱动系统设计和开发[D]. 曹晨.南京理工大学 2007
[2]基于DSP的BDCM位置伺服系统设计与实现[D]. 姜繁生.哈尔滨工程大学 2007
[3]基于DSP的智能轮椅驱动系统的研究[D]. 宋亮.河北工业大学 2007
[4]双电机同步联动伺服系统的设计与分析[D]. 赵海波.南京理工大学 2006
[5]基于DSP的小型移动机器人控制系统[D]. 周超.哈尔滨工业大学 2005
[6]全方向电动轮椅控制部分设计[D]. 袁世奇.沈阳工业大学 2005
[7]基于DSP的无刷直流电机控制系统设计[D]. 彭飞.国防科学技术大学 2004
[8]智能轮椅导航与多传感器信息融合研究[D]. 黄素平.中南大学 2003
本文编号：2953678
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