多功能爬楼轮椅的设计与研究

发布时间：2020-06-21 17:07

【摘要】：随着我国现代化进程的加快,人们的物质生活有了明显的提高,与此同时伴随着人口老年化的加剧以及残障人士的日益增长,如何改善他们的生活是我们必须要面对的问题。虽然助老、助残服务机器人系列产品有了一定的发展,但是普通的轮椅无法适用于沟壑、台阶、楼梯等路况。针对上述问题,本文设计了一款结构简洁、容易操控的多功能爬楼梯轮椅,可通过行星轮系的变换实现平地行走、站立行走和爬楼三种功能。使用联合仿真技术验证虚拟样机设计的合理性,在此基础上搭建了物理样机,并根据轮椅的工作模式设计典型实验进行验证。本文的主要研究内容如下:1.爬楼机构的设计。通过对比星轮式、履带式、腿式和复合式爬楼机构的优缺点,确定了爬楼机构的方案,设计一款基于行星轮系的多功能爬楼轮椅。对轮椅越障过程进行分析,并建立动力学模型;同时根据轮椅的工作模式,对电机进行选型,并建立了电机的数学模型。2.虚拟样机的联合仿真。设计了模糊自整定PID控制器,并在Simulink环境搭建了电机模糊自整定PID控制器,构建了电机的闭环控制。将建立的三维模型导入ADAMS中,并通过MATLAB和ADAMS进行联合仿真,验证了所设计的机械结构和控制算法的合理性。3.轮椅控制系统的设计。控制系统的设计主要包括硬件电路的设计和软件程序的编写,硬件电路的设计主要包括基于STM32最小系统的设计、电机驱动电路、外围检测电路和反馈电路的设计。软件程序的编写是根据轮椅的功能采用了模块化的设计思想,同时设计了一款手机控制软件以便于轮椅的调试。最后完成了爬楼轮椅控制系统软/硬件调试。4.物理样机的搭建与典型实验的验证。将设计的轮椅进行加工装配,搭建了爬楼轮椅的物理样机。根据轮椅工作模式设计了轮椅直线行走、转弯和爬楼等实验,对整机进行性能的测试。将所得实验数据和仿真实验进行对比,对测试实验的结果和误差来源进行了分析。本文将虚拟样机的数字化设计和物理样机试验进行结合,对爬楼轮椅的机械结构和控制系统进行设计和分析,对同类产品的设计和优化具有参考作用。通过实验验证,所设计的爬楼轮椅具有较强的适应能力和较高的稳定性。
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH789
【图文】：

老年人口

第 1 章绪论题的背景与意义老龄化的问题已经成为当今世界所面临的主要危机之一。根据日前联世界人口展望》2017 年修订版报告，该报告指出自 2005 年以来世界近 10 亿，已经达到了 76 亿人。从全球范围来看，在 2000 年至 200命从男性 65 岁、女性 69 岁上升到 2010 年至 2015 年间的男性 69 岁前全球 60 岁及以上人口约为 9.62 亿人，根据这一趋势，到 2050 年这数量将是现在的两倍多[1]。我国人口老龄化的趋势也进一步加快，-2050 年期间我国老龄化人口比重以及预测，截至去年年底，我国 60 岁经达到 2.41 亿，约占我国人口总数的 17.3%。预计到 2020 年老年人口2.48 亿，等到本世纪中叶将有 4.5 亿老龄人口，约占我国总人口的 30%人口总数。如此庞大的人口基数则需要消耗更多的自然资源，也需要服务。

轮椅,履带式,履带机构

第 1 章绪论公司 VSI 控制器，行走时的最大速度为 9km/h，转弯半径为 85cm，最大的越障高度为20cm，可一次性爬 300 多个台阶。在地面上行走时，轮椅自动收起履带机构，驱动轮放下，可通过摇杆控制轮椅在地面上行驶。在爬楼时，轮式机构自动收起，履带机构放下，通过操作面板控制轮椅上下楼[19]。由于轮椅采用单节式履带机构，轮椅在运行状态切换时比较困难。目前在国内市场的售价为 13 万元。图 1.2（b）是我国众邦集团自主研发的福乐康爬楼车，是可分体式爬楼车，也可搭载普通轮椅，爬楼和平地行走可分开使用。搭载了一个 350W 大功率电机，爬楼时为履带提供动力，充满电一次最多可爬 30 层楼[20]。

【参考文献】