爬楼轮椅的总体设计及关键问题研究

发布时间：2017-07-08 19:13

  本文关键词：爬楼轮椅的总体设计及关键问题研究

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【摘要】：轮椅是肢体残疾人和老年人的重要代步工具。在发展中国家,很多老式的居民楼里没有电梯,肢体残疾人士和老年人上下楼不方便。国外发达国家研制的爬楼轮椅大多价格昂贵,且操作复杂,发展中国家普通用户难以承担。国内开发的产品与国外产品的差距较大,尤其是在轮椅爬楼稳定性和安全性方面做得还不够好。本课题在借鉴国内外相关研究的基础之上,提出了一种新型爬楼轮椅的方案,以期更好地解决轮椅爬楼的稳定性和安全性问题。本文对爬楼轮椅的总体方案及关键问题进行了研究,研究内容及结果包括:1)进行了爬楼轮椅的总体设计。采用综合评分法对现有爬楼机构的工作原理及各种不同机构的优缺点进行分析,确定了以三轮系轮式机构作为爬楼机构;分析了轮椅爬楼梯和翻转楼梯的过程及原理,对动力系统进行了设计;完成了传动部分的设计计算;按照楼梯的国家标准,对执行系统的车轮和轮架,进行了分析和参数的设计;对轮椅的骨架进行了外形参数的设计。2)对爬楼轮椅平地行驶和爬楼两种模式进行了运动学和越障力学分析,为方案的总体设计提供了理论依据。3)使用CATIA软件对爬楼轮椅的结构进行了设计,并进行了虚拟装配;对轮椅骨架进行了有限元分析,验证了骨架结构设计的可行性;使用CATIA中的DMU仿真模块对爬楼过程进行了模拟,仿真结果验证了设计方案的可行性。本文采取同心轴的方式兼顾了平地行驶和爬楼两种不同的运动模式,克服了被动式爬楼方案的弊端,研究具有创新性;在研究过程中,使用虚拟设计与有限元分析等现代设计方法,将机械设计与计算机技术紧密结合,使产品设计周期变短,设计成本降低;研究结果对相关产品的进一步研究及应用有重要的意义。
【关键词】：爬楼轮椅 轮式机构 同心轴 CATIA仿真
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH789
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-8
• 第一章 前言8-19
• 1.1 研究背景及意义8-9
• 1.1.1 课题研究背景8-9
• 1.1.2 课题研究意义9
• 1.2 国内外发展现状及发展趋势9-17
• 1.2.1 爬楼轮椅国内外发展现状9-16
• 1.2.2 爬楼轮椅国内外发展趋势16-17
• 1.3 本文研究内容与安排17
• 1.4 本文创新点17-18
• 1.5 本章小结18-19
• 第二章 爬楼轮椅的总体设计19-38
• 2.1 爬楼机构方案的研究19-23
• 2.1.1 研究方法的确定19
• 2.1.2 评分法评价爬楼机构方案19-22
• 2.1.3 行星轮个数的确定22-23
• 2.2 爬楼轮椅方案的确定23-28
• 2.2.1 爬楼过程原理分析23-24
• 2.2.2 爬楼方案的确定24-25
• 2.2.3 爬楼方案的实施原理及方法25-28
• 2.3 动力系统设计28-32
• 2.3.1 电机类型的确定28
• 2.3.2 电机参数的选择28-31
• 2.3.3 电池选择31-32
• 2.4 传动系统32
• 2.5 执行系统32-35
• 2.5.1 车轮的尺寸设计32-34
• 2.5.2 轮架的尺寸设计34-35
• 2.6 控制系统35-36
• 2.7 轮椅的外形设计36-37
• 2.8 轮椅的总体参数设计37
• 2.9 本章小结37-38
• 第三章 爬楼轮椅的运动特性分析及越障力学分析38-43
• 3.1 爬楼轮椅的运动特性分析38-40
• 3.1.1 前提与假设38
• 3.1.2 爬楼轮椅的平面运动模型的简化与分析38-40
• 3.2 越障力学分析40-42
• 3.2.1 爬过台阶40-41
• 3.2.2 翻转跨越台阶41-42
• 3.3 本章小结42-43
• 第四章 传动系统设计43-62
• 4.1 传动系统布局简图43-44
• 4.2 爬楼模式参数计算44-50
• 4.2.1 中心轴参数计算44-45
• 4.2.2 中心轴爬楼齿轮的设计45-49
• 4.2.3 中心轴的设计49-50
• 4.3 平地行驶模式参数计算50-61
• 4.3.1 外圈轴和驱动轴参数的计算50-51
• 4.3.2 外圈轴前进齿轮的设计51-54
• 4.3.3 外圈轴和过渡轴参数的计算54-55
• 4.3.4 外圈轴中心齿轮的设计55-59
• 4.3.5 外圈轴的设计59-61
• 4.4 本章小结61-62
• 第五章 轮椅骨架有限元分析62-71
• 5.1 爬楼轮椅的结构设计及三维实体造型62
• 5.2 载荷工况的确定62-64
• 5.2.1 平地行驶的载荷63
• 5.2.2 爬楼行驶的载荷63-64
• 5.3 有限元分析结果讨论64-70
• 5.3.1 平地行驶模式65-67
• 5.3.2 爬楼模式67-70
• 5.4 本章小结70-71
• 第六章 运动仿真分析71-74
• 6.1 三维造型软件选择71
• 6.2 整机的虚拟装配71-72
• 6.3 爬楼轮椅爬楼过程仿真72-73
• 6.4 仿真结果分析73
• 6.5 本章小结73-74
• 第七章 结论与展望74-76
• 7.1 结论74
• 7.2 展望74-76
• 致谢76-77
• 参考文献77-79
• 附录79-80

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本文编号：535903