自行走轮椅设计说明书.doc

南昌航空大学科技学院学士学位论文1目录1绪论.21.1国内外发展情况.41.2设计内容.51.3设计思路.52系统方案.72.1机械系统方案.72.2控制方案.92.3总体方案.103机械结构计.113.1链条的传动设计.113.2电动机的选用.113.3驱动电路设计.124控制系统设计.134.1控制系统软件设计.145总结.145.1设计总结.145.2展望.14参考文献.15附录.18致谢.19南昌航空大学科技学院学士学位论文2摘要:为实现高性能和低成本的自行走轮椅,开发了全数字自行走轮椅控制器；采用先进的无速度传感器测速技术,设计了带电流补偿的电压负反馈加负载不平衡补偿的双电机协调控制方案。驱动部分采用有刷幅条电机的后轮驱动。幅条电机传动具有转矩大、噪音低、效率高、耗电少、寿命长、绿色环保等优点，克服了链传动噪声大、冲击大、传动不平稳等缺点，且外观新颖，控制部分采用采用平等四边形连杆机构，结构简单，并实现了大角度的转向控制和两轮同步运动，同时增加轮椅在行进中的稳定性，而且起到防倒的功能，遇上下坡也能自主掌控，安全性高；制动部分采用特制的涨刹机构，达到前后手柄都可以制动，安全性高。给出了软硬件结构和单元电路的设计及参数选择方法；分析了操纵杆工作原理；给出了轮椅速度和运动方向信息合成计算公式和提高运行舒适度的S曲线生成策略。关键词:自行走轮椅；控制器；双电机；协调控制；S曲线；误差检测；幅条电机；连杆机构；涨刹机构；电动控制；辅助装置AutomaticwalkawheelchairAbstract:Toachievehighperformanceandlowcosttowalkthewheelchair,developedbydigitalcontroller；walkwheelchairs,Usingadvancedspeedsensorlessspeedtechnology,designwiththecurrentcompensationvoltagefeedbackandcompensationofunbalancedloadmotorcoordinationcontrolscheme.Drivingpartadoptsabrushpaintingoftherearwheeldrive南昌航空大学科技学院学士学位论文3motor.Thepicturehasgreattorquemotordrive,lownoise,highefficiency,energysaving.longlife,greenenvironmentalprotectionetc,andovercometheimpactnoise,largechaindrivenotsmooth,novelappearanceanddefects,andcontrolpartadoptsUSESequalquadrilaterallinkagemechanism,simplestructure,andrealizethelargeAngleofsteeringcontrolandtwowheels,addingwheelchairssynchronousmovementinthestabilityandtravel,preventfallfunction,meetsthedownhillcanindependentlycontrol,highsecurity,Brakingpartadoptsspecialrose,andbraketohandleallcanapplythebrake,highsafety.Thehardwareandsoftwarestructureandgiventheunitcircuitdesignandparameterselectionmethod,Theleverprincipleanalysis,GiventhespeedanddirectionofmovementwheelchairsyntheticformulasandimproveinformationgeneratedthecomfortoftheScurveoperationstrategy.KeyWords:EPW；Controller；Two2motor；Coordinatedcontrol；Scurve；Faultdetection；electromotivewheelchair；handcontrol；electriccontrol；auxiliaryunit一、绪论1.1自行走轮椅国内外发展情况随着社会的发展和人类文明程度的提高，人们特别是残疾人愈来愈需要运用现代高新技术来改善他们的生活质量和生活自由度。因为各种交通事故、天灾人祸和种种疾病，每年均有成千上万的人丧失一种或多种能力（如行走、动手能力等）。随着人口的增长和医疗技术的进步，社会老龄化问题已成为很多国家不得不认真对待的重要问题之一。智能轮椅能够帮助老年人和残障人士独立的生活，节省家庭护理费用，减轻社会负担。许多国家投入较多资金研究智能轮椅，涌现出许多成果，但由于价格和实用性的原因使它们暂时只能作为实验产品。智能轮椅作为移动机器人的一种,主要用来辅助老年人和残疾人的日常生活和工作,是对他们弱化的机体功能的一种补偿.智能轮椅在作为代步工具的同时又可以使用携带的机器手臂完成简单的日常活动.使他们重新获得生活能力,找回自立、自尊的感觉,重新融入社会.因而,智能轮椅的研究得到越来越多的关注本设计的研究目标：在最经济的条件下，设计出一件最实用、最简易操作的自行走轮椅，功能齐全、结构简单、适用于伤残人士、且能达到消费者需求水准的一件市场普及化产品。南昌航空大学科技学院学士学位论文4主要特色：功能齐全、结构简便、使用方便、价格适当、安全系数强电动轮椅技术及其产业化1产品特点电动轮椅作为一种安装有传感器，具有良好的智能控制功能的电动轮椅，不但具有普通的当前市面上电动轮椅所具有的所有功能，而且可以实现更加友好的人机接口和良好的操作性能。例如，可以实现避碰功能和导航功能，甚至可以实现利用无线方式将使用者的位置和基本状态传送给医护人员和家人实现实时监控。国内外研究现状及发展趋势（含文献综述）：自动轮椅作为医疗护理领域的服务机器人，其应用大量使用了移动机器人技术在自动轮椅的研究中涉及到的关键技术有导航系统、控制和能源系统、人机接口但由于整个轮椅系统以人为中心，所以在研究中要解决的核心是轮椅的安全导航问题所谓导航即是指移动机器人按照预先给定的任务命令，根据已知的地图信息作出全局路径规划，并在行进过程中，不断感知周围的局部环境信息，自主地作出各种决策，并随时调整自身位姿，引导自身安全行驶到达目标位置智能轮椅作为医疗护理领域的服务机器人，其应用大量使用了移动机器人技术。在智能轮椅的研究中涉及到的关键技术有导航系统、控制和能源系统、人机接口，但由于整个轮椅系统以人为中心，所以在研究中要解决的核心是轮椅的安全导航问题。所谓导航即是指移动机器人按照预先给定的任务命令，根据已知的地图信息作出全局路径规划，并在行进过程中，不断感知周围的局部环境信息，自主地作出各种决策，并随时调整自身位姿，引导自身安全行驶到达目标位置。随着社会的发展和人类文明程度的提高，人们特别是残疾人愈来愈需要运用现代高新技术来改善他们的生活质量和生活自由度。因为各种交通事故、天灾人祸和种种疾病，每年均有成千上万的人丧失一种或多种能力（如行走、动手能力等）。因此，对用于帮助残障人行走的机器人轮椅的研究已逐渐成为热点，如西班牙、意大利等国，中国科学院自动化研究所也成功研制了一种具有视觉和口令导航功能并能与人进行语音交互的智能轮椅。近几年来我国轮椅车的生产近几年有了较大的发展，据中商情报网监测数据显示，目前全国规模以上轮椅生产企业约有30多家企业，主要集中在东部及沿海发达地区，外商投资轮椅生产企业在中国轮椅行业占绝对领导地位。近年来随着人口老龄化到来及我国残疾人康复事业的发展，这为轮椅生产企业提供了良好的空间和广阔的市场前景。