爬楼梯的自行轮椅车设计【8张图纸+电路图+仿真文件】【优秀】

爬楼梯的自行轮椅车设计

70页 20000字数+说明书+任务书+开题报告+8张CAD图纸【详情如下】

任务书.docx

摘要.docx

爬楼梯的自行轮椅车设计开题报告.doc

爬楼梯的自行轮椅车设计说明书.doc

电路图+仿真文件.rar

行星轮装配图7张.dwg

轮椅爬楼运动分解.dwg

轮椅装配图.dwg

目录

目录1

1  绪论3

1.1  课题研究原因和意义3

1.1.1　课题研究的原因3

1.1.2　课题研究的意义3

1.2  目前国内外研究状况3

1.2.1　轮组式4

1.2.2　履带式5

1.2.3　腿式6

1.2.4　复合式6

1.3  目前研究中所存在问题7

2 系统方案设计9

2.1 系统方案确定9

2.2智能电动越障爬楼轮椅系统构成10

2.2.1底盘系统10

2.2.2座椅姿态调整系统15

2.2.3驱动控制系统16

3 轮椅驱动模块设计18

3.1 电机的选择18

3.2 电机工作原理20

3.3 电源的选择23

3.4控制核心C8051F02023

3.4.1 C8051FO20概述23

3.4.2主要性能参数24

3.5电机转速控制25

3.5.1电机转速控制原理25

3.5.2电机转速控制方案26

3.6 电机驱动电路27

4 系统控制方案设计30

4. 1操纵杆设计30

4. 2双电机同步控制方案32

4.2.1  并行控制32

4.2.2 主从控制33

5 轮椅车控制算法设计35

5.1  速度检测电路35

5.2  PID控制方法36

5.2.1  PID控制方法介绍36

5.2.2  数字式增量PID控制算法38

5.2.3  标准PID算法的改进39

5.2.4  干扰的抑制40

5.2.5  PID调节器的参数整定40

6 轮椅车控制模块的数学模型43

6.1 系统运行方框图43

6.2系统运行原理44

6.3建立数学模型44

7 软件实现50

7.1  单片机片内的资源配置50

7.1.1 单片机内各功能模块配置50

7.1.2 单片机的端口配置51

7.2  程序模块介绍51

7.2.1 初始化模块52

7.2.2  测速子程序54

7.2.3 控制程序56

7.2.3 键盘扫描程序58

7.3  总程序58

总结68

参考文献69

致谢70

1.1.2　课题研究的意义

　　　为了解决弱势群体人群增加而给社会经济、医疗护理各方面带来的巨大压力，更好的关怀老年人、残疾人的生活，改善他们的生活质量，除了加强改善房屋和各种公共建筑设施的无障碍设计，扩大轮椅的使用范围之外，改进现有的普通轮椅，使其兼备平地行驶以及爬越楼梯障碍两种功能，成为更行之有效、立竿见影的措施。值得注意的是，最近几年突发性自然灾害将导致肢体残障者的数量大幅上升。 大量灾难幸存者急需轮椅等康复设备和辅助工具。因此，为了解决需求，给老年人和残疾人士提供性能优越的交通和辅助工具，解决楼梯或路障对他们生活造成的不便，同时在考虑使用者的经济所承受能力限制，研究一种价格适宜、轻便的爬楼梯轮椅具有重大的现实意义和实用价值。.1 系统方案确定

　　  通过综合分析，各机构特点如下表所示：

　　表2.1 爬楼机构特点总结

移动机构方式轮式履带式腿式

移动速度快较快慢

越障能力差一般好

机构复杂程度简单一般复杂

能耗量小较小大

机构控制难易程度易一般复杂

　　　本设计确定采用爬楼梯优势较强的轮式机构。本论文采用的行星轮式爬楼梯轮椅的整体结构,行星轮结构在前进过程中通过中心轴驱动中心轮带动行星轮从而带动轮椅前迸,通过翻转电机带动行星架实现爬楼梯动作。

　　  该种结构的优点有：

　　(1)平顺的行驶能力。轮椅小车在平地行驶时，由于其结构上的特点，任意时刻都有两个小车轮接地，利用轮组的定轴轮系传递动力，使小车轮快速的前进，其效率与普通轮式驱动车辆相同。当遇到可跨越的障碍时，轮组通过形星轮系翻滚前进。

　　(2)可靠的上下楼梯能力。轮椅小车上下楼梯时，小车轮驱动电机停止，形星轮减速器及蜗轮蜗杆式大减速比装置形成自锁功能，使轮辐电机驱动轮组翻滚时，轮组中心齿轮不转动。这使得在上下楼梯过程中，小车轮不会发生滚动，使得运动方位的控制得到精确的保证。这一优点对小车下楼梯控制尤其重要。

　　(3)控制方式容易实现。任意时刻轮椅车体左边车轮组着地小车轮和右边轮组着地小轮分别具有相同的转速，这样就能准确控制移动轮椅的行走状态。

　　(4)由电动机调速控制器来实现轮椅的转弯、直线前进、爬楼前进三个基本运动单元，所需的转弯半径即为车身宽度。

2.2智能电动越障爬楼轮椅系统构成

　　智能电动越障爬楼轮椅从整体上可以分为电气与机械两个部分，机械部分主要由 底盘系统与座椅调节系统构成，电气部分主要由底盘驱动控制系统与座椅姿态检测调 整系统构成。该系统结构如图2.1所示：