残疾人电动轮椅设计【4张CAD图纸】【优秀】

残疾人电动轮椅设计

27页 12000字数+说明书+任务书+4张CAD图纸【详情如下】

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目  录

摘要    1

1  引言    . 2

　1.1 国内外发展情况  . 4

　1.2 设计内容   .5

　1.3 设计思路   5

2  系统方案   8

　2.1 机械系统方案 8

　2.2 控制方案   10

　2.3 总体方案   .11

3  机械结构计 .12

　3.1 链条的传动设计  12

　3.2 电动机的选用   12

　3.3 驱动电路设计  13

4 控制系统设计  .14

　4.1 控制系统软件设计 14

5 总　结    15

　5.1 设计总结   15

参考文献   . 16

翻译   . 17

致谢   . 26

摘  要

   轮椅是年老体弱者以及下肢伤残者必不可少的代步工具，但障碍物却使轮椅受到很大限制。现代由于采用了传统的轮式结构，只能够在平地上行走，面对台阶、楼梯这样比较复杂的地形却显得无能为力。电动性轮椅设计是采用轮腿式机器人结构，正常行驶时轮式工作，采用四轮驱动；遇到障碍时腿式工作，从而适应大多数地形；车身则采用自动导轨式调平结构，该结构简单，调节方便。本次设计的主要工作包括：确定轮椅的工作方式以及工作结构形式、主体尺寸，并确定各主要零、部件的结构尺寸及其选型。

关键词：轮椅 电动轮椅 轮腿式机器人

Abstract

   Wheelchairs are frail elderly and the disabled limb indispensable means of transport, but the obstacles while filling the wheelchair is very restricted. As with a traditional modern wheeled structure, can only walk on flat ground, facing steps, stairs, but this is more complex terrain powerless. High-pass design is the use of a wheelchair wheel legged robot structure, normal driving wheel work, the use of four-wheel drive; encounter obstacles leg work to accommodate most of the terrain; body is leveling automatic slide-type structure, the structure is simple, easy to adjust. The design of the main tasks include: determining wheelchair work and the working structure, body size, and identify the major components and parts of the structure size and selection.

Keywords: wheelchair  high  adoption  round legged robot

1.1 电动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、最简易操作的电动轮椅，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。

   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。

   2．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。    上图1为轮椅运动控制系统组成。可见, 电动轮椅运动控制系统主要由操纵杆信号处理部分、电机控制部分和轮椅状态检测分组成。操纵杆输出的信号经过操纵杆信号处理部分后被合成为带起/制动S曲线和死区的轮椅的速度和方向给定值。这个给定值就是用户给控制器的控制指令。电机控制部分接收用户的指令和反馈信号来合成电机驱动信号和其他控制信号。这部分是轮椅运动控制系统的核心部分。电机检测部分检测电机和控制器的工作状态。这些检测信号被用作电机的控制信号和其它部分的控制信号。

1.1　操纵杆输出信号速度给定合成由于操纵杆输出是二维的随着位置变化而成比例变化的电压信号, 故非常适合用来控制电动轮椅。用户前后推动操纵杆可以控制轮椅的运行速度, 左/右推动可以控制轮椅的转向方向和转向速度的大小。下面介绍怎样把一个二维的操纵杆

输出信号转换为速度和转向控制指令。如果把操纵杆的信号看作是二维输出信号,分别在二维坐标系中用X轴和Y轴表示[ 1 ]。  本文以电动轮椅运动控制为背景,依据系统控制方案编制了相应的控制软件, 软件模块化并考虑了参数修改和运行状态显示等功能。经调试和试运行, 技术指标达到了预期要求。从考虑人的舒适性和可靠性出发, 提出了基于电压检测的功率管故障及主电路故障判断、定位的实施方案, 并给出了速度给定S曲线计算公式和软件编程算法。运行效果良好。操纵杆是轮椅运动速度方向和大小的给定装置。

   通过分析其原理导出了计算公式, 并通过软件实现取得了良好效果。总之, 本文完成了轮椅运动控制器设计、调试和试运行, 各项指标均达到了预期目标, 验证了硬、软件方案正确性及可行性。

   本文的项目设计以《国家高技术研究发展计划(863计划)先进制造技术

领域“服务机器人”重点项目2006年度课题申请指南》中课题l——智能轮椅关

键技术、单元部件及目标产品的研发的主要考核指标为参考技术标准，目标是

构建一个为老年人和残疾人服务的电动轮椅。

   从电动轮椅功能的角度对轮椅的硬件系统进行模块化设计，将电动轮

椅分为机械结构、驱动、控制三部分。重点介绍了电动轮椅控制系统，最主要的是设计了DA转换平台，成功接管了智能轮椅核心控制器。利用控制器，成功实现电动控制系统。

在设计电路控制器的工作，让单片机开发板通过程序直接控制轮椅运动。

5.2 展望

   如前所述，本课题设计电动轮椅控制系统，基本达到了实用性

的要求。但由于多方面的原因，该系统需要进一步的改进与完善，还存在着很

多不足。在采用轮椅控制器控制电机时没有加入测速环节构成闭环反馈控制系

统。由于每个用户的体重不同，且轮椅行驶的路面情况不同，根据直流电机负

载特性曲线可知，轮椅的实际电机转速将会与设定值不同，这在实际应用中是

不应该出现的，虽然在短时间内实现了低成本的控制，仍然无法达到最智能的效果。

缺乏机器视觉技术的应用。本项目中图像传感器仅应用于路径跟

踪，没有开发复杂的图像处理与识别算法，且此处仅适用于跟踪白色路面上的

黑色路标，使用场合有限。应用先进的机器视觉技术能够大大提高轮椅的自主

性和智能化。

参考文献

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