爬楼梯的自行轮椅车设计【机械毕业设计含8张CAD图+说明书1万字70页，开题报告，任务书】
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!【包含文件如下】【机械设计类】CAD图纸+word设计说明书.doc[10000字，70页]【需要咨询购买全套设计请加QQ97666224】.bat
任务书.docx
仿真
外文翻译
开题报告.doc
摘要.docx
设计说明书.doc[10000字，70页]
支撑架.dwg
行星轮传动部分装配图.dwg
行星齿轮.dwg
车轮轮毂.dwg
车轮轴.dwg
轮椅图纸
轮椅爬楼运动分解.dwg
轮椅装配图.dwg
输出轴.dwg
目录
爬楼梯的自行轮椅车设计(控制)
摘 要：轮椅在老年人和残疾人的生活中扮演着重要的角色，尤其是随着人口老龄化和残疾人数量增加等问题的日益严重，轮椅车将更加成为改善这一特殊人群的生活必备工具。然而，普通的手动和电动轮椅都不能够实现爬楼和翻越障碍的功能，使使用者的行动自由度受到了极大的限制。针对这个问题，本文研究了一种既可在平地使用，又能上下台阶的多功能爬楼梯轮椅，完成了系统方案设计和控制系统方案的设计。
本文在充分研究目前爬楼轮椅的国内外产品及相关文献，经综合比较分析，采用了以有刷直流电机驱动的基于行星轮结构的爬楼装置，并在此基础上详细论述了轮椅车的驱动控制方案。针对本文中所使用的双电机分别驱动左右轮的方案，提出了双电机同步控制的一种解决方案：采用主从式控制结构，为解决主从式控制系统的跟踪滞后问题，采用了带速度负反馈的PID算法。选用C8051FO20作为控制器极大地简化了外围电路设计及软件编程，仿真结果表明本文所采用的控制方案具有比较好的同步效果。
关键词：爬楼轮椅 行星轮 双电机同步控制 pid算法
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C8051F020 23
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
- 内容简介：
-
能功率芯片 中文资料 is of in a C, a on on by OS to on to a is to a is by C be to 个独立的芯片的一部分 :一 是 效应晶体管 ，二是 一个 效应晶体管 ， 结合一个驱动 晶片 ,形成一个完全整合的高电流半桥。所有三 个芯片是安装在一个共同的引线框 ,利用芯片对芯片和芯片芯片技术。 电源开关 应用垂直场效应管技术来确保最佳的阻态 。 由于 高电位 开关 ，需要一个电荷泵 消除 电磁干扰 。 通过驱动集成技术，逻辑电平输入、电流取样诊断、转换速率调整器，失效发生时间、防止欠电压、过电流、短路结构轻易地连接到一个微处理器上。 他 的桥 和 三相驱动 结构 。 图框 如下 ： 下图显示使用的数 据表 2 引脚结构 脚分配 上视图是 960B 960P 的引 脚结构 引脚的定义和功能 引脚的定义和功能 ，高电位开关、低电位开关是否开启 决定 3 抑制 ，当设定为低电平进入睡眠状态 4， 8 功率输出 5 转换速率 功率开关的转换速率通 过 6 电流取样诊断 7 电源 应用事例 下图是 智能功率芯片 上图是正常模式和故障模式下电流检测 智能功率芯片 带有一个 P 沟道的高边 个 N 沟道的低边 一个驱动 图 1所示。集成的驱动 有逻辑电平输入、电流诊断、斜率调节、死区时间产生和过温、过压、欠压、过流及短路保护的功能。 态电阻典型值为 16动电流可达 43A。智能功率芯片 应用于电机驱动的大电流半桥高集成芯片，它带有一个 个 一个驱动 图 1所示。集成的驱动 流诊断、斜率调节、死区时间产生和过温、过压、欠压、过流及短路保护的功能。 态电阻典型值为 16动电流可达 43A。 引脚 常模式下，从 8 5；在故障条件下，从 脚流出的电流等于 约4 5最后的效果是 高电平。如图 3 所示 ，图 3(a)为正常模式下 3(b)为故障条件下 列电动机构 说 明 书 兰州万里航空机电有限责任公司 目 录 1. 介绍 . 产品组成 . 技术要求 和机械 特性 . 安装 . 4 定 . . . . 4 接和布线 . . . . 5 试 . 7 5. 离合器操作 . . . . 维修和服务 . . 动 机碳刷更换 . 8 合器 摩擦片更换 10 7. 指定用途 . . . 安全和不当使用警告 . . . 担保 . . 0. 销售和服务 . . . 1. 介绍 本手册为 列电动机构提供安装和维护信息。本手册应结合 控制系统所有其它 元器件 的 安装说明书 仔细 阅读；安装前必须完全理解。更多信息，请联系兰州万里航空机电有限责任公司。 兰州万里航空机电有限责任公司欢迎客户对自己产品及资料的反馈 ; 如果对该手册或其所描述产品有什么建议或意见，请通过邮件 18919899949系 。 2. 产品组成 列电动机构专为电动轮椅车而设计。该电动机构 由一个带电磁离合器（刹车）装置的永磁电动机和带一级直齿和一级蜗轮副传动的全封闭齿轮箱组成； 手推轮椅 时 ， 可以 通过简易操作手柄释放花键来实现 离合 。 1 3. 技术要求 和机械特 性 电机类型 永磁直流电动机，直流 24V 离合器类型 电磁离合器，直流 24V 空载电流 最大 续电流 大输出功率 65R/M 时 230W 持续扭矩 最大扭矩 使用 40A 控制器时 44用 50A 控制器时 55合器制动扭矩 输出轴，大于 50出轴空载转速 正常 120速比 i 缘等级 F 重量 机壳体颜色 黑色 推荐轮子尺寸 ) 基本尺寸 见图纸 输出轴接口尺寸如下： 2 列电动机构（左）总体布置和主要尺寸 (所有尺寸单位均为毫米 ) 如下 : 3 4. 安装 为确保安全操作， 列 电动机构结合相应的控制器使用于电动轮椅车。 该电动机构必须成对 使用于 电动轮椅车。 安装电动机构需遵循以下步骤： 固定 连接和布线 测试 定 固定电动机构有一套办法。不管有什么固定 方 法，电动机构必须水平固定。最常用的办法见下图 ： 将电动机构固定于车架，需按如下 顺 序进行操作： 松开 螺钉 ， 固定电动机构于车架。注意不同固定位置使用不同长度的螺钉。 轻轻松开齿轮箱 上 离合器 手柄 端 的 螺钉 （序号、） 。 按指示顺序 上紧螺钉， 确保施加在衬垫上的压力适中。 4 注意不同位置使用不同长度的螺钉。 确保电动机构安全紧固、轮轴精确结合。 所有可选择的固定办法必须经过轮椅生产厂家测试和证实，以确保其符合有关标准。 结构固定 如下： 接和布线 每台电动机构有连接 电动机和电磁离合器的 的四根电线。注意红色和蓝色电线连接反映电动机构不同的的转动方向。参照图表 如下，以确保电动机构 成对工作。 5 注意： 电动机构极性 颠倒 、左右电动机构交换完全由控制器 程序 决定 。不过电缆必须以一种方式固定，即左右电动机构 的连接不能交换 。 电线颜色 电线尺寸 及插件等级 车轮转向（从轮轴方向 看） 左电动机构 右电动机构 离合器 红色接到 蓝色接到 红色接到 蓝色接到 黑色 持续 10A 或更高 持续 10A 或更高 持续 更高 逆时针 顺时针 可 使 用不同接插件，但 必须 根据 相应 用途 、 电线尺寸和电流要求 6 来选择。 考虑兼容性因素，左右电动机构接插件应 是一样的。为了降低互换接插件的风险，推荐使用有极性接插件。 试 当电动机构和控制器系统安装结束时，可 以接受 检测。 检测时，应注意以下各点： 电路中必须包括电路断路器： 车轮抬离地面 。 检查电源，不要弄弯电线 。 检查电压，使用万用表 。 5 离合 手柄 操作 希望手推轮椅 车 时， 只需脱开花健， 转动电动机构上的手柄即可。 6 维 修 和服务 列电动机构是一种低维修电动机构，且无须定期检测。在正常条件下不需要进一步的维修；在任何维修过程中都应断开蓄电池，事实上将他们从轮椅上完全移除是有利于维修的。 有规则地检查系统 。 检查松动、损坏或腐蚀的接插件和接头 。 更换损坏的电线 。 检查电动机构的固定情况。 用湿布清洁电动机构和控制系统元器件 。 取掉罩子，检查碳刷长度，其应大于 10 7 检查密封圈、输出轴和离合器手柄周围油膏的渗漏情况 。 对显示外部有碰撞的电动机构或轮椅车的损坏进行检查。 检查电动机构是否有增大的间隙或活动、过大的噪音或其它（如：显示过大的齿轮磨损）。 警告： 如果有任何损坏或过大的磨损显示，如：箱体损坏、 噪音过大、油膏渗漏、间隙或活动增大、异常反应、发热、 冒烟或弯曲，请不要使用电动机构。确保电动机构安全紧 固在车架上、车轮安全紧固在电动机构上。 机碳刷更换 每台电动机构包括两个碳刷， 在超寿命使用时根据需要可更换电刷 。 碳刷更换是一个简单的操作： 断开电动机构 。 移开端盖，进行更换 。 移开固定碳刷电线的螺钉。由于所含磁铁使 得移开螺钉相当困难，不要让螺钉掉进电动机构很重要 。 用一个小勾作为工具抑制弹簧、拉出碳刷。 检查换向器是否过度磨损、异常灼烧或有腐蚀痕迹 。 倒着按上述步骤，安装新的碳刷，确保碳刷在其轨道可滑行 。 确保弹簧正确置于碳刷，且按照图纸摆放碳刷电线 。 注意： 碳刷电线不得接触铝 刷架。确保电动机构壳体和电动 机构电线之间的正确绝缘。 两台电动机构的所有碳刷需同时更换 。 8 更换新碳刷后需要半速向前运行轮椅车 12 小时，确保电动机 正常工作。 电动机碳刷更换 如下： 9 合器摩擦片更换 每套 离合器组件包括一个需要更换的摩擦片。不足的刹车制动能力显示摩擦片需要更换。作为选择之一，整个 离合器 组件也可以被替换。 断开电动机构 。 移开端盖，可以更换 。 移开固定刹车组件到刹车架的螺钉。 避免电线过分雨淋。 将固定刹车组件的螺钉一起移开。 倒着按上述步骤，安装新的摩擦片，确保刹车组件固定到刹车架 。 检查刹车啮合和释放的电压。 8V刹车啮合电压 16V。 在最小电压 ，刹车必须顺利释放。 刹车钢盘和线圈机架之间的间隙过大，将使得刹车啮合电压过高。 移除一些薄垫圈，可降低刹车啮合电压。 检查刹车释放情况下电枢的自由转动 。 注意： 不要依赖 咔哒声；因为刹车钢盘和线圈机架之间的 间隙不 均匀时可以听到咔哒声，但刹车可能只是部分释放。 两台电动机构的所有摩擦片需同时更换 。 检查所有部件正确定位后，方可更换盖子。 刹车摩擦片更换 如下： 10 7 指定用途 列电动机构是指定用于电动轮椅车的直流 24电动机构包括一套完整的刹车，且指定与轮椅控制器、相应过载保护元器件一同使用。 8 安全和不当使用警告 11 所有警告必须 进行 阅读和理解。警告适用于可能导致人身伤害或财产损失的不安全行为 。 如有怀疑，请寻求建议。 电动机构不得按本手册中描述之外的方法进行使用，否则可能发生伤害或损失。 电动机构满足淋浴和雾气保护 而其不适合在有水地面驱动。 如果行为不规律或显示有异常反应（如：发热、冒烟或弯曲），不得操作设备且立即关掉设备、咨询服务中心。 如果显示有异常噪音、过大间隙或其它损坏，不得操作设备且立即关掉设备、咨询服务中心 。 9 担保 兰州万里航空机电有限责任公司所提供 列电动机构由公司担保无材料或工艺问题。如果在担保期内发现故障，公司将负责维修或（凭判断）无材料和手工费用替换。 担保条款如下： 正确安装 。 按照本手册单独使用 。 按照本手册正确连接到合适的电源。 不得有误用、意外或未授权人员更改或修理情况。 按照轮椅车生产厂家推荐，单独用于电动轮椅车驱动。 10 销售和服务 兰州万里航空机电有限责任公司在中国兰州有销售和服务中心。需要销售或服务可以直接联系，我们的网址为 、O 34V+129960 960115/14/113/112/111/110/19/18/7/6/5/4/3/2/1/0/7/6/5/4/3/12/21/30/450,6 562347/56/65/74/83/92/01/10/27/36/45/54/3/2/1/0/4322019960 9603021960 9603823960 9604144+5V+4144+5V+coupler 2005) 25: 551 B. E. A. of 29 003 / 21 003 / 23 004 004of a to of of in of is on of of on a of 9% 0% to in of a of to as in of of or to at a or to of or to at an to At B. E. A. 122, to 1. in of to of In s to a a a be to of 23 a D an on It is in of of in is of is of of to a at in of in to of of 4, 5, of in on a n in of in to of of of on of to to be 1) (2) 3) or to to a of 6. a of a to be of of to of of at no of of in be of in a be of In if a a or be 7to a a of is to by as to by as of to of of or of at to or 8FA as FM of 9of is a As in of on to in by of a a to or is to a of a in a of by in to of it is to up of of to in of on of be of of to of of to of in of of in of . on %) o)8 SS 0 2.5 S 00 C S 39 20 SS 9 35 35 50S 00 40 10 mm 32 9 S 9 1.6 of to of in a of of of in to of of of of of a 502 5 9%of of in to is as by ) of in 1% of to 0% of A of of 2of 10. of of of a on to in by of on 54 to of of , a of to a of of at as in to to to of in is of in of by of of an it . of 2 $ 6 2 $ 2 $ 1 $ 2 $ eg 2 $ 6 $ $ 9 17 $ 2) a mm At it of to a at of in . of is to of s a as in of of at of of s of of s to in In 2% of of In . of 50503 2 2 $ eg 2 $ 1 $ 4 $ 2 $ 5 11 $ by a a of by 0%. of in 9 5 55 in to In of in of is of a to on is to to to It of of of in to be of in 4). it 4) as to to is of AD to in to of so it to is to of of a of in of . B C D E F G H I J K S 1 92 71 196 65 105 211 241 136 58 85 1962 83 62 187 56 96 202 232 127 B C D E F G H I J K S 1 100 73 173 67 107 167 199 92 58 85 152is of 41 mm 99 ), 2 mm of on a 500 3000 m it to m of It is 5%of of is on .5 mm 04. in as an a to if of to so it to of a to mm A of on a of As 5, on Y) X) to obse关于 食品加工中 机械输送系统 的设计和制造的 一项研究 摘要 : 本文 通过介绍一项研究的成 果 ，用来 制定 改进输送机的 方法和 技术 ,这种 机械输送系统 的 制造和 装配 用 于 食品和饮料业 ， 将减少 设计与 制造的时间和成本。这种 用于输送机组件的设计和生产 改进的方法 是基于 其 材料，零件 数量 和成本 的最低额 ，使用 合理的 方法 设计制造 并 进行组装。利用改进的技术 于 输送系统测试 验证 了这种技术所 取得的 良好 成果。 与 常规方法 进行比较， 材料 整体 成本减少了 19 ， 装配 整体成本减少了 20 。 1 引言 应 用于 食品和饮料工业 的输送机系统 是高度自动化 的，它由 大 量零 部件构成 ， 其设计用于 快速的生产和装配线 中的产品 输送 ， 如食品 箱，饮料瓶，罐 等 。大部分 食品 和饮料 的加工和包装 需要 连续作业 ，这个过程中的集箱，瓶，罐 需要控制速度移动而 进行 装配作业。 他们的操作 需要 高效率和 高度可靠的机械输送带 ， 其范围涉及 从 整体类型到 架空类型地面链条到滚子或皮带驱动的输送系统 。 近年来 ，基于客户对低成本，高效率的机械输送系统 需求 的巨大压力， 输送带制造商 不得不 检讨他们目前的设计和组装方法 ， 不断进行新的研发和创新技术 ，以便 为他们的客户 制造更多经济可靠的传送带。 现在的大多数物料搬运设备，无论是硬件还是软件 ，都 是高度专业化的， 有 弹性的 ， 且 配置，安装和维修 费 都很昂贵 。输送机 根据他们的 位置 固定 在指定地点， 输送带则根据他们的综合速度固定 ， 这 使得更换 输送带系统非常困难和昂贵。 在现今 工业 革命性 改变 和发展的 市场 条件下 ，有必要实施一套新的制造策略， 开发 一个新的系统业务的概念和树立一个新的系统控制软件和硬件发展观，以便 在设计中 应用新一代 开放，灵活的物料装卸系统。 议员和 据 放系统的体系结构）模型 提出了一种新的模块化和可重构 的二维和三维输送系统，其中包括一个开放的可重构软件体系。根据 研究 指出 ，在 改善 面积 方面 输送机系统 运用于饮料业 是非常有限的。大部分的出版研究 都 直接 指 向于 努力改善输送系统 的运作 及 集成系统 和 高度精密的软件和硬件 . 本文 研究 目的是，提出 改善目前 应 用在 设计制造和楼层装配中使用展开链驱动机械传送带 的技术和做法 ,，以减少制造输送带的时间及成本 。运用 目前 制造业和整体装配 设计 的并行工程和设计原则的 概念 ， 对 几个关键 零件 进行 调查，调查其 在整个输送系统中功能， 材料适宜性，强度准则，成本和 组装的 便 捷性 。 对关键部分进行了修改， 重新设计成 新的 几何形状 以及 更换 新材料， 新的输送机零件 测试 验证了 改进设计 方法 ,是 一种新的 运用 制造和组装 的技术的测试输送带系统的设计。 2 设计制造和装配（ 近年来， 制造和装配 设计方面的研究 已成为 制造企业非常有用的帮手 ， 他们正考虑 利用这些研究来 改善他们的设施和制造 的方法。 不 过，一直很少有 涉及在输送机方面 的研究， 特别是有 关 绘图数据和重整 增多的问题 ,这一进程的输送设计都基于传统的设计 方法。大量的论文已发表调查相关的问题 应用各种方法要达到的结果证明 :经济，效率和成本有效的 公司 合作伙伴正在寻找中。 识 一般准则可确定为公司独 有的最佳做法，过程 或特定资源的限制。普遍 指出 或指明涉及普遍适用的规则，涉及设计师所了解和已意识到的 制造业领域 。下列原则 已编制为 指引 : 设计 零件数量最少 化 制定一份模块化设计 最 少 化 局部 的变化 设计部分 要多功能 设计的零件多用途 设计部分要 便于制造 避免单独紧固件 尽量遵守 设计 便于装配的原则 减少设计和处理时间 评估 有效的装配方法 消除调整 避免灵活的组成部分： 它们很难操作处理 使用部分已知的 条件 使用 最大寿命 的零件 寻找可靠的 供应商 减少组件 强调标准化 使用 简单 可靠的操作 最少化 设置和 操作 不要中途变更计划 这些设计准则应被看作是“最优建议“ 。它们通常会 产生 一个高品质，低成本的设计和制造。 当然 偶尔 作出 妥协 也 是 必须 的 ， 这样的话 ，如果一项指引不符合市场 营销或业绩 的 要求 , 选择或选定另一个“最优” 也是必要的 。 公司特有的最佳实践是指 在内部寻找一家可靠的公司研制， 这 通常需要较长的一段时间 ， 并且依 赖 于它的设计者 。这些设计规则 的 确定 有助于 该公司 提高质量和效率， 通过认识到 过程和设计 之间的整体 关系。公司使用这类准则作为培训的一部分 ,设计师设计的 产品需要大量的装配 和 维修 手册。 请注意，大部分的方法是好的，无论 是正在轻松，快捷地启动或正在更正式的 定量。 举例来说， 布思罗伊德 对 指引 就 被视为定量和系统化。 而 指引， 只是 来自有经验的专业人士 的 经验法则， 有着 更多的定性和不正式 性 。 3 常规输送系统的设计 设计和制造 输送机系统是一个非常复杂的时间消耗 过程。因为每一个输送系统都是自定义的国产产品，所以每俩个 项目在规模，产品和布局 方面 都 不同 。该系统 设计是 基于客户 的 要求和产品 的 特殊要求 。而且 ，该系统的布局应 适应公司所提供的空间 。设计 输送系统 布局 的过程中 涉及修改的时间可以是几天几月 或是几 年。 主要看其 与最低的成本和最 高客户端是否适合 。 图 1 布局输送系统塑料瓶 标签 图 1 显示了一示意图布局的一个典型的输送带系统安装在一条 用于塑料瓶标签 的 生产线。不同路段的输送带系统确定具体的技术名称， 被 使用在类似的工业应用 中 是 很 常见的 。 “单独路线”一节使产品 从多个行车线形成 一条行车线。 “放缓表”减少 速度，产品一旦 退出灌装机，贴标等 。 “大规模流动”一是用来配 合超高速的过程，例如，填料贴标等 。“转移表”用来转移 产品流动 的 方向。这些不同的输送部分是为了 控制产品 通过不同的处理机器 的 流量 。 一个 使用于 食品和饮料申请 的典型的机械输送系统由 超 过 200 个 机械和 电子 零件 组成 ，而这些零件的大小取决于系统的要求。一些共同但又 必不可少的组成部分可以标准化 ， 并累 积 了进入家庭的输送带系统侧架，间隔 隔板 ，终板， 盖板，内弯板，外板的弯曲，弯曲的轨道槽（驱动器，尾部和中端） 。 根据该长度输送带路段的数目，相应的轨道的宽度和类型以及 连锁店 的 需要 ， 这些零件的大小和数量各有 不同 。 在目前 设计 的 问题和缺点 中 ，制造和装配机械输送带是不尽相同，但包括 超过设计部分 组件成本高 涉及的装配维修时间长 使用非标准零件 4 改进的地方 为了 查明 已 降低 材料和劳工 成本 的 领域 ，这是一 种成本分析所有主要输送 部分进行估计的百分比成本的每一部分，在关系到所有这些部分的总成本 ，这种分析是识别的关键组成部分，这是主要负责增加输送带，从而为调查手段降低成本等部分。 表 1 显示了 50 条输送系统 成本分析 。 分析表明 ,1215 零件构成 其中输送系统 材料成本 的 79 ，进一步进行改善设计，以降低成本 是有可能的。出于 这些，七部分，被确定为关键零件（所显示的一 表 1 ）构成的最大数量的元件， 在数量和组成的超过 整体材料成本的 71 。其中，三个组成部分（ 腿脚设置，侧架和支持频率 ）被发现帐户总额 输送带的材料成本 的 50 。详细的分析，上述每12 部分进行考虑的原则 ，设计制造和面向装配的设计和一种新的改进设计研制个方 案。详情设计的改进一些选定的重要组成现介绍如下 : 表 1 输送机的关键部分基于零件的成本分析 产品描述 数量 使用材料 成本 改进必要性 腿 脚 设置 68 料腿的 侧架 80 米的 支持频率 400 频道的 弯曲的轨道 8 塑料 滚子轴 139 20 直径的轴 尾轴 39 35直径不锈钢 间隔 135 50 支持 磨损带 400 40 10 毫米塑料 支持侧磨带 132 塑料 终板 39 S 盖板 39 1.6 ， 腿 安装在侧架，以保持整个输送系统正常工作。 现有的设计输送腿工作， 制造 费用昂贵， 存在 稳定性 问题，造成 交货 延误 。延误通常是指 一些零件无法到达， 即 零件 从海外供应商的进口 。最关键的是 输送腿规格要求 : 输送负荷 稳定 易用性 输送 的灵活性 图 2 显示了 ，现有的设计输送带腿 的所有部分 。部分号码 在表 2 的 描述 是表中显示的数字 ， 它 显示了 分析、完成一套 双腿 分项成本与劳工所需的时间 间的 组装 。现有的腿部安装构成的塑料腿括号内的 零件 来自海外，不锈钢管腿， 削减到指定的大小，腿塑料管的调整，这是撞上了上表腿的设置在 底部 显示，在图 2的腿设计中，这是削减在总体 的大小，钻孔和焊接到 一起 管螺栓的角度来看，两边支撑和后盖 ，板支持腿括号内的螺栓。 零件在表 2 ，标志的数目组成部分，在每一部分的次数和数量是消费每一部分在腿部的设计。公司已使用这个设计多年，但一个共同的投诉所报告的 是客户认为是 不稳定的腿 . 从初步调查中 人们清楚地看到连接不锈钢管和塑料腿支架（第一部分和第三部分在图 2 ） 之间 是不严格，不够 连接这些零件，只是一个单一的 6 毫米螺栓。有时 输送系统 需要 进行完整的产品负载，据观察所得，该输送两腿不稳定，会 造成机械振动。 其中一个 主要的原因为， 由于一个单一的螺栓连接在每个腿底的 腿 在第 3 和第 7 部分。稳定该输送机被认为是关键问题，并要求立即整改，以满足客户的期望 . 图 2 现有的腿部设计 与部分名称表 1 所示 表 2 旧设计的 大腿 成本分析和装配 零件标号 零件描述 #部件 数量 成本 来源 1 塑料腿托架 2 2 外 管塑胶调整 4 2 外 4 片 2 2 内 7 角交叉支撑 1 1 内 2 底板 2 2 内 3 站管 2 2 内 8 螺栓 6 6 内 总装配成（焊接） 内 总计 19 17 考虑 输送 设计和客户的喜好 的现有 问题 ，发达国家 要求 输送带腿 进行新的设计 。一般的稳定和实力双腿被视为 新 设计建议 的 首要标准 ，但其简单的设计，应 尽量减少海外零件及纾缓点的委托。图 3 显示， 新设计的输送带的腿装配，表 3 给出了描述和成本的每一部分。 图 3 表明，新设计 输送带的腿 只有 5 个主要部分 构成 。而 旧设计 有 8 个主要部分 ，塑胶支架腿，腿部塑料管的调整和腿部管最昂贵的项目占 72 的成本，腿部 装配 。在新的 设计中，这些部分已取而代之的是一个不锈钢的角度和一个新的塑料腿的调整， 腿组装 降低成本 近 50 。因此，总 零件 数量 在腿部已 显著降低，从 19 至 15 零件和 安装运用新的设计 总成本 已减少了 55 元。 新的输 送带与 旧的设计 相比较 ， 在设计和测试时，发现 前者 更加安全和稳定 。从输送带的设计 中 消除零件编号 1 和 5 这一 新 的设计更加稳定和僵化。此外， 相对于旧的设计 ， 该宽度的跨支撑也增加了两个螺栓安装 而非 不是一个 。这 为 整个输送机 提供并 安装 了 额外的力量 . 表 3 新设计的腿装配的成本分析 零件标号 零件描述 #部件 数量 成本 来源 1 不锈钢（ 50 50 3毫米 2 2 内 3 塑料腿调整 2 2 外 4 两边间距 1 1 内 5 螺栓 8 4 内 2 底板 2 2 内 总装配成本 内 总计 15 11 6 重新设计的侧架 侧架是首要的支持 组件 ，一个输送系统提供体 力 传送带 ，并且 几乎所有的部分都 能 装载它。侧架预计也将有僵化的力量提供支持所有负荷进行的 输送带。它也容纳所有相关的输送元件组装。框架设计 的关键 考虑因素 是 : 侧架（ 深度 ,大小 ） 材料的强度 组装方便 制造容易 图 4显示尺寸和参数。 侧架用于 现有的设计似乎是合理的（尺寸 ） 。从最初的调查发现，这之间的距离间隔隔板孔 和 返回轴的尺寸 (在图 4 ）可减少，由于 返回链路不会赶上间隔 而输送机正在运 行和 一些不必要的差距 ，在 设计 这两个组件前要检查并 重新界定设计参数，以确保 把二者的 密切 结合 。该模型的新侧架设计得出的 以确保所有的规格是健全和部分被放置在阵地，以检查和清拆方便。使用的原则使得 设计 制造出来的新设计的 侧架 对称，以便它适用于所有类型的侧架。这种变化 为各种规 模的连锁 将减少 方框架 大小显着 奇效 . 表 4 显 示的比较方面，在旧设计和新设计的侧架为同一链型。据指出，总体输送带 （深度）已从 241 毫米 减少 至 199 毫米（维高） ，这 对每一个侧架制造节省了 42 毫米的不锈钢。 因此，从不锈钢薄板 1500 3000 毫米 旧的设计参数，只允许 6 3 米长的侧架，但与新的设计参数 相比 可能产生 7 米 侧架 和 3 米长 来自同一纸张尺寸 . 图 4 侧架尺寸 材料的数量用于侧架也进行了进一步调查。据估计， 输送系统 约有 55 的总成本是用在 材料 上 。 目前使用的材料为侧架是 米厚的不锈钢钢铁。目前， 有其他材料可以在市场上与其他厚度可被视为一个选项。为此，一挠度分析已进行估计，如果有任何其他类型的材料适合，以取代现有的材料使其不失败，其强度准则将增强。 表 4 新，旧侧架尺寸参数 旧设 计 链型 标注 A B C D E F G H I J K L 价 31 92 71 196 65 105 211 241 136 58 85 196 新设计 22 83 62 187 56 96 202 232 127 链型 标注 A B C D E F G H I J K L 31 100 73 173 67 107 167 199 92 58 85 152 度分析侧架 图 5 显示的实验装置，以确定挠度新的侧架，在 X 和 Y 方向，根据不同的加载条件。与新的设计参数一套侧架制造调查挠度对 米厚不锈钢侧 架。一段侧架螺栓与间隔的误差和回报轴组装测试与实验。结果，挠度 获得了采用可变载荷的一段侧架经 1 液压压砖机。显示在图五，挠度测量仪放置在垂直（ Y ）与横向（ x ）的轴来衡量任何读 数 ，观察该侧架。该荷载的运用侧架通过液压压砖机在向下的方向。 该侧架持 支持立场，从相同的立场那里的腿是安装在侧架 . 图 5 调查挠度新的侧架设计 实验 三套实验进行了四，六及八轨道输送部分， 根据大负荷 以观察到任何异常 。载荷应用对实验输送带部分超过估计或 高于实际负荷条件为输送系统的 实 际应用。该输送带在通常 设计 下 进行负荷，一吨每平方米食品和饮料 应用 工业。目的应用的一大负荷估计点的挠度为侧架下的高负荷。数字 6 和第 7 条显示结果该实验输送带路段分别为 4 路轨和 6 轨道 . 从上面所取得的成果，这是指出，根据二千牛载荷，挠度值是几千牛 ， 2毫米为所有的路段。根据特定情况下 ,米不锈钢侧架 的设计可以是一个可能的替代以现有的输送机侧架的设计。可以预料，与更广泛的输送部分，挠度就侧架将留在可容许的限度，即是 5 公厘。最主要的原因为什么这个实验中进行，是要确保该侧架不扣下的高负荷。因此，不存在证据屈曲发生的任何类型的输送 机部分使用。人们还预计，经验的基础上工程师和调查，在当前的研究 后，完成大会提出的是，传送带将设想额外的力量，这将进一步减少的可能性挠度就侧架。挠度，举例来说， 测定为每一套实验向外。与腿装在侧架，部队将采取行动，在对面方向，这将促使侧架向内。充分观察这一假设可以得 出这样的结论时， 一个完整的测试输送机是新设计和制造试验的基础 . 与所有取得的成果，从实验结果看，这是结束这 米不锈钢级 304 侧架可以制造为输送带为食品和饮料工业根据指定的标准 负荷。在节省成本方面预计将 会是 80 ， 并且 在这个输送系统使用的材料是不锈钢。 图 6 挠度结果为 4 米不锈钢侧架 图 7 挠度结果 6 米不锈钢侧架 表 5 侧架的成本分析 旧设计 的 侧架 成本分析 产品 /过程的描述 材料 数量 成本 侧架（ 3000 241 毫米 360 元每张） 1 $槽（ 50 插槽冲床） 8 $（ 20 每孔冲床） 30 $梁 2 $成本 $设计侧架的成本分析 产品 /过程的描述 材料 数量 成本 侧架（ 3000 199 毫米 162 元每张） 1 $槽（ 50 插槽冲床） 8 $（ 20 每孔冲床） 30 $梁 2 $成本 $架的成本分析 材料审查和挠度分析表明，该现有的 米不锈钢薄板 对于 食品和饮料输送机的应用 是一个超过设计 的 方框架 。分析还表明，有 160 毫米厚 的不锈钢薄板可以被用来作为替代材料，这将实现 其功能令人满意。表 5 所显示 旧的和新的设计侧架 对成本 的 比较 ，其中由此可见，新设计的框架每边 比 预期的 要 节约 37 元（即节省了 ） . 除了节省成本以外 ,侧架大小由 241 毫米 减少 至 199 毫米还将使生产一个额外的侧架出来的 3000 1500 毫米不锈钢薄片。 新设计的改进也进行 在几个其他的关键组成部分，如频道的支持，回报滚子轴， 间隔误差 ，支持磨损带和支持方的磨损带， 主要是进一步降低成本及劳工 ，制造简单和方便 。例如，新设计的支持渠道装配 （包括支持磨损带和侧磨带钢）所需的数量减少，减少磨损带厚度，使用了一个新的米断面渠道，并提供使用与不同类型的链路提供了节省成本的 ，这个改进设计。新设计的滚子轴节省成本的 和 减少劳工时间的 50 。新设计的间隔误差 的 费用 相对于旧的设计来说 也 节省了 25 . 7，在测试输送系统设计的执行情况 实施设计的改进是对个别关键零件和部件进行了再 设计，制造和装配的一个正式的测试输送系统。这个新的 设计 和改进的试验输送带，当时测试和验证，为性能与实际产品（塑料瓶） 。 ，在这个测试输送所涉及的费用与相同输送基于对旧设计而言 , 成本分析 比较全面节省 了 成本 . 新的测试输送带是一个独立信号类型（图 8 ） ，包括三种不同的章节，总长度为 5 米。 第的 一个六轨输送带 加入第 ， 是一个六轨 90 弯曲输送。这是连接到输送带第补体 这是一个 8 轨道输送节结合对两种不同类型的连锁 ，标签和可疑交易报告。测试输送机载共 26 个主要部分。 图 9 显示测试输送机用于测试的产品 流 。 图 8 测试输送带 图 9 测试输送带装配：产品流试验 性能和效率的新考验和输送其关键的新零件进行 测试的顺利进行，无声的表现通过观察产 品流的空塑料饮料瓶对输送带。所有零件和输送系统发现显示，其 功能的表现令人满意 进行 一个完整的 输送带 成本分析测试来衡量 旧的和新的设计 之间 的差异 ，评估纾缓组装和减少 劳工开支 ， 对 零部件数量，使用的材料，以及制造和装配计算的每一个部分和 每一部分 百分比的 节约 和整体系统进行了测定。 8 结果与讨论 最关键的考虑问题是要检 查 新支持渠道设置和滴灌托盘中 是否消耗较少 劳力 ，也 应注意确保劳动者的工作正在 有效地工作。用于装配 输送系统花费的时 间 ,依据工 人 的情绪和其他外部因素 而改变，但是已 作出了努力以尽可能少的时间来制造输送带。 研究成本分析揭示了以下事实 制造业节省成本的 40 或以上实现了 8/12 条的规定，改进设计部分 节省成本的 26 至 34 在 其他三个部 分上 实现了。 在高 成本 的零件之间 ， 实现了侧架，返回滚子轴，腿脚设置支撑磨损带的 最高可节省开支 。 输送带 整体成本减少了 19 。 整体劳工成本在装配输送带减少了 20 。 据观察所得， 节约 的 实现 ，主要是 在于 输送带零件已超过设计或是不是专业设计的。其中一个 影响的设计输送系统 的 重大变化是 侧架的设计参数 的 修订，这也影响了 其他 相关 部分 有所变化 。第二， 在新的输送机设计 中， 新 M 的 个人资料支持的渠道 发展， 伴随着 标准的磨损带 所取得的重大 成就 。 新的设计 减少 了 劳工成本 的成就 对装配线改进设计和制造 也 产生了重大影响。与会者还注意 到， 分类间隔器的酒吧为不同数目的轨道改进选拔程序的设计。新输送带系统变得更为经济和符合成本效益， 而 需要使用额外的强度材料被淘汰 了 。 9 结论 在设计和制造的机械输送系统 过程中 ，科研工作 者 优化 了 输送带 的 设计 ，特别 对 是缺乏应用现代技术 的 进行 了设计改进。 为了改善 输送系统 的 成本和 提高交货时间， 进行 了 一个完整的 测试输送 故障分析 ， 以便凭借分析 高 速区的 输送带 的制造。 这个分析采用了 制造 和装配 的设计 的原理， 在不牺牲 系统 功能 性和操作性的情况下 进行 运作。 在 且照所有被推荐的输送零件 的基础上，提出 一种新的输送机设计 ，这些推荐修改了 对 输 送系统的 测试和 被协作公司 采纳 。结果证明是成功的 ：整体节省了 成本 的 19 ， 总劳动成本 减少 了 20 。研究结果证实，运用规则 就像 机械输送带为食品加工 一样 ， 设计和组装一个复杂的系统 的成本 可大幅 度 减少 南昌航空大学学士学位论文 1 目录 目录 . 1 1 绪论 . 3 课题研究原因和意义 . 3 题研究的原因 . 3 题研究的意义 . 3 目前国内外研究状况 . 3 组式 . 4 带式 . 5 式 . 6 合式 . 6 目前研究中所存在问题 . 7 2 系统方案设计 . 9 统方案确定 . 9 能电动越障爬楼轮椅系统构成 . 10 盘系 统 . 10 椅姿态调整系统 . 15 动控制系统 . 16 3 轮椅驱动模块设计 . 18 机的选择 . 18 机工作原理 . 20 源的选择 . 23 制核心 . 23 8051述 . 23 要性能参数 . 24 机转速 控制 . 25 机转速 控制原理 . 25 机转速 控制方案 . 26 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 并行控制 . 32 从控制 . 33 5 轮椅车控制算法设计 . 35 速度检测电路 . 35 制方法 . 36 制方法介绍 . 36 数字式增量 制算法 . 38 标准 法的改进 . 39 干扰的抑制 . 40 南昌航空大学学士学位论文 2 节器的参数整定 . 40 6 轮椅车控制模块的数学模型 . 43 统运行方框图 . 43 统运行原理 . 44 立数学模型 . 44 7 软件实现 . 50 单片机片内的资源配置 . 50 片机内各功 能模块配置 . 50 片机的端口配置 . 51 程序模块介绍 . 51 始化模块 . 52 测速子程序 . 54 制程序 . 56 盘扫描程序 . 58 总程序 . 58 总结 . 68 参考文献 . 69 致谢 . 70 南昌航空大学学士学位论文 3 1 绪论 课题研究原因和意义 题研究的原因 现今，老龄化人群以和下肢残障者在占我国总人口总数的比重愈来愈大，他们丧失了部分行动能力，更需要有人来加以帮助和护理。目前，在其中的很大一部分年老体弱者和下肢伤残者会选择轮椅作为他们的外出行动工具，而且大都需要在家人或护理人员下使用轮椅来进行活动。随着现今社会的快速发展，城市化的不断加快，楼梯和跨越路障等不断增加。然而，对于普通轮椅而言是很难跨越这种障碍，从而限制了轮椅使用者的活动范围，影响其一系列的社交生活。尤其是国内城市楼房公寓，电梯并没有应用到所有的居民住宅，这给轮椅乘坐者造成诸多不便。马路沿、土坑等户 外障碍同样对老年人、残障人士的出行带来了很多不便，影响了他们的正常生活。 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。 目前国内外研究状况 在爬楼梯装置的研究领域内，国外对爬楼梯装置的研究开始得相对较早，最早的专利是 1892 年美国的 明的爬楼梯轮椅。此后，各国纷纷开始投入此项研究，其中美国、英国、德国和日本占主导地位，技术相对比较成熟，且有一些产品己经投入市场使用。 南昌航空大学学士学位论文 4 国内的研究也在近一、二十年内取得了显著成果，近年来相关专利屡见不鲜，目前国内外现有的爬楼梯装置和专利种类众多，不同的爬楼梯装置适用于不同的环境和条件，各有利弊。按照爬楼梯装置爬楼执行机构的类型，主要可归结为轮组式、履带式、腿式三类。 组式 轮组式的特点是每个轮组依照星形轮的方式进行运动：平地行驶时，各小轮绕各自轴线自转；爬楼梯时，各小轮一起绕中心轴公转。 美国发明家 明的 专利号： 443 , 250 是一种能自动调节重心的两轮组式 轮椅，是单轮组爬楼装置中最具代表性的爬楼装置之一。 仅采用了比普通轮椅复杂的驱动结构，而且安装了多个感知人 轮椅重心位置的陀螺仪，控制器根据陀螺仪的信号调整重心的位置，使轮椅能够在不同路面和直立状态下保持平衡。 经获得 准在欧美上市，售价相当于中高档轿车的价格。如下图所 示 : 图 物图 内蒙古民族大学物理与机电学院的苏和平等人借鉴了 爬楼方式，采用星形轮系作为爬楼梯机构，设计了一种双联星形机构电动爬楼梯轮椅。改轮椅爬楼时需要人南昌航空大学学士学位论文 5 工辅助或者楼梯扶手的辅助支撑，使其能调整重心的位置，安全爬楼。如下图 11图 1联星形爬楼梯轮椅图 图 1联星形爬楼梯轮椅改进图 图 双联行星轮内部传递图 带式 履带式爬楼梯装置的原理类似于履带装甲运兵车或坦克，技术较成熟，操作简单，行走时重心波动很小，对楼梯的形状、尺寸适应性强。英国 司开发的一种电动轮椅车，底部是履带式的传动结构，可爬楼梯的最大坡度为 35 度，上下楼梯速度为每分钟 15国 司生产的电动爬楼梯轮椅，它的底部有四个车轮供正常情况下平地运行使用，当遇到楼梯等特殊地形时，用户通过适当操作将两侧的橡胶履带缓缓放下至地面，然后把这四个车轮收起，依靠履带无需旁人辅助便能自动 完成爬楼等功能。如图 1南昌航空大学学士学位论文 6 图 带式结构 式 早期的爬楼梯装置一般都采用步行式，其爬楼梯执行机构由铰链杆件机构组成。上楼时先将负重抬高，再水平向前移动，如此重复这两个过程直至爬完一段楼梯。步行式爬楼梯装置模仿人类爬楼的动作，外观可视为足式轮椅，采用多条机械腿交替升降、支撑座椅爬楼的原理。如图 1示 图 步行式爬楼轮椅 合式 现今，爬楼装置一个研究创新点是将上述的轮组、腿式、履带机构相互结合，吸取各自的优点。比较广泛的组合思路有以下两种：一是轮履、腿履复合。比如中国科学技术大学精密机械与精密仪器系研制的一种小型全自主多种移动方式相融合的复合式越障轮椅。二是采用了轮一履复合 如图 1示和轮腿一履带复合 如图 1示等结构。设计主要是依靠腿式机构来完成越障，以及履带平稳性和轮组的灵活性来达到功能的完整。 南昌航空大学学士学位论文 7 图 一履复合图 图 腿一履复合图 目前研究中所存在问题 履带式的缺点就是对楼梯边缘施加的强压力，不可避免的对楼梯沿有一定的损坏，不适合大绝大多数室内楼梯。自重较大，平地行走时阻力较大，相对于其他结构，履带式转弯需要更大的动力，使用过程中噪声很大。这些都限制了它在日常生活中的推广，被接受程度低。 腿式爬楼装置有最好的地形适应力，但承载重量较小，具有较大危险性，且重心偏高。运动相对比较平稳，颠簸感轻微，但同时运行速度较缓。此外，该类型装置对控制的要求较高，操作比较复杂，在平地行走 时运动幅度不大，动作缓慢。 复合式爬楼装置各种机构的复合也给控制方面提出了更高的要求，而且爬楼过程中的稳定性、如何适应不同尺寸的楼梯、如何实现手动操作省力与省时的问题以及反向自锁等问题仍然存在。 综上所述，国外在爬楼梯装置方面的研究己经有一百多年的历史，成果也较多，但是它们大多结构复杂、造价昂贵，远远超出了发展中国家人民的经济承受能力。国内的研究相对较晚，虽然也诞生了很多专利，但由于受到体积、重量、稳定性及安全性的限制，还没有产品真正投入使用。由此可见，为了解决移动轮椅使用受限的问题，同时考虑到我国使用者的 经济承受能力，需要研究一种价格低廉、功能多样的爬楼梯装置。 本装置作为面向老年人和残疾人的服务型机构，作者认为其设计思想必须从以下几个性能出发： ( 1 ）平地、楼梯两用； ( 2 ）平地行驶效率高，操作方便简单； ( 3 ）爬楼时重心波动缓和，稳定性好； ( 4 ）不平坦地形下对系统的重心作适时调节，避免车体倾斜给使用者带来恐惧； ( 5 ）上下楼时符合日常运动习惯，避免反向上楼给乘坐者带来不便；（ 6）轮椅结构尽量简单，造价低廉。 南昌航空大学学士学位论文 8 为了满足上述要求，本文给出了一种结构紧凑、爬楼重心波动较小、正面上楼的平地、楼梯两 用助行装置 ，并对其控制部分进行了详细的论述 。 南昌航空大学学士学位论文 9 2 系统方案设计 统方案确定 通过 综合分析， 各机构特点 如 下表所示： 表 楼机构特点总结 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。 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 南昌航空大学学士学位论文 10 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 示： 图 电 动 越 障 爬 楼 轮 椅 系 统 结 构 图 盘系统 爬楼底盘系统釆用了创星的行星轮机构作前轮驱动行走，万向轮、引导轮作为后 轮辅助行走。该系统可实现平地行走和越障爬楼的功能，对崎岖的路面具有较好的适应能力。 根据 802923知一般楼梯 每阶髙度为 180 最小楼梯坡南昌航空大学学士学位论文 11 度为 35, 容许误差为 (见 下 图 )。所有楼梯的梯级突边都在由两个相距 10 斜角度与楼梯坡度相同的平行平面所形 成的区域内。 图 标准楼梯结构图 南昌航空大学学士学位论文 12 可画出 爬楼底盘运动效果如图 南昌航空大学学士学位论文 13 图 爬楼底盘运动效果 南昌航空大学学士学位论文 14 下图为行星轮系结构图 图 星轮系结构图 行星轮结构由 2图 结构简图。 图 万向轮由于受到轮胎直径的影响，在水平作用力推动的情况下只能翻爬小于轮胎 半径的台阶或楼梯。在翻越楼梯及障碍的过程 中 采用中 15 力，而且在翻爬楼梯时会产生较大的冲击。在使用创新的引导轮结构与万 向 轮相配合后，轮椅在翻越的过程 中 ，障碍物或楼梯的台阶将 首先 与引导轮相接触，由引导轮引导障碍物或楼梯的台阶与万向轮和接触。这样不仅有利于提高万向轮的翻越能力 ， 而 且可以减少阻力与冲击。 图 创新的引导轮结构 椅姿态 调整 系统 座椅姿态检测采用双轴倾角传感器，实吋检测座椅与水平面的姿态以保证乘坐者的安全。翻转时轮椅与地面的支撑点，增加了乘坐齐的安全性与舒适性，同时又使得行星轮在翻转的过程 中 所需要的力矩减少，翻转更加容易。 南昌航空大学学士学位论文 16 图 座椅姿态调整机构示意图 动控制系统 驱动控制系统主要由微处理器系统、控制手柄及按键系统、主驱动电机及其驱动电路、电池组组成。驱动控制系统的 目的 在于配合机械结构完成相应的执行动作，保证轮椅的正常运行。电力驱动控制系统的效果图 如下 : 南昌航空大学学士学位论文 17 图 力驱动控制系统的效果图 南昌航空大学学士学位论文 18 3 轮椅 驱动模块 设计 机的选择 考虑到轮椅车的户外使用条件 ,我们需要选择 永励 直流电机 。 永励 直流电机根据有无机械换向装置又分为有刷直流电机和无刷直流电机 。 无刷直流电机有如下优点： a) 电子换向来代替传统的机械换向，性能可靠、永无磨损、故障率低 b) 属静态电机，空载电流小； c) 效率高； d) 体积小。 固目前电动车大部分都采用无刷直流电机作为动力部分 ,且有很多相应的控制器。但其 还有如下缺点： a) 低速起动时有轻微振动； b) 价格高，相应的控制器要求高，成本也高； c) 易形成共振； 而有刷电机的如下特性是无刷电机所不可比拟的： a) 变速平稳，几乎感觉不到振动； b) 温升低，可靠性好； c) 价格低 基于有刷直流电机的平稳可靠及低成本，本方案采用有刷直流电机。如果注意碳刷的保养，以及及时更换其使用性还是非常好的。通过查找相关资料，我选择北京康键宜医疗器械有限公司的轮椅车专用电机 外形及参数如下 ： 南昌航空大学学士学位论文 19 图 形 表 南昌航空大学学士学位论文 20 表 G 机 参数 该电动机构由一个带电磁离合器（刹车）装置的永磁电动机和带一级直齿和一级蜗轮副传动的全封闭齿轮箱组成；手推轮椅时，可以通过简易操作手柄释放花键来实现离合。通过计算行走电机与翻转电机均可为 过对花键的操作即可实现手动与自动的切换，而蜗轮蜗杆传动对于爬楼装置来说，可以实现自锁，这对爬楼这一动作提供了安全保障。 机工作原理 永磁直流电机是用永久磁体来建立电机所需的磁场，无需另用电源进行励磁。 有刷电机的定子上安装有固定的主磁极和电刷，转子上安装有电枢绕组和换向器。直流电源的电能通过电刷和换向器进入电枢绕组，产生电枢电流，电枢电流产生的磁场与主磁场相互作用产生电磁转矩，使电机旋转带动负载。 南昌航空大学学士学位论文 21 下图为电机的四个永磁体磁极，排列在同一圆周上。 图 机 磁极 排列 钕铁硼是目前最好的永磁体材料，磁力非常强大、矫顽力很高，性能好的永磁电机多选用钕铁硼做磁极。磁极固定在机壳内，机壳同时为电机提供磁路。 在下图中用蓝色的磁力线表示电机的磁路。 图 机的磁路 南昌航空大学学士学位论文 22 永磁电机不需励磁电流发热较少，但机壳为防铁粉污染多为密封，一般通过机壳外周多个散热片进行散热；端盖板延伸到机壳外兼做机脚，整个构成电机的定子机座，通过机脚来安装固定电机。 永磁直流电机的转子由转子铁芯，转子绕组、换向器、转轴构成。 电流通过电刷连接转子绕组，四极电机一般有四组电刷，一同装在刷架上，共同构成电刷组件。下图显示了转子与电刷组件的相对位置。 图 子与电刷组件的相对位置 下图为合上端盖的永磁直流电机剖面图 图 永磁直流电机剖面图 南昌航空大学学士学位论文 23 源的选择 明显电动轮椅车的电源为可充电式电池，选择好电池也是轮椅车正常工作的先决条件之一。本次方案选择一般电动车上使用的铅蓄电池。 铅蓄电池的优点是放电时电动势较稳定，电压平稳、使用温度及使用电流范围宽、能充放电数百个循环、贮存性能好（尤其适于干式荷电贮存）、造价较低，因而应用广泛。 铅蓄电池 原理如下： 把 A、 B 两块铅板插入硫酸溶液中，铅 与 硫酸作用的结果，使 A、 B 两块铅板上形成硫酸铅，溶液中也被硫酸铅饱和，这是还没有电势，给蓄电池充电时，在两极上发生的化学反应如下： A; 22H+; B:b+; 可以看出，充电后， A 板上的 为正极， B 板上 为负极。放电时，两极发生的反应如下： 正极： 2H+ 2 负极： e -; 又电机的额定电压为 24V,固选用 24其自带充电模块。 制核心 述 列单片机是 司新推出的一种混合信号系统级单片机。该系列单片机片内含 核，它的指令系统与 全兼容。其中的片机含有 64内 序 存储器 ， 4352B 的 8 个 I O 端口共64根 I 个 12位 A 位 A 2位 D 2 个比较器、 5 个 16 位通用定时器、 5 个捕捉比较模块的可编程计数定时器阵列、看门狗定时器、 视器和温度 传感 器等部分。 片机支持双时钟，其工作电压范围为 口 I O， V)。与以前的51系列单片机相比， 时其可靠性和速度也有了很大提高。外形及引脚排列如图所示： 南昌航空大学学士学位论文 24 图 8051图 8051要性能参数 列单片机是集成在一块芯片上的混合信号系统级单片机。芯片上有 南昌航空大学学士学位论文 25 64 位数字 I/O 口（ )或 32 位数字 I/O 口（ ）。 为整个系统的控制部件，它具有以下特点 10,14： 高速、流水线结构的 8051兼容的 达 25 全速、非侵入式的在系统调试接口（片内）； 12位、 100 8通道 模拟多路开关； 8位、 500 通道模拟多路开关； 两个 12位 有可编程数据更新方式； 64 4352（ 4096+256） 可寻址 64址空间的外部数据存储器接口； 硬件实现的 5个通用的 16位定时器； 具有 5个捕捉 /比较模块的可编程计数器 /定时器阵列； 片内看门狗定时器、 两种可软件编程的电源管理方式 待方式）和停机方式（掉电方式）； 作电压 口 I/O、 / 64个 与其它 8位单片机相比，有更高的程序安全性； 机转速 控制 机转速 控制 原理 根据直流电机转速方程 （ 3 式中 U 电枢电压（ V）； I 电枢电流（ A）； R 电枢回路总电阻（ ）； 26 励磁磁通（ 由电机结构决定的电动势常数。 可推出有三种方法调节电动机的转速： （ 1）调节电枢供电电压 U； （ 2）减弱励磁磁通 ； （ 3）改变电枢回路电阻 R。 对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。改变电阻只能有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（即电机额定转速）以上作小范围的弱磁升速。 因此，自动控制的直流调速系统往往以 调压调速为主。 机转速 控制 方案 由上 可得电机 直流调速系统往往以 调压调速为主 ,电压可采用模拟电路实现 也可通过数字电路实现 ,即通过 拟电路法功耗大，且对于精确控制来说非常困难。固一般均采用 用大功率晶体管的开关特性来调制固定电压的直流电源。按一个固定的频率来接通和关断，并根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短，通过改变直流电动机电枢上的占空比来改变平均电压的大小，从而控制电机的转速。因此，这种装置又称为“开关驱动装置”。 期为 T，一个周期内的导通时间为 t，则加在电机两端的平均电压为： */U V c c t T V c c (3
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