电动轮椅车架的结构设计-开题报告

XXXX 大学本科毕业设计（论文）开题报告论文题目电动轮椅车架的结构设计班 级 姓 名 学 号 指导教师 开题时间 填表日期 23开题报告内容：一.选题的背景和意义2000 年 11 月底第五次人口普查，65 岁以上老年人口已达 8811 万人，占总人口6.96%， 60 岁以上人口达 1.3 亿人，占总人口 10.2%，以上比例按国际标准衡量，均已进入了老年型社会，老龄化己成为 21 世纪不可逆转的世界性趋势，也是社会进步的表现。与 1953 年第一次人口普查 65 岁以上老年人口为 2620 万人相比较，47 年中增长了 2.36倍，年均递增 2.6%，快于全国人口递增 1.6%的一个百分点，占总人口的比重由 4.4%提高到 7.0%，提高了 2.6 个百分点，近十年老龄化速度加快，每年递增 3.4%，快于全国人口递增 1.1%的 2 倍多，如按 3.4%的速度推算，2002 年 65 岁以上老年人口已达 9420 万人，占总人口 7.3%。如按 2003 中国统计年鉴中的 2002 年 1%人口抽样调查，65 岁及以上老年人口已占调查人口总数的 8.16%，按此比例推算，全国 65 岁及以上老龄人口已达 10482 万人，比人口普查数增加 1671 万人，年均递增 9.0%。老龄人口的增长量和增长速度是很惊人的，80 岁以上高龄人口将以平均百万人的速度增长。我国老龄化速度快于世界老龄化速度据联合国预测，1990-2020 年世界老龄人口平均年增速度为 2.5%，同期我国老龄人口的递增速度为 3.3%，世界老龄人口占总人口的比重从 1995 年的 6.6%上升至 2020 年9.3%，同期我国由 6.1%上升至 11.5%，无论从增长速度和比重都超过了世界老龄化的速度和比重，到 2020 年我国 65 岁以上老龄人口将达 1.67 亿人，约占全世界老龄人口 6.98 亿人的 24%，全世界四个老年人中就有一个是中国老年人。发达国家老龄化进程长达几十年至 100 多年，如法国用了 115 年，瑞士用了 85 年，英国用了 80 年，美国用了 60 年，而我国只用了 18 年（1981-1999 年）就进入了老龄化社会，而且老龄化的速度还在加快。另外，随着科技的进步、工业的发展、交通的紧张，意外事故频繁发生，残疾人数量在急剧增加。我国的残疾人口每年以七十万到八十万的速度在增长，也就是说，每天增加两千多名残疾人，每四十秒钟左右就要增加一名残疾人。据 2006 年 4 月 1 日起至 5月 31 日结束的第二次全国残疾人抽样调查，目前，我国各类残疾人总数 8296 万人，残疾人占全国总人口的比例为 6.34%。各类残疾人的人数中肢体残疾 2412 万人，占29.07%。由于这一类人群丧失了行走能力，因此他们的各种生活权益急需要得到保障，残疾群体的特殊需求也应得到关注。为了给老年人和残障人士提供安全可靠、性能优越的代步工具，帮助他们提高行动自由度及重新融入社会，将智能机器人技术应用于电动轮椅的智能轮椅越来越引起全社会的重视和关注，对于这方面的基础研究和产品设备的开发也将是我国未来经济发展的重要课题。大量的老年人和残疾人的存在使助老助残问题日益成为一个重大的社会问题。服务8机器人的问世和发展可以有效地提高老年人和残疾人的生活质量，为我国社会的稳定发展起到积极作用。爬楼梯电动轮椅是服务机器人的一种，它是老年人或肢体伤残者不可缺少的康复和代步工具，借助轮椅老年人和肢体伤残者可以进行身体锻炼和参与社会活动。我国的轮椅发展较缓慢，而能爬楼梯的多功能轮椅在国内尚无成熟的产品；然而随着社会生产力的发展，人们生活水平的不断提高，考虑提高老年人及残疾人对出行的方便性，研制具有爬楼梯功能的轮椅具有重大的现实意义。目前我国市场上所能见到的轮椅产品主要分为手动和电动两大类，其中手动轮椅因其价格低廉，得到市场青睐，但由于手动轮椅使用主要集中在上肢健全的青壮年范围内，从而限制了老年人和一部分残疾人的使用，在经济条件允许的状况下，电动轮椅成为了他们的必然选择。电动轮椅一般分为室内型、室外型和道路型三种，在我国市场上都能见到。但是我国电动轮椅一般只是在手动轮椅基础上增加动力源和控制单元，功能单一，从安全性、可靠性及功能性上均不能充分满足老年人、残疾人的实际需求。因此研发功能丰富、价格适中的智能轮椅产品，给老年人、残疾人提供优越的代步工具，从而改善该人群的生活质量、帮助他们重新获得生活能力，找回自尊、自立的感觉，帮助他们重新融入社会，提高他们对生活的乐趣和信心，减轻家庭及社会负担，促进社会和谐发展具有重要意义并将产生巨大的社会效益。为此，通过查阅国内外相关资料，经过深入研究设计一款行星轮式电动轮椅。二.工作任务分析本课题的主要任务是完成一个简单，紧凑的行星轮电动轮椅车架设计研究。在工作初期，需大量检索与电动轮椅有关的学术论文和技术资料，并仔细阅读、理解。同时了解电动轮椅的基本原理、理论和设计。然后对电动轮椅结构进行分类研究。接着确定轮椅转向系、制动系的结构设计。最后，完成本课题的设计说明书等相关资料。本课题具体应完成的主要项目包括：（1） 检索分析有关资料、综述电动轮椅结构设计基本原理； （2） 研究并提出轻型紧凑电动轮椅结构设计方案和策略，建立分析模型； （3） 对轻型紧凑电动轮椅结构设计进行总体方案设计；（4） 对轮椅转向系统和制动系统进行设计；（5） 对模型进行仿真分析，排除运动干扰； （6） 撰写研究设计说明书； 三.调研报告1.我国轮椅需求市场越来越大当今世界各大城市都面临老龄化问题。根据联合国预测：1990-2020 年世界老龄人口9平均年增速度为 2.5%，同期我国老龄人口的递增速度为 3.3%，老龄化速度快于世界老龄化速度。与其他国家相比，中国社会人口老龄化程度高，已逐步进入老龄化社会。许多大城市，如上海、北京等老年人的比例已接近 20%。与此同时还有肢体残疾人的人口近6000 万。在他们当中有相当多的人因行走不便不得不依靠轮椅才能够正常生活。根据中华人民共和国国务院新闻办公室 2006 年 12 月在北京发布的中国老龄事业的发展报告提供的数据：2005 年底，中国 60 岁以上老年人口近 1.44 亿，占总人口的比例达11%。世界上 60 岁以上人口超过 1 亿的只有中国。现在我国 60 岁以上老年人口每年以3%的速度递增。在 60 岁以上的老年人口中，有相当一部分老年人在日常生活和工作中。在疾病治疗和康复过程中，都需要借助使用轮椅。另据第二次全国残疾人抽样调查数据推算，全国各类残疾人的总数为 8296 万人。其中肢体残疾 2412 万人，占 29.07%。多重残疾 1352 万人，占 16.30%。在肢体残疾和多重残疾的群体中，有相当一部分在生活、工作中，在治疗疾病和康复训练中，也需要使用轮椅。如今随着老年群体病人的增加，轮椅的社会需求总量逐年增长。这给轮椅行业带来巨大的市场空间。2.未来我国对高档电动轮椅需求将升温当那些老年病人肢残病人出现关节僵硬行动不便的时候最需要的是有人搀护，帮助关爱，这是现实。如何帮助他们实现行动自由的愿望和想法，除了需要社会各方面努力和关心，最理想的代步工具就是电动轮椅车。在欧美经济发达国家，老年人、残疾人专用的手动轮椅和普通电动轮椅车已出现被逐步淘汰的趋势。取而代之的是性能优越、操作简便、行驶更安全可靠、的智能型电动轮椅。随着我国经济的迅猛发展和人民生活水平的不断提高。预计在不久的将来，我国对高档电动轮椅也将有十分旺盛的需求。3出口市场潜力巨大我国轮椅产品在国际上的竞争力很强，其成本优势比较明显，从台湾地区统计局发布的对美出口的电动轮椅车及代步车情况来看，我国大陆出口的电动轮椅及代步车价格普遍低于韩国和我国台湾地区。2003 年台湾对美的平均出口价为 641 美元/辆，韩国对美的平均出口价为 526 美元/辆，而我国仅仅为 377 美元 /辆。价格差距十分的明显。不过正因为价格低廉，所以我国电动轮椅车产品在国际上的竞争具有较大的优势，出口市场十分看好。我国轮椅的出口市场多且规模都不小，尤其是欧美、澳、日和一些中东、东南亚国家和地区。我国轮椅出口市场潜力还有待进一步开发，潜力巨大。4目前主流电动轮椅的结构分析。目前市面上的电动轮椅有履带式，普通轮胎式和行星轮式。履带式电动轮椅基本不具备折叠功能，携带不方便。而普通轮胎式和行星轮式电动轮椅则可以解决不易携带这方面的缺点。而且普通轮胎式轮椅比履带式质量小，工作效率高，电池寿命长。但普通轮子式的轮椅相比履带式轮椅在越障以及爬楼梯的时候没有履带式轮椅稳定，安全。所以也存在某些高档轮椅，履带和普通轮胎同时安装，普通平地路用轮胎，爬越障碍使用3履带。但这样的混合结构造成轮椅体积极其庞大，质量较重，携带不便，不具备推广意义。为了能更好的携带轮椅，例如可以放置到汽车后备箱中，居家旅行也不占用太多的空间，所以很多轮椅都设计成可以折叠。一般是前后方向缩短折叠。由于电机在轮椅下方，轮椅左右方向上折叠空间很小，所以基本不考虑在左右方向上折叠进行设计。5电动轮椅使用的转向系统和制动系统方案转向方案有:1).驱动电机差速转向,通过控制电机的速度来进行转弯 .内侧轮速降低,外侧轮速增加,从而实现转弯。若两个轮子转向相反，则可以实现原地掉头。这种方案需要较复杂的电机控制系统，成本较高。2).另一种是一种双侧或单侧操纵杆控制方向,一般前轮为控制转向轮，通过转向传递机构，将前轮转动某个角度，而两个前轮通过杆件连接起来，可以实现相同的转角。这种方案都是机械手动方式，成本较低。制动方案有：1).驱动电机主动减速实现刹车，通过控制电机的电流来实现降低电动机减速，从而实现减速或制动。这种方案一般应用于高级轮椅，通过芯片来控制电机的转速，从而实现减速和制动。2).直接用制动器制动轮椅驱动轮，同时降低或断开电机驱动电流。这一方案可以较简单实现，无需电子控制。只需一个同时实现刹车和断电的把手。结构简单，可靠性优良。结构简单，可靠性优良。四.方案拟定与分析考虑到电动轮椅主要使用场合是平地，而且为了减少开发成本，采用单电机或双电机动力驱动系统。考虑到易成本的问题，采用手动转向和制动系统，少用或不用传感器等电气设备。总体方案初定为：（1）为了方便携带，以普通折叠椅为研究模板，对其折叠动作进行研究，最终得出折叠方案策略。（2）为了能让轮椅具备一定的越障能力，前后轮都采用 Y 型行星轮设计。（3）为了降低轮椅整体成本，使用手动制动与转向系统。目前的国内廉价紧凑型电动轮椅研究属于刚起步阶段，实际产品非常有限，虽然对可折叠与越障的轮椅的研究已经比较普遍，但是轮椅成本降不下来，价格居高。而国外的智能电动轮椅已经非常先进，使用大量的电子信息技术进行控制，造成成本与售价极高，普通家庭无法负担使用。五.毕业论文撰写提纲摘要第一章 绪论31.1 电动轮椅发展背景及意义1.2 目前市场上主流的电动轮椅特点1.3 电动轮椅系统总成结构介绍第二章 电动轮椅结构设计的理论基础2.1 确定电动轮椅车架参数2.2 校核参数与力学分析2.3 电动轮椅车架运动力学分析第三章 电动轮椅的转向系与制动系设计3.1 转向系的原理与计算3.2 制动系的原理与计算3.3 轮椅折叠方案设计第四章 建立电动轮椅模型4.1 选取建模软件 CATIA，进行建模4.2 对模型进行仿真运动，排除运动相互干扰因素4.3 对重要受力零件进行有限元分析第五章 总结六.实施计划1-3 周：检索与电动轮椅结构设计有关的论文和技术资料，并翻译外文。完成开题报告。3 -15 周：建模、计算、分析、写说明书3 - 5 周：学习电动轮椅有关的基本原理、理论和设计。5 - 7 周：对轮椅各项参数进行确定。7 -10 周：研究电动轮椅的车架结构设计，建立能量模型；并建立相关数学模型。10-14 周：对电动轮椅的结构总成进行校核。并计算确定各种运动参数。14-15 周：提出改进和应用的建议。15-16 周：完成设计说明书等相关资料。16 周：检查所有资料的完整性及准确性，上交说明书等资料。参考文献1 孙桓，陈作模,葛文杰.机械原理M.6 版.北京：高等教育出版社， 2001,5 至 43 页.2 单辉祖.材料力学M.2 版 .北京：高等教育出版社，2004 ，3 朱文坚，黄平，刘小康.机械设计M.2 版.北京：高等教育出版社， 2008,273 至 288 页.4 褚文强，辜承林.电动车用轮毂电机研究现状与发展趋势 J.电机与控制应用.2007 34 （4）5王丽娟.行星滚轮转换步行式驱动爬楼梯轮椅设计D.苏州大学硕士学位论文.20106苏和平，王人成. 爬楼梯轮椅的研究进展J. 中国康复医学杂志 .2005 20(5)37赵德超，王占礼.曲柄星轮式爬楼梯轮椅的研究D.长出工业大学说是学位论文 20118 苏和平，王人成. 一种双联星形轮机构电动爬楼梯轮椅的设计 J.中国临床康复，2005 26（9）9 王占礼，孟祥雨，陈延伟. 一种星轮式爬楼梯电动轮椅设计 J.机械设计与制造.2012 1010 何清华，黄素平，黄志雄.智能轮椅的研究现状和发展趋势 J.机器人技术与应用.2003 211 吴昌林，金强，赵青.行星轮式爬楼梯轮椅的越障能力分析 J.机械设计.2010 1（27）12马永为，赵臣，赵海东. 基于行星轮系的爬楼梯轮椅研究 D.天津大学硕士学位论文.200813 李超，胡延平，韦端利.一种轮组结构的爬楼梯轮椅的设计 J.现代机械.2010 614李霞，宋海堂. 基于人机工程学的爬