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（完稿）残疾人轮腿式机器人轮椅设计（CAD全套）

合。比如中国科学技术大学精密机械与精密仪器系研制的种小型全自主多种移动方式相融合的复合式越障轮椅。二是采用了轮履复合如图所示和轮腿履带复合如图所示等结构。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。图轮履复合图图轮腿履复合图．方案分析目前研究中所存在的问题履带式的缺点就是对路面施加的强压力，不可避免的对障碍沿有定的损坏，不适合大绝大多数室内障碍。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。方案选择本次设计的指的活动范围逐步加大。但障碍物却使轮椅受到很大限制，因此研发价格低廉简单易用的可翻越障碍物的轮椅是康复工程工作者面临的项比较紧迫的任务。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。解决这问题的最好方法就是改进残疾人使用的行走设备，也就是说通过改进残疾人轮椅的机械结构，使其能够适应日常生活中所碰到大多数的地形。本次设计的题目高通过性轮椅设计，其主要原理在于四个轮子在正常运动中四轮驱动行走而在遇到障碍的时候可以像腿样的行走，以通过障碍物而在车身则采用滑轨式自动调平结构。．国内外发展现状国外对爬楼梯装置的研究开始得相对较早，最早的专利是年美国的发明的爬楼梯轮椅。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，且有些产品已经投入市场使用。我国对此类装置的研究虽然起步较晚，但近年来也涌现了很多这方面的专利，然而投入实际使用的还很少。日本千叶工业大学开发出了款全新的轮椅，这个轮椅的独特之处就是能够轻易地在不公正的地面上使用。这款轮椅配有排感应器来探测障碍和地面变化，并能够自动进行调整。借助于四轮驱动和五轴的结构设计，该款智能机器人轮椅能够完成多种难度动作。平常，它像普通的轮椅样通过滚动前行，但是如果碰到台阶或者沟道的话，它的轮子就可以变得像腿样通过障碍。使用者需要做的仅仅是通过操纵杆告诉它往什么方向移动，这个智能机器人轮椅会自动评估周围的地形然后做出正确动作。当然如果路面不平的话，它会自动控制座椅确保它保持水平。方案选择．常见方案轮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，各小轮起绕中心轴公转。内蒙古民族大学物理与机电学院的苏和平等人借鉴了的爬楼方式，采用星形轮系作为爬楼梯机构，设计了种双联星形机构电动爬楼梯轮椅。改轮椅爬楼时需要人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。图双联星形爬楼梯轮椅图图双联星形爬楼梯轮椅改进图履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。英国公司开发的种电动轮椅车，底部是履带式的传动结构，可爬楼梯的最大坡度为度，上下楼梯速度为每分钟个台阶。法国公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。图履式机器人腿式早期的爬楼梯装置般都采用步行式，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。复合式现今，爬楼装置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。二是采用了轮履复合如图所示和轮腿履带复合如图所示等结构。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。图轮履复合图图轮腿履复合图．方案分析目前研究中所存在的问题履带式的缺点就是对路面施加的强压力，不可避免的对障碍沿有定的损坏，不适合大绝大多数室内障碍。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。方案选择本次设计的指导思想必须满足以下几个性能平地越障两用平地行驶效率高，操作方便简单越障时重心波动缓和，稳定性好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轮椅结构尽量简单，造价低廉。为了满足上述要求，考虑到复合式具有良好的越障能力，所以本次设计采用轮腿式复合机器人结构，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。该种结构的优点有第，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，四轮都有单独的电动机驱动，利用轮轴系统传递动力，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，四轮演变成腿式机器人形星翻越障碍物前进。第二，可靠的越障能力。轮椅小车翻越障碍时，小车轮四轮驱动电动机停止，抬腿电动机驱动抬腿以通过障碍，转向时通过单独的电动机驱动，轮子不转动。这使得在翻越障碍过程中，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。这优点对小车越障控制尤其重要。第三，对控制方式容易实现。任意时刻轮椅四轮同步驱动行走，转向和抬腿都由单独的电动机驱动，这样就能准确控制移动轮椅的行走状态。第四，由电动机调速控制器来实现轮椅的正常前进实现转向抬腿前进三个基本运动单元。.具体方案总体方案本设计方案中的轮腿式机器人它是具有足够的流动性简单的机构为目标的环境中，其作用机理是不同的从那些其他的移动机器人。四个车轮被安装在每个腿尖，和腿机构是很简单的。在此轮椅系统有四个活动轮，只有五个活动轴，而机器人可以直接移动通过部分的水平的地形。当遇到障碍物的时候它可以像个机器人移动也走在台阶上像腿式机器人，尽管组成的机械结构简单。结构分析根据本次设计的要求有下三个前提轮腿机器人作为机器人的基本讨论越障地形合适的机制，因为这两个车轮和腿是必要的崎岖地形的机器人，这类机器人，同时具有高速和高非结构化地形的适应性提出了机器人在地面上有四个接触点。四是最小数目，以维持其稳定性当它提出了条腿支撑它的身体其他三条腿连接到每个车轮的前端的条腿，因为在很多情况下，没有足够的空间可设置的腿和车轮单独的机器人身体上。转向机构对于机器人轮椅来说方向控制机器人是必要的，在正常行驶的过程中，以及在越过障碍的时候，都是需要准确控制的。对于这点，阿克曼转向机构或机制图中示出的是用于转向。图转向机构越障功能般功能腿机制有利于示于下表。当所有的腿不具备多个自由度，无法实现的转向功能，在下表图。假设只有运动和的是可以实现的，因为不定需要功能腿尖位置进行调整车轮。其结果是，使腿机制可以变得相当简单。为了实现功能，它至少是必要的腿顶端能够移动垂直及横向，如图中所示。图身体位置调整，而不离开图腿型机器人可以选择支持任意位置。图参数数据.电机选择选择电动机的类型和结构形式因为我们的轮椅需要能够爬楼越障，所以对电机的要求就比较高。所以我们选择电动单轮车的驱动电机作为电动轮椅的电机。永磁直流无刷电机是种典型的机电体化电机,除了有普通直流电机调试性能好调速范围宽和调速方式简单的特点外,还有功率因素高转动惯量小运行效率高等优点,特别是由于它不存在机械换相器与电刷,大大的减少了换相火花,机械磨损和机械噪声,使得它在中小功率范围内得到了更加广泛的应用,是电机的主要发展方向之。对于永磁直流无刷电机的控制方式,可以分为两大类有位置传感器控制方式和无位置传感器控制方式。典型的有位置传感器控制方式是使用霍尔传感器控制方式。无位置传感器控制方式是目前比较广泛使用且较为新颖的类控制方式,包含有反电动势控制方法磁链计算法状态观测器法和人工神经网络控制法等。反电动势控制方法中对驱动桥和电机在外电路过流时的保护极为重要,对软件发生错误动作时负载的保护也提出了较高的要求。目前我国电动车所使用的电机般为直流电机，直流电动机具有运行效率高调速性能好等优点。传统的直流电机是有刷直流电机，但由于电刷的存在，带来了因机械摩擦而产生的噪声火花电磁干扰等缺点，再加上电机的制造成本高维修困难使用寿命短等，其使用范围受到很大影响。目前在直流无刷电动机中常用的位置传感器种类主要有如下几种第，电磁式位置传感器。