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摘 要
輪椅是年老體弱者以及下肢傷殘者必不可少的代步工具，但障礙物卻使輪椅受到很大限制?，F(xiàn)代由于采用了傳統(tǒng)的輪式結(jié)構(gòu)，只能夠在平地上行走，面對臺階、樓梯這樣比較復(fù)雜的地形卻顯得無能為力。高通過性輪椅設(shè)計是采用輪腿式機器人結(jié)構(gòu)，正常行駛時輪式工作，采用四輪驅(qū)動；遇到障礙時腿式工作，從而適應(yīng)大多數(shù)地形；車身則采用自動導(dǎo)軌式調(diào)平結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)節(jié)方便。本次設(shè)計的主要工作包括：確定輪椅的工作方式以及工作結(jié)構(gòu)形式、主體尺寸，并確定各主要零、部件的結(jié)構(gòu)尺寸及其選型。
關(guān)鍵詞：輪椅 高通過性 輪腿式機器人
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
目 錄
1 緒論 1
1．1 研究目的 1
1．2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1
2 方案選擇 2
2．1 常見方案 2
2.1.1 輪組式 2
2.1.2 履帶式 2
2.1.3 腿式 3
2.1.4復(fù)合式 3
2．2 方案分析 4
2.2.1 目前研究中所存在的問題 4
2.2.2 方案選擇 4
2.3 具體方案 5
2.3.1 總體方案 5
2.3.2 結(jié)構(gòu)分析 5
2.3.3轉(zhuǎn)向機構(gòu) 6
2.3.4 越障功能 6
2.3.5 移動方式 8
3 結(jié)構(gòu)設(shè)計 9
3.1 主要參數(shù)設(shè)計 9
3.2 電機選擇 9
3.2.1 選擇電動機的類型和結(jié)構(gòu)形式 9
3.2.2 行走機構(gòu)電機選擇計算 12
3.2.3 行走機構(gòu)電機功率的計算 12
3.3 驅(qū)動輪系統(tǒng)設(shè)計 12
3.3.1 總體結(jié)構(gòu) 12
3.3.2 驅(qū)動輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 12
3.3.3套筒(輪軸)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 13
3.4 軸設(shè)計與校核 14
3.4.1 總體設(shè)計 14
3.4.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 14
3.4.3 軸的校核 14
3.5 V帶設(shè)計 15
3.5.1確定計算功率 15
3.5.2 選擇V帶類型 15
3.5.3確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗算帶速 15
3.5.4驗算帶速 15
3.5.5確定V帶的中心距和基準(zhǔn)長度 15
3.5.6驗算小帶輪上的包角 16
3.5.7 計算帶的根數(shù) 16
3.5.8 計算單根V帶的初拉力的最小值 16
3.5.9 計算壓軸力 17
3.5.10 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 17
3.6 車輪半徑尺寸研究 17
結(jié) 論 19
參考文獻 20
致 謝 21
1 緒論
1．1 研究目的
輪椅是年老體弱者以及下肢傷殘者必不可少的代步工具，隨著無障礙設(shè)施的增多，輪椅使用者的活動范圍逐步加大。但障礙物卻使輪椅受到很大限制，因此研發(fā)價格低廉、簡單易用的可翻越障礙物的輪椅是康復(fù)工程工作者面臨的一項比較緊迫的任務(wù)?，F(xiàn)代由于采用了傳統(tǒng)的輪式結(jié)構(gòu)，只能夠在平地上行走，面對臺階、樓梯這樣比較復(fù)雜的地形卻顯得無能為力。解決這一問題的最好方法就是改進殘疾人使用的行走設(shè)備，也就是說通過改進殘疾人輪椅的機械結(jié)構(gòu)，使其能夠適應(yīng)日常生活中所碰到大多數(shù)的地形。
本次設(shè)計的題目高通過性輪椅設(shè)計，其主要原理在于四個輪子在正常運動中四輪驅(qū)動行走；而在遇到障礙的時候可以像腿一樣的行走，以通過障礙物；而在車身則采用滑軌式自動調(diào)平結(jié)構(gòu)。
1．2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
國外對爬樓梯裝置的研究開始得相對較早，最早的專利是1892年美國的Bray發(fā)明的爬樓梯輪椅。此后，各國紛紛開始投入此項研究，其中美國、英國、德國和日本占主導(dǎo)地位，技術(shù)相對比較成熟，且有一些產(chǎn)品已經(jīng)投入市場使用。我國對此類裝置的研究雖然起步較晚，但近年來也涌現(xiàn)了很多這方面的專利，然而投入實際使用的還很少。
日本千葉工業(yè)大學(xué)開發(fā)出了一款全新的輪椅，這個輪椅的獨特之處就是能夠輕易地在不公正的地面上使用。這款輪椅配有一排感應(yīng)器來探測障礙和地面變化，并能夠自動進行調(diào)整。借助于四輪驅(qū)動和五軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，該款智能機器人輪椅能夠完成多種難度動作。
平常，它像普通的輪椅一樣通過滾動前行，但是如果碰到臺階或者溝道的話，它的輪子就可以變得像腿一樣通過障礙。使用者需要做的僅僅是通過操縱桿告訴它往什么方向移動，這個智能機器人輪椅會自動評估周圍的地形然后做出正確動作。當(dāng)然如果路面不平的話，它會自動控制座椅確保它保持水平。
2 方案選擇
2．1 常見方案
2.1.1 輪組式
輪組式的特點是每個輪組依照星形輪的方式進行運動：平地行駛時，各小輪繞各自軸線自轉(zhuǎn)；爬樓梯時，各小輪一起繞中心軸公轉(zhuǎn)。