残疾人轮椅的设计文档格式.docx
- 文档编号:13572685
- 上传时间:2022-10-11
- 格式:DOCX
- 页数:17
- 大小:484.60KB
残疾人轮椅的设计文档格式.docx
《残疾人轮椅的设计文档格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《残疾人轮椅的设计文档格式.docx(17页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
encounterobstacleslegworktoaccommodatemostoftheterrain;
bodyislevelingautomaticslide-typestructure,thestructureissimple,easytoadjust.Thedesignofthemaintasksinclude:
determiningwheelchairworkandtheworkingstructure,bodysize,andidentifythemajorcomponentsandpartsofthestructuresizeandselection.
Keywords:
wheelchairhighadoptionroundleggedrobot
1绪论
1.1研究目的
轮椅是年老体弱者以及下肢伤残者必不可少的代步工具,随着无障碍设施的增多,轮椅使用者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一项比较紧迫的任务。
解决这一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一样的行走,以通过障碍物;
而在车身则采用滑轨式自动调平结构。
1.2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1892年美国的Bray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,且有一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一款全新的轮椅,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。
这款轮椅配有一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,它像普通的轮椅一样通过滚动前行,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一样通过障碍。
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。
2方案选择
2.1常见方案
2.1.1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,各小轮一起绕中心轴公转。
内蒙古民族大学物理与机电学院的苏和平等人借鉴了iBOT的爬楼方式,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2-1双联星形爬楼梯轮椅图图2-2双联星形爬楼梯轮椅改进图
2.1.2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Baronmead公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15-20个台阶。
法国Topchalr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2-3履式机器人
2.1.3腿式
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。
2.1.4复合式
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1-6所示和轮-腿一履带复合如图1-7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2-4轮一履复合图图2-5轮-腿一履复合图
2.2方案分析
2.2.1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一定的损坏,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。
2.2.2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;
该种结构的优点有:
第一,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。
这一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。
2.3具体方案
2.3.1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一个腿尖,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一部分的水平的地形。
当遇到障碍物的时候它
可以像一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。
2.3.2结构分析
根据本次设计的要求有一下三个前提:
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一条腿支撑它的身体其他
三条腿;
连接到每个车轮的前端的一条腿,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。
2.3.3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。
对于这一点,阿克曼转向机构或机制图1中示出的是用于转向。
图2-6转向机构
2.3.4越障功能
一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2)。
假设只有运动1和2的是可以实现的,因为不一定需要功能3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2,它至少是必要的腿顶端能够移动垂直及横向,如图3中所示。
图2-7:
身体位置调整,而不离开图2-8:
腿型机器人可以选择
支持任意位置。
支承点的位移优选的是,实现两个或多个功能的一个的自由度,以避免了复杂的机制。
因此,轴由在轧制控制方向,这两个函数(ⅱ)和(4)来实现,作为如图4所示。
此外,(ⅲ)及(v),实现了由其他可驱动的轴设置,如图4所示。
这机制下称腿像车轴。
为了四条腿(图5)实现的功能,机器人配备与上面的前部和后部的腿状轴。
图2-9腿像车轴机制图2-10在两个腿像轴前部和后部,撤消修改
所以每腿可以提高其轮。
图2-11身体有可能下降,如果所有的车轮不能被驱动。
驱动和控制每个车轮独立地是由于以下原因:
当轮椅车体掉落在斜坡上移动时,在粗糙地形有一种可能性,如图6中所示,如果所有的车轮还没有激活的车轮;
左车轮的右轮的速度是不同的,即使在粗糙地形上直线移动,最后,附着在车体上的调整轴。
该设计轮椅的四个车轮和四条腿的功能,并具有一个可控制的片的一部分,因此,它可以移动崎岖地形上的人或骑在它的水平的东西。
另一方面,有四个主动车轮和其他五个主动轴。
轮腿式机器人具有最小的自由度,除其他机器人具有相同的迁移率式样。
所以,这是一个新型崎岖地形的机器人。
2.3.5移动方式
在下图中给出了轮腿式机器人的运动方式,以及越障过程,按照顺序给出了轮椅越过障碍,向前移动的过程图。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 残疾人 轮椅 设计