城市智能导盲车设计说明书.docx

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城市智能导盲车设计说明书

设计说明书

————城市智能导盲车

目录

作品名称3

作品模型3

设计背景4

设计内容与预期目的4

整体方案5

主要部件5

底盘构造5

传感器6

可变式三角形履带7

1技术领域7

2背景技术8

3发明内容8

4技术方案8

摩擦式无级变速器9

1技术领域9

2背景技术9

3发明内容10

4技术方案10

部分零件CAD尺寸图11

设计感想16

作品名称

城市智能导盲车

作品模型

设计背景

在日常生活中机械电子扮演着不可或缺的作用，在中国梦的背景下作为当代大学生我们有义务也有责任把学到的机电专业知识做出实物来回报社会，实现人生价值。

盲人是一个没有视觉感知力的弱势群体，盲人行走在川流不息的城市中，会非常的不便和危险，而起到导盲作用的除导盲犬外，目前还存在大致三类导盲机器：

手杖类导盲辅具、穿戴式导盲辅具、移动式导盲辅具。

本项目城市智能导盲车，在实现基本导盲功能的同时，还要向智能化和机械结构创新方向发展，弥补导盲手杖的功能单一问题和机器人的高造价、技术复杂、普及度不高的缺点，真正实现导盲工具的多功能化和大众化。

这将会为盲人的生活提供极大地方便。

设计内容与预期目的

（1）对智能导盲车底盘的机械传动结构创新优化，真正实现适应城市路况环境。

（2）了解使用各类传感器（红外传感器、超声波传感器），利用传感器达到导盲车自动识障、避障的预期功能。

（3）研究语音控制系统，利用语音系统向盲人传达行走指示的关键信息。

（5）选用及开发合适动力系统，保证城市智能导航车的持续动力和有效续航。

（6）采用相应的人机交互技术，实现人和智能导盲车的信息反馈和交流

整体方案

导盲车采用三角形履带，可以有效翻越台阶障碍和提升爬坡能力。

整个底盘部分用于放置锂电池及导盲车行进所需齿轮及相关构件。

导盲车的后方有一可以360度调向的导杆并且在导杆的顶端附有控制按钮，盲人可以通过它来控制导盲车的行进与停止。

底盘部分主要体现机械的创新结构与设计，而控制系统部分则是实现导盲功能的“指挥中心”。

变速采用无级摩擦式变速器进行变速，满足了导盲车作为小型行驶器的变速要求，避免了齿轮变速器过重过大的弊端。

在导盲车的前方和左右放置红外传感器和超声波传感器，实现对导盲车周围环境及障碍的测距与识别，同时在传感器附近加载语音控制模块：

当载体正前方约1米处遇有障碍时，安装在载体正前方传感器触发语音电路提示：

“前方有障碍”，同理，当载体左侧或右侧约0.3~0.5米处遇有障碍时，安装在载体左侧和右侧的传感器触发语音电路，分别提示“左侧有障碍”和“右侧有障碍”，引导盲人及时规避来自各个方位的障碍。

在车的前后轮轴部分放置驱动电机来控制导盲车的转向。

主要部件

底盘构造

底盘上分布有无级变速器和相应的电动机。

本车一共采用五个电动机。

其中上部两个实现无级变速器的变速，提供变速器变速所需的干扰。

中部电动机提供前轮驱动的驱动力。

下部两个电动机提供三角形履带的变形需要。

传感器

导盲车选用三个红外传感器和三个超声波传感器：

红外传感系统是用红外线为介质的测量系统，在测距避障方面有很大的优点，而超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。

超声波是一种振动频率高于声波的机械波，由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的，它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。

超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在阳光不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。

解决了红外传感器易受外界光源干扰的问题，超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波，碰到活动物体能产生多普勒效应。

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可变式三角形履带

1技术领域

履带是由主动轮驱动，多轮支撑的柔性链环，广泛应用在军事坦克、工程机械以及特种车辆上。

履带按结构型式可分为：

金属销铰链式和金属橡胶铰链式两大类。

按照履带底盘材料可分为橡胶胶履带底盘多适用于小型轻工业和小型工程机械行业。

轻工业一般是一吨到四吨以内的农用机械。

工程机械行业则多用于小型钻探行业。

钢制履带相对而言使用的范围及其寿命及对工况的选择则更宽广。

可以承担更为恶劣的工作环境和更大的载重。

履带轮的具有对地面压强小，适于低等级道路行走等优点。

绝大多数履带都为坦克式平直式走履带，在小型工程机械或者牵引机械上应用时面对复杂地形的行走能力略显不足，所以本实用新型设计了一种三角可变式履带，来满足一定的坡度爬升需求和台阶式地形行走的需要。

2背景技术

履带的背景技术即为引导轮、随动轮、支重轮、驱动轮及履带的材料选择和加工制作。

履带的工作原理即一个驱动轮、几个承重轮组，加上链带构成的行走系统。

目前，常见的坦克式履带技术成熟，装配方便，但是难以满足对台阶式地形的爬升，无法实现对较为复杂城市路况的通过。

本实用新型专利改良了履带形态，增强了地形通过能力，又在一定程度上提升了特殊路况的驱动力。

3发明内容

本实用新型提出了三角型履带的概念，打破了传统的支撑轮的作用，赋予了履带在不同的路况下实现不同工作形态的可能。

履带在支撑轮的位置变化时形状相应改变，而由弹簧提供的向外的压力保证了履带在工作时的张力，提升了工作安全性和可靠性。

4技术方案

本实用新型专利采用橡胶作为履带原材料，在满足强度的同时尽可能减少导盲车的重量，考虑到复杂地形需要较为强劲的驱动力和差速转向的需要，使用前驱动轮作为履带的驱动轮。

上部的小轮是三角履带的支撑轮和张紧轮。

提供履带在正常行驶和需要爬升高度时的履带张紧和高度提供的作用。

连接张紧轮的是一根压缩杆，在压缩杆中存在一个弹簧提供对张紧轮的向外的持续压力。

后部的轮子起到了承重和支撑等等作用。

它在限制履带变形程度和提供履带支撑方面起到了重要作用。

设计细节上，基于对驱动轮的正常转动的需要和对支撑杆要有一定运动空间的考虑，所以支撑杆没有采用传统的直杆构造，而是通过凹槽对驱动轮进行了避让，增加了工作范围，提升了安全性能。

支撑杆由电动机驱动，可通过传感器与计算机程序相互配合实现对路况的智能判断和智能通过。

支撑杆旋转端装配有限位装置，通过限位销的设计可以限制支撑杆的摆动幅度，避免了发生碰撞的可能，提升了整体安全性。

三角可变式履带设计新颖，在应对城市复杂路况和处理突发障碍中可以实现良好的高度爬升和通过能力。

可广泛应用在导盲，寻迹等多种功能车辆上。

摩擦式无级变速器

1技术领域

变速器是用来改变来自发动机的转速和转矩的机构，它能固定或分档改变输出轴和输入轴传动比。

因此在变速器是行驶机械中不可或缺的重要组成部分。

本实用新型涉及小型传动机构的变速装置，主要功能是靠摩擦和不同配合比来实现无级变速。

2背景技术

当今行驶机械的传动装置大都使用齿轮变速箱来完成变速需求，由变速传动机构和操纵机构组成。

齿轮变速箱重量大，要求的加工精度高，加工难度大，成本高昂，而且体积庞大，难以满足小型非载人行驶器的安装要求。

而且齿轮变速箱具有一定的操作难度和安装精度，在简易而且要求结构强度不高的小型行驶器上难以实现变速箱的安装操作。

而且无法满足无级变速的要求。

3发明内容

为了克服当前变速箱的弊端，本实用新型提供一种摩擦无级变速器。

通过摩擦轮和摩擦环实现无级变速。

该变速器重量轻，体积小，可以实现在小型行驶器上的无级变速。

具有广泛的应用范围和应用价值，以及巨大的成长空间和发展潜力。

4技术方案

本实用新型采用三摩擦轮以及双摩擦环相互配合的形式进行配合。

如上图，在两侧弹簧张紧装置的拉力作用下，两侧的摩擦轮可以和中间的摩擦环紧密接触。

当左右的滑块移动时，可以实现摩擦环的前后移动，从而实现两个摩擦轮的不同配合比。

从而达到左右两侧实现输入和输出的分别变速。

而两侧的滑块的移动由左右的丝杠螺母一侧的电机控制。

与丝杠配合的电动机可由电脑编程控制，实现对该变速器的智能控制和按需控制。

在细节处理上，本无级变速器把摩擦轮的支撑杆倾斜一定角度固定在前后的板体上，主要是基于避免使摩擦环产生过大变形的考虑。

在摩擦轮外表，采用了花纹式防滑处理，增加了该变速器的可靠性和工作稳定性。

部分零件CAD尺寸图

设计感想

通过本次设计，我们对于机械运动学与动力学的分析与设计以及电控知识有了更为深入的理解，同时，也培养了我们表达，归纳总结的能力。

此次设计也让我们更加明确了自己所学知识的用途，这为以后的学习指明了方向，让我在以后的学习工作中思路会更加清晰，重点会更加明确，从而向更好的方向努力。

另外在设计的过程中，我们培养了良好的合作能力。

自从第一天开始我们小组就积极投入到学习中去，完成各自的数据计算，基本草图的绘制，数据的简单处理。

大家积极与他人交流，讨论设计过程遇到的难题，一起去解决。

这种学习的方法也是值得借鉴的，在讨论中学习，而且这种由我们自己得到的东西，记得会更加的深刻，另外在讨论学习过程中同学们之间的关系会更加密切，非常有利于增进同学之间的友谊。

     通过本次设计使我们明白了自己知识还比较欠缺，需要学习的东西好有很多，以前总认为自己掌握很好的东西，其实差的还很远，尤其是在机械这个大行业里面，学了那么一丁点的东西，根本拿不出手，要想真正的在这个行业中有所建树，付出是必须的，而且是不遗余力的去努力学习。

非常感谢指导老师对我们的悉心指导，顺利的完成了本次的设计工作，努力改正自己的缺点与不足，为以后的工作道路打下坚实的基础。