智能运载平台说明书底盘部分.docx

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智能运载平台说明书底盘部分

四．智能载人轮椅设计方案

作为一种智能护理床，其变形和智能化可满足病人多种体位要求，只需使用移动终端设备就可控制护理床的参数，让伤残人士得到更人性化的护理体验。

在本模块的背板部分设计中通过电推杆无级调节实现所有转轴的转动以及各种姿势的调节，底盘设计中，通过麦弗逊悬挂设计，实现减震避障功能，我们通过APP发出的指令，由电动控制能够轻松实现多种体位的变化。

4.1背板设计

智能轮椅主要分为两大主要部分，背板和底座。

背板又主要分为头板，背板，背侧板，鱼骨板，坐板，坐侧板，底座组成。

4.1.1头板

头板是处于最上方的结构部分，主要材料为铝型材，海绵，气球，气泵，用于支撑使用者头部，实现侧躺，仰头等功能。

头板正视图头板后视图

机械结构

1、头板框架：

头板框架采用3030型铝型材，组装成如图所示的框架结构，头板与头侧板原先承135度角。

2、如头板正视图右侧,是由气泵充气导致三角柱型气球膨胀将原本承135度的夹角变成90

3、气泵：

气泵由12V电源驱动，用于气球的鼓气和吸气。

4、海绵垫：

海绵垫主要材料为北极绒，具有慢性回弹的特性。

波浪的设计形式更加贴合颈部受压均匀，温感记忆棉柔软舒适，有利于保护颈椎。

同时，波浪形的设计可实现侧睡和仰睡，舒适万能，能给使用者带来舒适体验。

5、气球结构设计：

可充气，可放气的气球结构设计，可以实现头板侧面的头枕转动，气球采用12V气泵供气，当气体充满时，侧枕转为垂直状态，用于人体侧躺时枕头，当气体放出时，侧枕紧贴侧板，满足人体坐姿时的需要。

气球结构的运用满足了不同姿态的设计需要，增强用户的体验性。

电控方面

云数据远程医疗监测:

本公司采用MLX90615温度检测模块检测人体温度，采用MAX30100芯片心率血氧传感器模块检测人体心率，血氧，脉搏等数据，其采集完人体数据将数据上传至公司后台服务器。

用户也可通过APP进行权限设置，选择是否上传相关数据，同时免费查看自身用户近期时间内的检测数据。

同时公司提供有增值服务，公司将组建一支由一线医疗人员组成的医疗团队用于用户身体数据的分析统计，用户可免费查看自身数据分析或付费向医疗团队寻求相关建议。

4.1.2背侧板

机械结构

侧板主要是由镰刀杆和背侧板组成。

（1）是由1.镰刀杆头2.滑轨杆3.镰刀杆尾组成。

滑轨中间藏有弹簧在不受力的情况可以保持收紧状态，只有在受外力的情况下，才会向外运动达到与背板成90度实现侧板功能。

（2）侧板主要是由铝型材3030，1mm铝板和记忆海绵组成。

在撑起整个人身体重量的同时，减轻侧板重量。

电控结构

以用户体验为中心，融入仿生学知识，使得轮椅及护理床更为贴合人体曲线，符合人体工程学。

背板及座椅都可以按照用户的需求进行智能变形，可实现转脖，扭腰，翻身等功能，摒弃传统轮椅呆板的固定板式设计。

在外观上，以简洁流畅的曲面为主体，使其更具有亲近感，符合当代人的审美需求

4.1.3背侧板市场现状

1、市场上充斥着各种各样的电动轮椅，但是大都没有侧板，或者说是没有可拓展活动空间的侧板，使用者的活动空间狭小，不能伸展移动，而活动侧板的使用可以很好的改变这种情况，提高使用者的体验感。

2、该活动侧板可以在不需要时收缩于坐板两侧起到保护使用者的作用，在需要时可以向两侧展开，增大轮椅上的活动空间，避免因狭小的空间而给使用者带来不舒适的使用体验。

3、巧妙的结构，该侧板与背板的连接方式构思巧妙，在使用较少组件的情况下又能最大程度的满足使用需求。

4.1.4鱼骨板

机械结构

鱼骨结构主要由8块鱼骨板，8个衔接快，16个固定块，通过三对电推杆控制垂直方向的三个结点

（1）每一块鱼骨板根据真实的人体背部曲线，定制横向符合人体工程学的鱼骨板，使之更加贴合背部，更加舒适。

（2）鱼骨板采用铝板为原料，保证强度的同时尽量减轻重量。

同时宽度适中，在保证不会因为安装角度的关系产生干涉的前提下，尽量加宽，增大鱼骨板与背部的接触面积，减小压强。

（3）将鱼骨板设计成关于中轴线对称的一整块，方便加工和安装。

脊柱

说明：

-

（1）脊柱用柔性橡胶棒来做，其相对柔软，可弯折的特点可在电推杆的推动下更好的适应人体背部曲线，达到更高的舒适性。

（2）脊柱采用两根橡胶棒并排的设计，使人躺在椅子上翻身时不会从鱼骨板两侧空隙掉下去。

电控结构

智能自适应系统：

当后期产品逐渐成熟，用户规模逐渐增大时，本产品将植入我方同技术顾问团协同设计的相关神经网络算法进行机器自学习，逐步以用户数据为基础不断完善平台性能。

该套神经网络算法模型，在前期采集大量用户的姿势如起身，躺等数据对这套算法模型进行训练。

通过不断的重复这一训练过程，平台在采集足够的数据后，可应用这套算法模型对用户的姿势进行准确的预测识别。

理解用户的意图后，平台就可以调整相关结构来满足用户需求，从而达到自适应的目的。

4.1.5腿板

在科技不断发展的现在，市场看似趋于饱和，虽然椅子的设计不断地精简、贴合人体设计，在腿板这一块，往往是用一块皮革垫或海绵垫一概而过我们的腿。

我们的腿板由1.坐板衔接杆2.脚侧板3.垫腿海绵5.伸缩脚板组成

机械部分

（1）我们采用贴合人体工学设计的，医疗保健设计的海绵垫，力求能给为用户提供更为舒适的体验。

这里采用的是标准的人体尺寸设计，完美贴合腿部曲线。

（2）我们的腿板设计是近100度的无极调节，能够满足不同用户对于腿部姿势的多方位需求。

在完全伸展，还能够与水平成30度左右的倾角，满足用户的各种习惯。

除此之外，为了保证床形态下用户的安全体验，我们将腿板设计成半包围结构，一方面能够使用户在椅形态下得到最大的放松，另一方面，能够在床形态下保证用户的安全体验。

电控部分

宽频带电磁屏蔽材料的使用：

本产品基于用户护理需求及产品稳定性要求，在诸如背、腰、头等关键部位采用孔隙率为63%的8mm厚泡沫铝，确保了50~1050MHZ频段内25DB~75DB的良好电磁屏蔽效能。

在有效保证内部电子器件的信号的稳定传输，使得产品的操控性得到保证的同时，本材料的物理结构特性也有效的提高了轮椅的减震性和对用户有效的电磁保护。

4.2全地形底盘功能设计

底盘部分基于高通过性的六轮全地形设计，采用铝型材进行钢架结构设计并实现了包括减震与电机智能化控制在内的一系列功能。

当遇到障碍时，其采用麦弗逊独立悬挂可以通过悬臂连接的弹簧的伸缩来达到减震目的，并且能够利用大轮径的优势来实现越障功能。

四个16寸轮毂电机为整体提供充足的动力，而将动力装置、传动装置和制动装置都一并整合到轮毂内能使本产品的机械部分大为简化，并且使用轮毂电机可以省略大量传动部件，有着让车辆结构更为简单的优点。

铝型材材质轻便（重量相比其他材料较轻），且结构坚固，在铝型材3030的连接处均使用九十度衔接件耦合连接，在便于安装的同时也增加了底盘钢结构的稳定性。

该设计还构建了电动汽车底盘集成控制架构,包括电子电气架构与底盘动力学集成控制架构。

电动汽车电子电气架构设计确定了系统硬件布置方案,系统通讯电气架构等;底盘动力学集成控制架构采用结构分层与功能分类的思想,将控制系统分为感知层、命令层、控制分配层和执行层。

此外该方案设计了电动汽车底盘多目标集成控制策略。

感知层基于参考模型识别驾驶员意图;命令层结合PI反馈控制与基于车辆逆模型的前馈控制,计算期望车体广义力;控制分配层采用优化控制分配的方法,实现了轮胎力的多目标控制分配;执行层将轮胎力转换为具体的底盘执行机构动作。

图底盘总体设计

4.2.1减震设计

麦弗逊悬挂（Macphersan），是麦弗逊式悬挂的主要结构即是由螺旋弹簧加上减震器以及A字下摆臂组成，减震器可以避免螺旋弹簧受力时向前、后、左、右偏移的现象，限制弹簧只能作上下方向的振动，并且可以通过对减震器的行程、阻尼以及搭配不同劲度系数的螺旋弹簧对悬挂性能进行调校。

图麦弗逊悬挂

在行驶过程中，后倾角具有随车轮上跳而增加的趋势以抵消制动点头时后倾角减小的趋势同时也防止了后倾角在车轮的上下跳动过程中出现大的变化从而导致的磨损。

独立悬架的车轴分成两段，每只车轮用螺旋弹簧独立地安装在车架（或车身）下面，当一边车轮发生跳动时，另一边车轮不受其干涉波及。

麦弗逊式悬挂由螺旋弹簧、减震器、A字形下摆臂组成，绝大部分车型还会加上横向稳定杆。

麦弗逊式独立悬架的物理结构为支柱式减震器兼作主销，承受来自于车身抖动和地面冲击的上下预应力，转向节（亦称车轮，因为转向节作用于车轮）则沿着主销转动；此外，其主销可摆动，特点是主销位置和前轮定位角随车轮的上下跳动而变化，且前轮定位变化小，因此拥有良好的行驶稳定性。

在麦弗逊式独立悬架中，支柱式减震器除具备减震效果外，还要担负起支撑车身的作用，所以它的结构必须紧凑且刚度足够，并且套上螺旋弹簧后还要能保证减震，而弹簧与减震器一起，构成了一个可以上下运动的滑柱。

还有一个关键部件---A字型下摆臂，它的作用是为车轮提供固定支点。

麦弗逊式悬挂结构简单故其量轻、响应速度快。

并且在一个下摇臂和支柱的几何结构下能自动调整车轮外倾角，让其能在过弯时自适应路面，让轮胎的接地面积最大化，整个减震功能模块设计具有结构简单、占用空间小、响应较快、制造成本低等优点。

整个悬挂占用横向空间少以便于发动机布置，并降低发动机的安装位置从而降低车体质心位置，有利于提高车体的行驶稳定性。

此外较少的铰接点数目、上下绞点间较大的距离和下绞点与车轮接地点较小的距离、较大的弹簧行程有利于减少绞点处的受力。

4.2.2动力模块设计

使用六轮设计，前后四轮驱动，中间使用两承重轮。

产品使用轮毂电机进行动力驱动，轮毂电机将动力装置、传动装置和制动装置都一并整合到轮毂内故电动车辆的机械部分得极大简化。

使用轮毂电机有以下优点：

1.省略传动部件，简化车辆结构。

对于传统车辆来说，离合器、变速器、传动轴、差速器乃至分动器都是必不可少的，而这些部件不但重量不轻、让车辆的结构更为复杂，同时也存在需要定期维护和故障率的问题。

但是轮毂电机就很好地解决了这个问题。

除了结构更为简单之外，采用轮毂电机驱动的车辆可以获得更好的空间利用率，同时传动效率也要高出不少。

2.实现多种复杂的驱动方式

由于轮毂电机具备单个车轮独立驱动的特性，四驱形式，它都可以比较轻松地实现，全时四驱轮毂电机驱动的车辆上实现起来非常容易。

同时轮毂电机可以通过左右车轮的不同转速甚至反转实现类似履带式车辆的差动转向，大大减小车辆的转弯半径，在特殊情况下几乎可以实现原地转向.

前后四驱提供足够的动力，同时使用16寸的轮毂电机，半径足够使得产品足以翻越一般台阶石块等障碍物。

4.2.3底盘结构设计

铝合金具有质轻、比强度高、耐腐蚀性能好等优点。

挤压是铝合金重要的加工方式，铝型材具备优秀的力学性能，使得部件的截面刚度提高。

同时由于截面可变，可实现多部件功能的复合，是实现汽车轻量化优秀的材料。

采用铝型材是便于整个智能载人机器人平台的搬运。

在欧标3030直角铝型材的连接处均使用九十度衔接件连接，该九十度衔接件的优点是便于安装，并且该九十度衔接件材质轻，可最小智能轮椅底盘钢结构的质量，虽然该九十度衔接件的材质轻，但强度足以满足智能轮椅底盘钢结构欧标3030直角铝型材的要求，九十度衔接件的使用大大增加了底盘钢结构的稳定性。

钢结构尺寸为总长1000；宽度460；高度200；中间部分加入多根铝型材3030以增加钢结构的维稳性，并在其上部装配上连接智能轮椅车体底板的连接零件。

令新车架的横向刚性增强而重量减轻.此外车架的焊接点也可以大幅减少。

此类车架一般都会设有漆油保护以防止氧化.因其硬度较高,抗磨性佳,除车身外,.钢管车架在外观上不及铝合金车架粗壮,故视觉效果较差。

其实钢管车架无论在硬度,韧度及强度都较铝合金优异.意大利摩托车之皇Ducati的作品,包括登上世界竞赛颁奖台的超级跑车和最新的型号,都是一直使用捆杆式圆管车架.钢材缺点是材料本身十分之重,且材料本身价钱比铝合金贵。

相比言之，欧标3030直角铝型材具有材质轻，可观赏性强，抗氧化耐腐蚀，强度大等特点，完全切合制作智能轮椅底盘钢结构的要求。