电动轮椅车设计.

电动轮椅车设计ee（ee）指导教师：ee[摘要]：文中首先分析了国内外各种轮椅的状况，在对比总结各自优缺点的基础上，由于直流电机的额定输出转矩较低，不足以驱动后轮克服地面摩擦阻力传动，根据国内实际情况，提出了一种含有机械传动减速机构的电动轮椅，基于这种方案，设计了与之相匹配的减速器及其他传动机构，该方案采用直流电机经减速器与链条连接到后轴，以减低输出转速，增大输出转矩。应用现代设计理论及方法、对驱动方式进行分析和再设计，优化车身骨架结构，添加必要的辅助功能装置，利用计算机辅助设计软件构建轮椅及各零部件三维模型，为新型低成本电动轮椅的设计开发打下了一定基础，提供了一种供参考的驱动方案和骨架结构。[关键字]：电动轮椅；设计；机械系统；Thedesignofelectricwheelchairee(ee)Tutor:eeAbstract:Thispaperfirstanalyzesthedomesticandforeignvariouswheelchairstatus,basedoncomparingtheadvantagesanddisadvantages,becausetheratedoutputtorqueDCmotorislow,notenoughtodrivetherearwheeltoovercomethegroundfrictiontransmission,accordingtotheactualsituation,proposedtheelectricwheelchairwithamechanicalreductiongearmechanism,basedonthisdrivingscheme,designofthereducerandothertransmissionmechanismismatched,theDCmotorthroughreducerandthechainisconnectedtotherearaxle,soastoreducetheoutputrotationspeed,increasetheoutputtorque.Usethemodernmechanicaldesigntheoryandmethod,analyzeandre-designthedrivemode.Optimizethebodyframestructure.Andaddsomenecessaryaccessibilitydevices.Usecomputeraideddesignsoftwaretobuildathree-dimensionalmodelofthewheelchairandit’scomponents.Thisdesignoftheelectricwheelchair’smechanicalsystemshaslayacertainfoundationforthenewtypelow-costelectricwheelchairandhasgivenareferenceschemeaboutdrivemodeandbodyframestructure.Keywords:wheelchair;design;mechanicalsystemI目录1序言....................................................11.1选题的目的及其研究意义..................................11.2课题相关领域的研究现状和发展趋势........................11.2.1电动轮椅的现状.....................................11.2.2电动轮椅的发展趋势.................................21.2.3研究方法...........................................21.2.4应用领域...........................................21.3主要研究内容、途径及技术路线............................22电动轮椅驱动及转向系统设计及主要参数.....错误!未定义书签。2.1设计内容................................错误!未定义书签。2.2驱动及转向系统设计......................错误!未定义书签。2.2.1轮椅驱动及转向系统方案分析及选择...错误!未定义书签。2.2.2前轮转向式驱动及转向系统设计.......错误!未定义书签。2.3主要尺寸................................错误!未定义书签。3驱动电机选型............................错误!未定义书签。4蓄电池选用...............................错误!未定义书签。5减速器设计..............................错误!未定义书签。5.1计算传动装置的参数.........................错误!未定义书签。5.2齿轮的设计计算..........................错误!未定义书签。5.2.1齿轮材料和热处理的选择................错误!未定义书签。5.2.2按齿面接触强度计算....................错误!未定义书签。II5.2.3齿轮几何尺寸的设计计算................错误!未定义书签。5.2.4按齿根弯曲强度设计齿轮................错误!未定义书签。5.2.5几何尺寸计算..........................错误!未定义书签。6链轮设计................................错误!未定义书签。7电动轮椅整体设计........................错误!未定义书签。7.1车身骨架设计............................错误!未定义书签。7.2控制系统设计............................错误!未定义书签。8总结....................................错误!未定义书签。致谢......................................错误!未定义书签。参考文献..................................错误!未定义书签。11序言电动轮椅是一种以蓄电池为能源、电子装置控制驱动的动力轮椅车。使用者可通过控制装置自行驱动轮椅车行进。适用于高位截瘫、偏瘫及下肢功能障碍者使用，是一种比较理想的康复和代步工具。1.1选题的目的及其研究意义随着生活水平的提高，人们对老年人和残疾人的关注度日渐提高，各种各样的电动式轮椅进入消费者的视线。我国的轮椅发展比较缓慢，直到20世纪90年代后，随着中国人口的老龄化越来越严重，轮椅才有了较快的发展。轮椅是老年人和肢体伤残者不可缺少的康复和代步工具。现有的轮椅以手动居多，存在一定不足，缺乏动力效能不能满足使用者日常生活和出行需要，长时间使用会让人感到疲劳，而且在实际使用中通常需要人员辅助。目前市面上的电动轮椅价格不菲，普通家庭消费不起，部分是以改变电机的电流来实现控制轮椅速度，这不仅对电机损耗较大，而且功能不够全面，安全系数较低，实用性不强。如当遇到刮风或者爬坡时，有时会很难前进。由于直流电机的额定转速一般较高，远高于轮椅平稳行驶时后轮所要求的转速，而直流电机的额定输出转矩又较低，不足以驱动后轮克服地面摩擦阻力转动，所以，必须在直流电机输出端设置减速器，以减低输出转速，增大输出转矩。1.2课题相关领域的研究现状和发展趋势1.2.1电动轮椅的现状1.国内电动轮椅发展简况国内对电动轮椅的研究较晚，尤其是智能电动轮椅，研究还不完善，但近几年发展很快。国内厂商生产的电动轮椅大部分为四轮式和六轮式，一般都具有调速、翻越简单路障和防倾倒等功能。虽然国内电动轮椅研究还不太完善，但在一定的基础上还是有所提高的。例如有些生产商在原有轮椅的研究上，发明出利用驱动左、右动力后轮的左、右电机串联连接设计，从而具有差动速度功能，使电动轮椅行驶时稳定舒适、转向可靠。近几年，还出现了手扶电动、可爬梯以及站立式电动轮椅。2.国外电动轮椅发展简况自1986年英国开始研制第一辆智能轮椅以来，许多国家投入较多资金研究智能轮椅。如美国麻省理工学院WHEELESLEY项目、法国VAHM项目、德国乌尔姆大学MAID（老年人及残疾人助动器）项目、BremenAutonomousWheelchair项目、西班牙STAMO项目、加拿大AAI公司TAO项目、欧盟TIDE项目等。1989年法国开始研究VAHM项目，第一阶段的智能轮椅由轮椅、pc486、超声波传感器、人机界面和一个可匹配用户身体能力转换的图形屏幕组成设置为手动、自动、半自动三种模式，手动时轮椅执行用户具体指令和行动任务；自动状态时用户只需选定目标，轮椅控制整个系统，此模式需要高度的可靠性；半自动模式下用户与轮椅分享控制。为了更好适应用户需求，研究者在康复中2心进行了一系列调查，得出结论：系统必须是多功能的，不仅应适应残障人士的生理和认知能力，也应适应环境的结构和形态。在此基础上，经改进后研制出第二代产品，相对于第一代产品，其功能更丰富，面向用户范围更广，性价比更好，改良了大量控制。高性能电动轮椅的生产厂家集中在国外，技术较先进的国家有美国、德国、英国、瑞典、日本和比利时等。生产的电动轮椅功能强大，除一般功能外，还有可记忆地图、自动导航、避障、自动行走、与用户交互等功能，结构也多种多样，有四轮式、三轮式、六轮式和履带式等多种多样，性能也较优秀，除能适应城市中平坦路况外，有些还能登山越野，适应较大坡度和不平度的路况。近几年，国外在高档轮椅方面又有了很大的发展，例如IBOT智能轮椅，不仅能够轻松平稳地在崎岖和很大坡度的路面行驶，还能够上下楼梯，而且可以利用2个后轮站立或行走。在日本，还发明了一种靠脸部表情来控制的高级电动轮椅，使用者只需在头上系上一根特殊的带子，然后通过改变表情就可以实现轮椅的运动。1.2.2电动轮椅的发展趋势随着机器人技术、人工智能技术和传感器技术的进步，电动轮椅的研究朝着高性能、多功能、智能化和人性化的方向发展。智能轮椅不但可以为老年人和残疾人提供一种良好的代步工具，而且可以具有自主导航、自主避障、人机对话等服务机器人所具有的各种功能，因而可以帮助残疾人和老年人提高自己的生活自理能力和工作能力，使他们更好地融入社会.1.2.3研究方法初期的研究，赋予轮椅的功能一般都是低级控制，如简单的运动、速度控制及避障等。随着机器人控制技术的发展，移动机器人大量技术用于轮椅，电动轮椅在更现实的基础上，有更好的交互性、适应性、自主性。1.2.4应用领域随着科学技术的发展，电动轮椅的强大功能不仅适用于年老体弱的老年人和重度残疾的伤患，同样的，它也适合于大型车间工人的代步工具。1.3主要研究内容、途径及技术路线为了改变我国轮椅的现状，解决人们对高品质生活的追求，因此，设计一款含有减速器装置以减低输出转速，增大输出转矩的电动轮椅有很重要的意义，并将给老年人和残疾人士的生活带来极大的帮助。1.31具体研究内容1.充分了解电动轮椅的结构特点及构造，并进行市场调查，分析研究现有电动轮椅的优缺点以及可改进之处。特别是调速原理。2.搜集各类电动轮椅的资料，包括相关国家标准及最新成果。33.设计多个方案，并从选出总体设计方案后对总体设计进行细化。（1）轮椅驱动及转向系统设计。包括驱动及转向方案的分析和选择、驱动及转向系统整体设计、电动机选型、减速器设计、其他传动装置设计、蓄电池选择等。重点是减速器的设计，计算减速范围以及车轮输出转矩。（2）轮椅车身骨架设计。包括人体坐姿分析、前后轮布置、骨架各组成部件形状和尺