履带—轮组式电动多功能轮椅设计说明书

履带-轮组式电动多功能轮椅设计说明书目录设计任务书..........................................................................................................1第一章绪论......................................................................................................21.1设计的背景和意义............................................................................................21.2现有产品简介及产品分析................................................................................21.3本章小结............................................................................................................3第二章设计方案选择........................................................................................42.1轮椅机构形式的选择........................................................................................42.2轮组的选择........................................................................................................42.3履带的收放机构................................................................................................52.4座椅调平机构....................................................................................................62.5本章小结............................................................................................................8第三章轮椅的结构设计与运动分析.................................................................83.1轮椅的结构设计................................................................................................83.1.1轮组............................................................................................................83.1.2履带及其收放机构..................................................................................103.2轮椅的运动分析..............................................................................................143.2.1轮椅的平地行驶及越障功能..................................................................143.2.2轮椅爬楼梯过程的分析........................................................................16第四章轮椅驱动与传动系统的设计..............................................................194.1轮椅的驱动系统............................................................................................194.2电机参数的确定................................................................................................204.3轮椅中间主体的传动设计............................................................................22第五章轮椅运动控制系统设计........................................................................235.1轮椅的功能分析..............................................................................................235.2轮椅的控制系统............................................................................................23第六章总结....................................................................30参考文献.............................................................................301设计任务书技术要求：1）功能：直线行驶、匀速、加速、减速、转弯、爬楼梯等；2）较强的爬梯适应能力，应对楼梯结构的多变性；3）良好的机动性，使其能够在平地行驶、爬楼梯、跨越障碍等动作状态间很好的过渡转换；4）结构紧凑,操作方便,工作可靠；5）良好的稳定性，利用滚轴滑轨机构进行座椅调平,使其在越障、跨沟和爬楼梯时始终保持水平；6）较强的越障能力和路面适应性；7）抗冲击能力强；8）具有更大的作用面，可以适应各种复杂多样的路面。履带—轮组式电动多功能轮椅技术参数如下表：总体结构履带—轮组式结构结构指标自重50Kg载荷50Kg结构尺寸1200*700*500机动指标平地最小速度正常速度爬坡速度4m/s最小通过坡度30°楼梯通过能力能通过普通标准楼梯转向能力零半径续航能力1小时以上跨过障碍物的最大高度跨过凹沟的最大宽度防护能力防水防尘，抗冲击。2第一章绪论1.1设计的背景和意义年老体弱、下肢残障者在日常生活中的最大障碍就是步行能力的减弱甚至丧失。这些人行动不方便，需要有能正常行走的人加以照顾。目前，大部分年老体弱、肢体伤残者的代步工具都是普通的轮椅，普通的轮椅都是靠人力推动的，而且普通轮椅不能过障碍物，也不能越沟，更无法攀登楼梯，从而限制了轮椅使用者的活动范围，影响其参与社会生活。尤其是国内城市以多层公寓式楼房居多，电梯并没有普及到所有的居民住宅，这给轮椅乘坐者造成诸多不便。为了给上述弱势群体带来方便，更好的关怀老年人、残疾人的生活，改善他们的生活质量，除了增加房屋和各种公共建筑设施的无障碍设计，扩大轮椅的使用范围之外，改进现有的普通轮椅，使其兼备平地行驶、越沟、过障碍、爬楼梯等多种功能，将是更加行之有效的一种措施。为了上述需求，给老年人和残疾人提供性能优越的代步工具，解决障碍、楼梯等对他们生活造成的不便，同时考虑使用者的经济承受能力，研究一种价格适宜、平稳安全的电动多功能轮椅具有重大的意义和实用价值。1.2现有产品简介及产品分析目前市场上具备爬楼梯、越障等功能的轮椅主要有两种类型——履带式和轮组式。如图1，轮组式的轮椅大都采用三叶轮式和四叶轮式，机构精巧，能实现平（图1）轮组式的轮椅地行驶、越沟、过障、爬楼梯等功能，而且平地行驶时，轮椅比较平稳，人坐着也比较平稳，但无法克服爬楼梯时两台阶间的震荡，上下楼梯时该类型轮椅重心起伏较大，会使乘坐者感到不适而且难以实现在平地上的独立行走，需要其他人的时刻陪护和推拉。3如图2为履带式爬楼梯轮椅，履带式爬楼梯轮椅技术较成熟，操作简单，对楼梯的形状、尺寸适应性强，爬楼梯时波动小，乘坐的人比较舒服，而且平地行驶也比较平稳；但履带式轮椅越障时不够平稳，重心波动大，乘坐者会感到不舒服，而且，履带式轮椅在平地行驶时阻力比较大，所以消耗的功率就比较大。图1.2履带式爬楼梯轮椅1.3本章小结由上述对现有的产品进行详细了解和分析可知，履带式和轮组式轮椅都有各自的优点，有都有各自的缺点。履带式轮椅在爬楼梯方面具有优越性，在爬楼梯时无重心、波动稳定性好，但是，当在平地上行驶时阻力会很大，所以功耗较大，可能还要增加辅助电机，使轮椅的结构变得复杂；而且，当在平地上遇到障碍时，轮椅就会产生波动、变得不平稳。轮组式轮椅在平地行驶时具有优越性，路况比较平坦时，轮椅行驶比较平稳，在平地上遇到障碍时，越障也比履带式轮椅波动小；但是，在爬楼梯方面轮组式轮椅却有着很大的缺陷，轮组式轮椅在爬楼梯时重心波动很大，稳定性很差。4第二章设计方案选择2.1轮椅机构形式的选择在第一章对现有轮椅进行详细分析之后，了解到了各种形式轮椅的优缺点，在此基础上，利用它们的优点，避开它们的缺点，就可以设计出一种更加具有优越性的电动多功能轮椅——轮组-履带式电动多功能轮椅。这种轮椅结合了轮组式和履带式轮椅的优点，在这种轮椅上既装有轮组，又装有履带。在平地行驶、跨沟、越障时，使用轮组，而在爬楼梯时，轮椅会放下履带，使用履带爬楼梯。2.2轮组的选择轮组式的轮椅大都采用三叶轮式和四叶轮式，四叶轮爬楼梯比三叶轮平稳，但是四叶轮的结构比三叶轮复杂，而且轮组-履带式电动多功能轮椅是使用履带爬楼梯的，所以采用三叶轮。而三叶轮也有多种形式，主要有链传动的（如图2.1），齿轮传动的（如图2.2）。链传动是一种挠性传动，它由链条和链轮组成，通过链轮轮齿与链条链节的啮合来传递运动和动力。但是，链传动有很多缺点：运转时不能保持恒定的瞬时传动比；磨损后易发生跳齿；工作时有噪声；不宜用在载荷变化很大、高速和急速反向的传动中。图2.1链传动三叶轮1234561车轮2小轮链轮3中心链轮4支架5张紧轮轮6传动链条5齿轮传动具有一下优点：效率高，在常用的机械传动中，以齿轮传动的效率为最高；机构紧凑，在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间尺寸一般较小，这一点正好适合用在轮组中，减小了轮组的体积，这样也可以减小轮椅的体积；工作可靠，寿命长，这一点应用在轮椅上，可以使轮椅的使用寿命加长，也提高了轮椅的安全性；传动比稳定，传动比稳定往往是对传动性能的基本要求，齿轮传动获得广泛应用，也就是由于具有这一特点，这一特点也适合用在轮椅上。2.3履带的收放机构由于履带只在爬楼梯时使用，而在平地行驶时使用的是轮组，所以履带平时图2.1齿轮传动三叶轮123451驱动齿轮2过度齿轮3中心齿轮4转臂5小车轮6是收起来的，只在爬楼梯时才放下，故在设计履带时，要考虑到履带的收放机构，也就是说履带要有专门的收放机构。如图2.3即为履带及其收放装置的机构简图，其中液压缸1（也