【正文】 ... 5 課 程 設(shè) 計(jì) 目的 .............................................. 5 課 題 研 究 內(nèi)容 .............................................. 6 設(shè) 計(jì) 進(jìn) 程 安排 .................................................. 6 第二章 履帶爬樓裝置機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ...........................................................8 爬 樓 機(jī) 構(gòu) 的 比較 ................................................ 8 設(shè)計(jì)思路 ...................................................... 9 履 帶 輪 式 輪 椅 爬 樓 原理 ......................................... 10 履 帶 爬 樓 過(guò) 程 分析 ............................................. 11 爬樓性能參數(shù) ................................................. 13 履 帶 爬 樓 機(jī) 構(gòu) 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè)計(jì) ....................................... 13 升 降 機(jī) 構(gòu) 的 設(shè)計(jì) .............................................. 16 本章小結(jié) .................................................... 18 第三章 電 氣 系 統(tǒng) 設(shè)計(jì) ..................................................................................... 19 履 帶 爬 樓 梯 裝 置 執(zhí) 行 電 機(jī) 選擇 .................................. 19 電池選擇 .................................................... 20 電 動(dòng) 車(chē) 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 控制 .......................................... 21 驅(qū) 動(dòng) 方 式 對(duì) 電 動(dòng) 車(chē) 性 能 影響 .................................. 21 現(xiàn)有電動(dòng)車(chē)電機(jī)存在主要問(wèn)題及探索 ........................... 21 直 流 電 機(jī) 機(jī) 械 特性 ............................................ 22 控 制 系 統(tǒng) 的 設(shè)計(jì) .............................................. 23 本章小結(jié) .................................................... 28 第四章 典 型 零 部 件 設(shè) 計(jì) 及 校 核 計(jì)算 ................................................................29 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 動(dòng) 力 參 數(shù) 計(jì)算 ........................................ 29 軸的計(jì)算 .................................................... 30 III 履帶－輪式爬樓梯電動(dòng)輪椅設(shè)計(jì) 第五章 技 術(shù) 經(jīng) 濟(jì) 分 析 報(bào)告 ..............................................................................39 履 帶 輪 式 輪 椅 技 術(shù) 分析 ........................................ 39 履 帶 輪 式 輪 椅 經(jīng) 濟(jì) 分析 ........................................ 39 履 帶 輪 式 輪 椅 結(jié) 論 和 展望 ...................................... 40 參考文獻(xiàn) ........................................................................................................41 致 謝 .............................................................................................................42 IV 履帶－輪式爬樓梯電動(dòng)輪椅設(shè)計(jì) 第一章 綜 述 爬樓梯輪椅的意義 輪椅是年老體弱者以及下肢傷殘者必不可少的代步工具，隨著無(wú)障礙設(shè)施的 增多，輪椅使用者的活動(dòng)范圍逐步加大，但樓梯卻使輪椅受到很大限制 ，因此研 發(fā)價(jià)格低廉、簡(jiǎn)單易用的爬樓梯輪椅是康復(fù)工程工作者面臨的一項(xiàng)比較緊迫的任 務(wù)。畢業(yè)論文 履帶輪式爬樓梯電動(dòng)輪椅畢業(yè)設(shè)計(jì) 履帶－輪式爬樓梯電動(dòng)輪椅設(shè)計(jì) 摘 要 隨著社會(huì)的發(fā)展和人類(lèi)文明程度的進(jìn)步，老年人與殘障人員愈來(lái)愈需要運(yùn)用 現(xiàn)代高新技術(shù)來(lái)改善他們的生活質(zhì)量，而爬樓梯對(duì)于老年人和殘疾人行動(dòng)不方便 的，非常困難，所以要增加輪椅自動(dòng)化程度，于是我們?cè)谠喴蔚幕A(chǔ)上進(jìn)行改 進(jìn) 和加裝爬樓機(jī)構(gòu)，本文設(shè)計(jì)的電動(dòng)輪椅具有爬樓功能，爬樓時(shí)用履帶驅(qū)動(dòng)，平 地時(shí)可像普通輪椅用輪驅(qū)動(dòng)也可輪椅稍后仰用履帶驅(qū)動(dòng)。樓梯的出現(xiàn)是人類(lèi)建筑史上的一個(gè)重要的成就，它不僅縮小了房屋的建筑面 積、充分利用了有限的生存空間，而且為進(jìn)出高層建筑物提供了方便的通道。 [1] 老年人和殘疾人比例的顯著增加給經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的發(fā)展都帶來(lái)了很大的影響， 醫(yī)療、護(hù)理、社會(huì)服務(wù)等各方面需求的壓力也越來(lái)越大。另 一方面，老年人中隨著年齡的增加，因體 力下降和腦血管病變?cè)斐蓺埣驳那闆r也越來(lái)越多。若是輕度殘疾，使 用手杖等簡(jiǎn)單的輔助工具，就可以在與健康人相同的范圍內(nèi)移動(dòng)。普通 輪椅不具備攀登 樓梯和跨越路障的功能，從而限制了以輪椅代步的下肢截癱者及 年老體弱者的活動(dòng)范圍，影響其走向生活和回歸社會(huì)的深度和廣度。本文就 1 履帶－輪式爬樓梯電動(dòng)輪椅設(shè)計(jì) 是為了能解決以上所遇到的問(wèn)題而專門(mén)設(shè)計(jì)的一種爬樓輪椅。與已有的其它專利相比 ,其結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單、制造成本也更為低廉 , 而且 ,它可以很容易地從爬樓梯狀態(tài)轉(zhuǎn)換到平地行走狀態(tài)。因此，用于幫助殘疾人行走的智能移動(dòng)輪椅的研究越來(lái)越熱烈。圖 b 是法國(guó) Topchair 公司生產(chǎn)的電動(dòng)爬樓梯輪椅，它的底 部有四個(gè)車(chē)輪供正常情況下平地運(yùn)行 使用，當(dāng)遇到樓梯等特殊地形時(shí)，用戶通過(guò) 適當(dāng)操作將兩側(cè)的橡膠履帶緩緩放下至地面，然后把這四個(gè)車(chē)輪收起，依靠履帶 無(wú)需旁人輔助便能自動(dòng)完成爬樓等功能。 早期的爬樓梯輪椅一般都采用步行式，其爬樓梯執(zhí)行機(jī)構(gòu)由鉸鏈桿件機(jī)構(gòu)組 成。 WL 一 16RIII 兩腿前后伸展距離最長(zhǎng)為 米，左右最長(zhǎng) 米，每條腿上下運(yùn)動(dòng)幅度最大 米。它的最大優(yōu)點(diǎn)是爬樓幅度較高，甚至能自行上下貨車(chē)。它是獨(dú)立于 輪椅的一種輔助裝置，左右兩側(cè)各有兩組爬樓 梯輪。 Scalamobile 的不足之處是必須在 旁人輔助下使用。而國(guó)內(nèi)城市以多 層公寓式樓房居多，統(tǒng)一鋪設(shè)軌 道需要很大的代價(jià)，不切實(shí)際。內(nèi)蒙古民族大學(xué) 4 履帶－輪式爬樓梯電動(dòng)輪椅設(shè)計(jì) 物理與機(jī)電學(xué)院的蘇和平等人借鑒了 iBOT 的爬樓方式，采用星形輪系作為爬樓 梯機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種雙聯(lián)星形機(jī)構(gòu)電動(dòng)爬樓梯輪椅。它是在普通輪椅上加設(shè)一套爬樓梯執(zhí)行機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，既可以在平地行 駛，又可以僅憑借使用者雙臂的力量使輪椅上、下樓梯。 5 履帶－輪式爬樓梯電動(dòng)輪椅設(shè)計(jì) 課題研究?jī)?nèi)容 步行式爬樓梯裝置體積龐大，缺乏靈活性且控制復(fù)雜，技術(shù)要求較高 。它在平地行走時(shí)利用輪式機(jī)構(gòu)，爬樓梯時(shí)放下履帶機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作。 設(shè)計(jì)后應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)的功能： ，應(yīng)能攀登多種尺寸的樓梯 。 。 2. 各個(gè)模塊的研究分析階段 本設(shè)計(jì)課題主要包括三個(gè)方面的內(nèi)容：電機(jī)的設(shè)計(jì)選擇；履帶裝置的設(shè)計(jì)計(jì) 算；升降裝置的選擇。 在傳動(dòng)方面，比較了各種傳動(dòng)方式的優(yōu)缺點(diǎn)，最后選用了橡膠履帶傳動(dòng)，因?yàn)樵? 爬樓車(chē)方面，要求安全系數(shù)比較高，摩擦力大不容出現(xiàn)打滑事故。 7 履帶－輪式爬樓梯電動(dòng)輪椅設(shè)計(jì) 第二章 履帶爬樓裝置機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 爬樓機(jī)構(gòu)的比較 爬樓機(jī)構(gòu)按其運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以分為星型輪機(jī)構(gòu)和履帶輪機(jī)構(gòu)兩種，其中履 帶輪機(jī)構(gòu)相對(duì)比較成熟在可以爬樓梯防暴機(jī)器人等類(lèi)似裝置中應(yīng)用的比較廣泛。從而 實(shí)現(xiàn)爬樓梯的功能。當(dāng)車(chē)輪抵住臺(tái)階之后， 臺(tái)階自然會(huì)對(duì)輪組中的一個(gè)產(chǎn)生阻力，當(dāng)繼續(xù)施加動(dòng)力時(shí)，則滑輪將向滑道的后 方滑動(dòng)。 履帶型機(jī)構(gòu)的爬樓梯輪椅應(yīng)用較多，它采用比星型輪機(jī)構(gòu)更為連續(xù)的行走方 式，傳動(dòng)效率比較高。 主要資料： 履帶爬行式前蘇聯(lián)的專利 1553120 屬履帶式。六輪移動(dòng)式（ 4 個(gè)行走輪和 2 個(gè)爬行輪都為驅(qū)動(dòng)輪，在平面上運(yùn)行時(shí)，機(jī)器 人擺起兩個(gè)擺臂，以普通的 4 輪方式行駛，爬樓梯時(shí)，將通過(guò)兩個(gè)擺臂的擺動(dòng)， 帶動(dòng)兩個(gè)爬行輪 .協(xié)調(diào)自身的姿態(tài)以適應(yīng)樓梯地形。整體設(shè)計(jì)主 要分為以下幾個(gè)部分：機(jī)械結(jié)構(gòu)、機(jī)械傳動(dòng)、動(dòng)力裝置、電器 設(shè)備。底盤(pán)：底盤(pán)是是履帶裝置的支撐體，主要由高強(qiáng)度工程塑料制成。升降裝置：采用螺旋千斤頂或分離式液壓千斤頂使座椅頂起或放下。由于爬樓輪椅的運(yùn)動(dòng)特性，要求爬 樓輪椅用的電源為移動(dòng)式的，所以就必須選用低壓直流電機(jī)。 履帶輪式輪椅爬樓原理 圖 履帶輪式爬樓梯原理圖 圖 平地時(shí)履帶輪式輪椅狀態(tài) 在平地時(shí)，輪椅與履帶保持水平，用輪椅大輪驅(qū)動(dòng)，履帶前部的升降機(jī)構(gòu)已 處于最低位置。 履帶爬樓過(guò)程分析 如下圖所示，假設(shè)傳統(tǒng)履帶形式輪廓為長(zhǎng)圓形。履帶爬越樓梯的過(guò)程可以分為兩個(gè)階段。以下分不同階段分析：