【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 生活中的推廣，被接受程度低。 腿式爬樓裝置有最好的地形適應(yīng)力，但承載重量較小，具有較大危險(xiǎn)性，且重心偏高。運(yùn)動(dòng)相對(duì)比較平穩(wěn)，顛簸感輕微，但同時(shí)運(yùn)行速度較緩。此外，該類(lèi)型裝置對(duì)控制的要求 較高，操作比較復(fù)雜，在平地行走時(shí)運(yùn)動(dòng)幅度不大，動(dòng)作緩慢。 復(fù)合式爬樓裝置各種機(jī)構(gòu)的復(fù)合也給控制方面提出了更高的要求，而且爬樓過(guò)程中的穩(wěn)定性、如何適應(yīng)不同尺寸的樓梯、如何實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作省力與省時(shí)的問(wèn)題以及反向自鎖等問(wèn)題仍然存在。 方案選擇 本次設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想必須滿(mǎn)足以下幾個(gè)性能： 平地、越障兩用；平地行駛效率高，操作方便簡(jiǎn)單；越障時(shí)重心波動(dòng)緩和，穩(wěn)定性好；不平坦地形下對(duì)系統(tǒng)的重心作適時(shí)調(diào)節(jié)，避免車(chē)體傾斜給使用者帶來(lái)恐懼；輪椅結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉。 為了滿(mǎn)足上述要求，考慮到復(fù)合式具有良好的越障能力，所 以本次設(shè)計(jì)采用輪腿式復(fù)合機(jī)器人結(jié)構(gòu)， 正常行駛時(shí)輪式工作，采用四輪驅(qū)動(dòng)；遇到障礙時(shí)腿式 5 工作，從而適應(yīng)大多數(shù)地形；車(chē)身則采用自動(dòng)導(dǎo)軌式調(diào)平結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)方便。 該種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)有： 第一， 平順的行駛能力。輪椅小車(chē)在平地行駛時(shí)，由于其結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，四輪都有單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，利用輪軸系統(tǒng)傳遞動(dòng)力，使小車(chē)輪快速的前進(jìn)，其效率與普通輪式驅(qū)動(dòng)車(chē)輛相同。當(dāng)遇到可跨越的障礙時(shí)，四輪演變成腿式機(jī)器人形星翻越障礙物前進(jìn)。 第二，可靠的越障能力。輪椅小車(chē)翻越障礙時(shí)，小車(chē)輪四輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)停止，抬腿電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)抬腿 以通過(guò)障礙，轉(zhuǎn)向時(shí)通過(guò)單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，輪子不轉(zhuǎn)動(dòng)。這使得在翻越障礙過(guò)程中，小車(chē)輪不會(huì)發(fā)生滾動(dòng)，使得運(yùn)動(dòng)方位的控制得到精確的保證。這一優(yōu)點(diǎn)對(duì)小車(chē)越障控制尤其重要。 第三，對(duì)控制方式容易實(shí)現(xiàn)。任意時(shí)刻輪椅四輪同步驅(qū)動(dòng)行走，轉(zhuǎn)向和抬腿都由單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，這樣就能準(zhǔn)確控制移動(dòng)輪椅的行走狀態(tài)。 第四，由電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)輪椅的正常前進(jìn)、實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向、抬腿前進(jìn)三個(gè)基本運(yùn)動(dòng)單元。 具體方案 總體方案 本設(shè)計(jì)方案中的輪腿式機(jī)器人 它 是 具有足夠的流動(dòng)性簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)為目標(biāo)的環(huán)境中，其作用機(jī)理是 不同的從那些 其他 的移動(dòng)機(jī)器人。四個(gè)車(chē)輪被安裝在每一個(gè)腿尖，和腿機(jī)構(gòu)是很簡(jiǎn)單的。 在此輪椅 系統(tǒng)有四個(gè)活動(dòng)輪， 只有 五個(gè)活動(dòng) 軸，而機(jī)器人可以 直接 移動(dòng) 通過(guò) 一部分的水平的地形。 當(dāng)遇到障礙物的時(shí)候 它 可以像一個(gè)機(jī)器人移動(dòng)也走在臺(tái)階上像腿式機(jī)器人，盡管組成的 機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 。 結(jié)構(gòu)分析 根據(jù)本次設(shè)計(jì)的要求有一下三個(gè)前提： 輪腿機(jī)器人作為機(jī)器人的基本討論 越障 地形合適的機(jī)制，因?yàn)檫@兩個(gè)車(chē)輪和腿是必要的崎嶇地形的機(jī)器人 ， 這類(lèi) 機(jī)器人，同時(shí)具有高速和高非結(jié)構(gòu)化地形的適應(yīng)性 ； 提出了機(jī)器人在地面上有四個(gè)接觸點(diǎn)。四是最小 數(shù)目，以維持其穩(wěn)定性當(dāng)它提出了一條腿支撐它的身體其他 6 三條腿 ； 連接到每個(gè)車(chē)輪的前端的一條腿，因?yàn)樵诤芏嗲闆r下，沒(méi)有足夠的空間可設(shè)置的腿和車(chē)輪單獨(dú)的機(jī)器人身體上。 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 對(duì)于機(jī)器人輪椅來(lái)說(shuō) 方向控制機(jī)器人是必要的 ，在正常行駛的過(guò)程中，以及在越過(guò)障礙的時(shí)候，都是需要準(zhǔn)確控制的。 對(duì)于這一點(diǎn)，阿克曼轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)或機(jī)制圖 1中示出的是用于轉(zhuǎn)向。 圖 26轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu) 越障功能 一般功能腿機(jī)制有利于示于下表。當(dāng)所有的腿不具備多個(gè)自由度，無(wú)法實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)向功能，在下表（圖 2）。假設(shè)只有運(yùn)動(dòng) 1和 2的是可以實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)椴灰欢ㄐ枰δ?3腿尖位置進(jìn)行調(diào)整車(chē)輪。其結(jié)果是，使腿機(jī)制可以變得相當(dāng)簡(jiǎn)單。為了實(shí)現(xiàn)功能 2，它至少是必要的腿頂端能夠移動(dòng)垂直及橫向，如圖 3中所示。 圖 27：身體位置調(diào)整，而不 離開(kāi) 圖 28：腿型機(jī)器人可以選擇 支持任意位置。 支承點(diǎn)的位移優(yōu)選的是，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)功能的一個(gè)的自由度，以避免了復(fù)雜的機(jī)制。因此，軸由在軋制控制方向，這兩個(gè)函數(shù)（ ⅱ ）和（ 4）來(lái)實(shí)現(xiàn)，作為如圖 4所示。此外，（ ⅲ ）及（ v），實(shí)現(xiàn)了由其他可驅(qū)動(dòng)的軸設(shè)置，如圖 4所示。 7 這機(jī)制下稱(chēng)腿像車(chē)軸。為了四條腿（圖 5）實(shí)現(xiàn)的功能，機(jī)器人配備與上面的前部和后部的腿狀軸。 圖 29 腿像車(chē)軸機(jī)制 圖 210 在兩個(gè)腿像軸前部和后部， 所以每腿可以提高其輪。 圖 211 身體有可能下降，如果所有的車(chē)輪不能被驅(qū)動(dòng)。 驅(qū)動(dòng)和控制每個(gè)車(chē)輪獨(dú)立地是由于以下原因 ：當(dāng)輪椅車(chē)體 掉落在斜坡上移動(dòng)時(shí)，在粗糙地形有一種可能性，如圖 6中所示，如果所有的車(chē)輪還沒(méi)有激活的車(chē)輪 ； 左車(chē)輪的右輪的速度是不同的，即使在粗糙地形上直線移動(dòng)，最后，附著在車(chē)體 上的調(diào)整軸 。 該設(shè)計(jì)輪椅的 四個(gè)車(chē)輪和四條腿的功能，并具有一個(gè)可控制的片的一部分，因此，它可以移動(dòng)崎嶇地形上的人或騎在它的水平的東西。另一方面，有四個(gè)主動(dòng)車(chē)輪和其他五個(gè)主動(dòng)軸。 輪腿式機(jī)器人 具有最小的自由度，除其他機(jī)器人 具有相同的遷移率式樣。所以，這是一個(gè)新型崎嶇地形的機(jī)器人。 8 移動(dòng)方式 在下圖中給出了輪腿式機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)方式，以及越障過(guò)程，按照順序給出了輪椅越過(guò)障礙，向前移動(dòng)的過(guò)程圖。 圖 212 運(yùn)動(dòng)方式圖 崎嶇的地形上移動(dòng)戰(zhàn)略腿部模式每個(gè)前輪的步驟超過(guò)了一個(gè)洞。之后，每個(gè)以同樣的方式在孔后輪步驟。 9 3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 主要參數(shù)設(shè)計(jì) 主要尺寸 長(zhǎng)度： 1200mm，寬度： 820mm，高度： 350mm 重量 120kg 輪圈尺寸 半徑： 100mm，寬度： 30mm 電機(jī) （直流電機(jī)） 23 W 40 W 電池 36 V 圖 31參數(shù)數(shù)據(jù) 電機(jī)選擇 選擇電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型和結(jié)構(gòu)形式 因?yàn)槲覀兊妮喴涡枰軌蚺罉窃秸?，所以?duì)電機(jī)的要求就比較高。所以我們選擇電動(dòng)單輪車(chē)的 驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為電動(dòng)輪椅的電機(jī)。永磁直流無(wú)刷電機(jī)是一種典型的機(jī)電一體化電機(jī) , 除了有普通直流電機(jī)調(diào)試性能好、調(diào)速范圍寬和調(diào)速方式簡(jiǎn)單的特點(diǎn)外 , 還有功率因素高、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、運(yùn)行效率高等優(yōu)點(diǎn) , 特別是由于它不存在機(jī)械換相器與電刷 , 大大的減少了換相火花 , 機(jī)械磨損和機(jī)械噪聲 , 使得它在中小功率范圍內(nèi)得到了更加廣泛的應(yīng)用 , 是電機(jī)的主要發(fā)展方向之一。 對(duì)于永磁直流無(wú)刷電機(jī)的控制方式 , 可以分為兩大類(lèi)有位置傳感器控制方式和無(wú)位置傳感器控制方式。典型的有位置傳感器控制方式是使用霍爾傳感器控制方式。無(wú)位置傳感器控制方式是目前比較廣泛使用且較為新穎的一類(lèi)控制方式 , 包含有反電動(dòng)勢(shì)控制方法、磁鏈計(jì)算法、狀態(tài)觀測(cè)器法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制法等。反電動(dòng)勢(shì)控制方法中對(duì)驅(qū)動(dòng)橋和電機(jī)在外電路過(guò)流時(shí)的保護(hù)極為重要 , 對(duì)軟件發(fā)生錯(cuò)誤動(dòng)作時(shí)負(fù)載的保護(hù)也提出了較高的要求 [6]。目前我國(guó)電動(dòng)車(chē)所使用的 10 電機(jī)一般為直流電機(jī)，直流電動(dòng)機(jī)具有運(yùn)行效率高、調(diào)速性能好等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的直流電機(jī)是有刷直流 電機(jī)，但由于電刷的存在，帶來(lái)了因機(jī)械摩擦而產(chǎn)生的噪聲、火花、電磁干擾等缺點(diǎn)，再加上電機(jī)的制造成本高、維修困難、使用壽命短等，其