【文章內容簡介】 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力，但承載重量較小，具有較大危險性，且重心偏高。運動相對比較平穩(wěn)，顛簸感輕微，但同時運行速度較緩。此外，該類型裝置對控制的要求 較高，操作比較復雜，在平地行走時運動幅度不大，動作緩慢。 復合式爬樓裝置各種機構的復合也給控制方面提出了更高的要求，而且爬樓過程中的穩(wěn)定性、如何適應不同尺寸的樓梯、如何實現(xiàn)手動操作省力與省時的問題以及反向自鎖等問題仍然存在。 方案選擇 本次設計的指導思想必須滿足以下幾個性能： 平地、越障兩用；平地行駛效率高，操作方便簡單；越障時重心波動緩和，穩(wěn)定性好；不平坦地形下對系統(tǒng)的重心作適時調節(jié)，避免車體傾斜給使用者帶來恐懼；輪椅結構盡量簡單，造價低廉。 為了滿足上述要求，考慮到復合式具有良好的越障能力，所 以本次設計采用輪腿式復合機器人結構， 正常行駛時輪式工作，采用四輪驅動；遇到障礙時腿式 5 工作，從而適應大多數地形；車身則采用自動導軌式調平結構，該結構簡單，調節(jié)方便。 該種結構的優(yōu)點有： 第一， 平順的行駛能力。輪椅小車在平地行駛時，由于其結構上的特點，四輪都有單獨的電動機驅動，利用輪軸系統(tǒng)傳遞動力，使小車輪快速的前進，其效率與普通輪式驅動車輛相同。當遇到可跨越的障礙時，四輪演變成腿式機器人形星翻越障礙物前進。 第二，可靠的越障能力。輪椅小車翻越障礙時，小車輪四輪驅動電動機停止，抬腿電動機驅動抬腿 以通過障礙，轉向時通過單獨的電動機驅動，輪子不轉動。這使得在翻越障礙過程中，小車輪不會發(fā)生滾動，使得運動方位的控制得到精確的保證。這一優(yōu)點對小車越障控制尤其重要。 第三，對控制方式容易實現(xiàn)。任意時刻輪椅四輪同步驅動行走，轉向和抬腿都由單獨的電動機驅動，這樣就能準確控制移動輪椅的行走狀態(tài)。 第四，由電動機調速控制器來實現(xiàn)輪椅的正常前進、實現(xiàn)轉向、抬腿前進三個基本運動單元。 具體方案 總體方案 本設計方案中的輪腿式機器人 它 是 具有足夠的流動性簡單的機構為目標的環(huán)境中，其作用機理是 不同的從那些 其他 的移動機器人。四個車輪被安裝在每一個腿尖，和腿機構是很簡單的。 在此輪椅 系統(tǒng)有四個活動輪， 只有 五個活動 軸，而機器人可以 直接 移動 通過 一部分的水平的地形。 當遇到障礙物的時候 它 可以像一個機器人移動也走在臺階上像腿式機器人，盡管組成的 機械結構簡單 。 結構分析 根據本次設計的要求有一下三個前提： 輪腿機器人作為機器人的基本討論 越障 地形合適的機制，因為這兩個車輪和腿是必要的崎嶇地形的機器人 ， 這類 機器人，同時具有高速和高非結構化地形的適應性 ； 提出了機器人在地面上有四個接觸點。四是最小 數目，以維持其穩(wěn)定性當它提出了一條腿支撐它的身體其他 6 三條腿 ； 連接到每個車輪的前端的一條腿，因為在很多情況下，沒有足夠的空間可設置的腿和車輪單獨的機器人身體上。 轉向機構 對于機器人輪椅來說 方向控制機器人是必要的 ，在正常行駛的過程中，以及在越過障礙的時候，都是需要準確控制的。 對于這一點，阿克曼轉向機構或機制圖 1中示出的是用于轉向。 圖 26轉向機構 越障功能 一般功能腿機制有利于示于下表。當所有的腿不具備多個自由度，無法實現(xiàn)的轉向功能，在下表（圖 2）。假設只有運動 1和 2的是可以實現(xiàn)的，因為不一定需要功能 3腿尖位置進行調整車輪。其結果是，使腿機制可以變得相當簡單。為了實現(xiàn)功能 2，它至少是必要的腿頂端能夠移動垂直及橫向，如圖 3中所示。 圖 27：身體位置調整，而不 離開 圖 28：腿型機器人可以選擇 支持任意位置。 支承點的位移優(yōu)選的是，實現(xiàn)兩個或多個功能的一個的自由度，以避免了復雜的機制。因此，軸由在軋制控制方向，這兩個函數（ ⅱ ）和（ 4）來實現(xiàn)，作為如圖 4所示。此外，（ ⅲ ）及（ v），實現(xiàn)了由其他可驅動的軸設置，如圖 4所示。 7 這機制下稱腿像車軸。為了四條腿（圖 5）實現(xiàn)的功能，機器人配備與上面的前部和后部的腿狀軸。 圖 29 腿像車軸機制 圖 210 在兩個腿像軸前部和后部， 所以每腿可以提高其輪。 圖 211 身體有可能下降，如果所有的車輪不能被驅動。 驅動和控制每個車輪獨立地是由于以下原因 ：當輪椅車體 掉落在斜坡上移動時，在粗糙地形有一種可能性，如圖 6中所示，如果所有的車輪還沒有激活的車輪 ； 左車輪的右輪的速度是不同的，即使在粗糙地形上直線移動，最后，附著在車體 上的調整軸 。 該設計輪椅的 四個車輪和四條腿的功能，并具有一個可控制的片的一部分，因此，它可以移動崎嶇地形上的人或騎在它的水平的東西。另一方面，有四個主動車輪和其他五個主動軸。 輪腿式機器人 具有最小的自由度，除其他機器人 具有相同的遷移率式樣。所以，這是一個新型崎嶇地形的機器人。 8 移動方式 在下圖中給出了輪腿式機器人的運動方式，以及越障過程，按照順序給出了輪椅越過障礙，向前移動的過程圖。 圖 212 運動方式圖 崎嶇的地形上移動戰(zhàn)略腿部模式每個前輪的步驟超過了一個洞。之后，每個以同樣的方式在孔后輪步驟。 9 3 結構設計 主要參數設計 主要尺寸 長度： 1200mm，寬度： 820mm，高度： 350mm 重量 120kg 輪圈尺寸 半徑： 100mm，寬度： 30mm 電機 （直流電機） 23 W 40 W 電池 36 V 圖 31參數數據 電機選擇 選擇電動機的類型和結構形式 因為我們的輪椅需要能夠爬樓越障，所以對電機的要求就比較高。所以我們選擇電動單輪車的 驅動電機作為電動輪椅的電機。永磁直流無刷電機是一種典型的機電一體化電機 , 除了有普通直流電機調試性能好、調速范圍寬和調速方式簡單的特點外 , 還有功率因素高、轉動慣量小、運行效率高等優(yōu)點 , 特別是由于它不存在機械換相器與電刷 , 大大的減少了換相火花 , 機械磨損和機械噪聲 , 使得它在中小功率范圍內得到了更加廣泛的應用 , 是電機的主要發(fā)展方向之一。 對于永磁直流無刷電機的控制方式 , 可以分為兩大類有位置傳感器控制方式和無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控制方式 , 包含有反電動勢控制方法、磁鏈計算法、狀態(tài)觀測器法和人工神經網絡控制法等。反電動勢控制方法中對驅動橋和電機在外電路過流時的保護極為重要 , 對軟件發(fā)生錯誤動作時負載的保護也提出了較高的要求 [6]。目前我國電動車所使用的 10 電機一般為直流電機，直流電動機具有運行效率高、調速性能好等優(yōu)點。傳統(tǒng)的直流電機是有刷直流 電機，但由于電刷的存在，帶來了因機械摩擦而產生的噪聲、火花、電磁干擾等缺點，再加上電機的制造成本高、維修困難、使用壽命短等，其