最新機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化康復(fù)式電動(dòng)輪椅設(shè)計(jì)doc-文庫吧資料
2025-07-06 03:57本頁面
【正文】 2如下圖62方向控制系統(tǒng)如圖62所示：控制把手與方向控制桿鍵連接，且鎖緊；方向控制桿鍵與前輪車架連接。連接孔連接方向控制桿，通過轉(zhuǎn)動(dòng)把手控制輪椅的方向。把手主體預(yù)設(shè)線槽，連接電機(jī)。第六章 輪椅控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制把手的形狀設(shè)計(jì)如圖61所示：圖61方向控制把手如圖所示，操作把手的組成有：把手主體、操作手柄、鉸接孔和連接空組成。查文獻(xiàn)[1]正常齒標(biāo)準(zhǔn)外齒輪的齒形修正因數(shù)和應(yīng)力修正因數(shù)。查漸開線圓柱齒輪標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)[1]，可知該齒輪傳動(dòng)中的齒輪標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)為m=。45號(hào)碳鋼的材料彈性系數(shù)。試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限試驗(yàn)齒輪彎曲疲勞極限安全因數(shù)SH、SF取軟齒面（小于等于350HBW）參數(shù)和。初步估計(jì)齒輪線速度。根據(jù)輪椅設(shè)計(jì)內(nèi)容可知，設(shè)電機(jī)功率無損耗，電機(jī)功率等于輸出功率；小齒輪（電機(jī)傳動(dòng)齒輪）轉(zhuǎn)速為；大齒輪（后輪主軸傳動(dòng)齒輪）轉(zhuǎn)速為；傳動(dòng)比；設(shè)計(jì)理論工作時(shí)間為20年。輪椅的使用壽命預(yù)設(shè)計(jì)為20年，即理論。將已知數(shù)據(jù)代入軸的彎扭合成強(qiáng)度公式計(jì)算，可知：所以，滿足軸的彎扭合成強(qiáng)度條件，符合設(shè)計(jì)要求。因此，需要對(duì)該段進(jìn)行彎扭合成強(qiáng)度校核計(jì)算。AC段CD段DB段做出剪力圖與彎矩圖如圖54所示。因此后輪主軸符合材料扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件，符合設(shè)計(jì)要求?？招膱A軸截面的抗扭截面系數(shù)[1]： （52）根據(jù)平鍵的深度可知空心圓軸的壁厚為，即內(nèi)徑。后輪主軸具體參數(shù)如圖52所示：圖52后輪主軸按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算，軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度公式為： （51）因?yàn)榍袘?yīng)力沿半徑呈線性分布，實(shí)心軸圓心附近處應(yīng)力較小，材料未能盡量發(fā)揮作用，空心軸相當(dāng)于把軸心處的材料邊緣化，從而提高了軸的強(qiáng)度。由于預(yù)設(shè)齒輪寬度B=50mm，后輪輪轂寬度B1=46mm。根據(jù)軸的部分尺寸，根據(jù)GB/T 1995—2003。根據(jù)GB/T 276—1994，查文獻(xiàn)[6]，可確定該軸承如表51所示：表51軸承參數(shù)軸承代號(hào)基本尺寸/mm安裝尺寸/mm基本額定動(dòng)載荷Cr基本額定靜載荷Cor極限轉(zhuǎn)速/（r/min）原軸承代號(hào)dDBrsmindaminDamaxrasmax/KN脂潤滑油潤滑6007356214141561900012000107根據(jù)小徑，安裝尺寸，倒圓。軸承與平鍵鍵為標(biāo)準(zhǔn)件，其標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)查查文獻(xiàn)[6]。整理公式求得：。根據(jù)車架圖可知，坐墊支承架由4根外徑為的Q235鋼管組成。根據(jù)車架圖可知，坐墊支承架由3根外徑為的Q235鋼管組成。鋼管外徑確定為20mm。圖42軸力圖如圖42所示，截面11處所受的軸力根據(jù)軸力公式[5]：可求：截面11處所受軸力：為減輕車架重量及降低成本，擬采用Q235鋼管作為該機(jī)構(gòu)的材料，所以可知材料的屈服強(qiáng)度為?？蓾M足腰圍約為1413mm的患者使用。所以，固取值為。根據(jù)以上材料可求出車架的各個(gè)重要尺寸，如圖41所示：圖41車架按黃金比例計(jì)算下半身長度上半身長度小腿的長度車坐墊至地面高，所以當(dāng)身體坐直時(shí)，肚臍與坐墊距離約為200mm所以，取接近整數(shù)得。第四章 車架設(shè)計(jì)及受力分析在設(shè)計(jì)輪椅車架尺寸時(shí)，課題要求適用人群身高為150180cm，在具體分析研究中，取適中值175cm為研究對(duì)象。圖37復(fù)位電路 （6）完整仿真電路圖如圖38所示，為電路整體設(shè)計(jì)圖。具體接線圖如36所示。圖35顯示電路 （4）電機(jī)控制與驅(qū)動(dòng)部分電機(jī)通過改變PWM方波進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制。~，端選段A~~。具體接線圖如34所示。按鍵二按下，P1=1，電機(jī)啟動(dòng)，反之按鍵松開,P1=0，電機(jī)停止。P0口為電機(jī)正反轉(zhuǎn)的控制按鍵，按鍵一按下，P0輸出高電平，P0=1與PWM方波一致，電機(jī)正轉(zhuǎn)，反之按鍵松開，P0=0與PWM方波相反，電機(jī)反轉(zhuǎn)。具體接線圖如33所示。時(shí)鐘電路由晶體振蕩器、晶震控制芯片和電容組成。直流電機(jī)控制結(jié)構(gòu)圖32：圖32電路設(shè)計(jì)框圖（1）時(shí)鐘電路單片機(jī)時(shí)鐘電路是用來配合外部晶體實(shí)現(xiàn)振蕩的電路，可以為單片機(jī)提供運(yùn)行時(shí)鐘。從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)定參數(shù)。 （3）檢測(cè)并顯示各檔速度。功能要求：（1）電機(jī)速度分350r/m、700r/m、1400r/m共3檔。設(shè)計(jì)一種以單片機(jī)AT89C52為控制核心的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，通過控制器ULN2003使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速測(cè)量元件為ST151。直接通過單片機(jī)控制有刷直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)以及調(diào)速等功能。m）質(zhì)量（Kg）體積（mm）44132363160x60x60調(diào)速采用PWM（Pulse Width Modulation）脈寬調(diào)制。由上述優(yōu)點(diǎn)確定選用有刷直流電機(jī)，其型號(hào)為Bswt44132，具體參數(shù)如表31所示。電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩：由于電動(dòng)輪椅所用的場(chǎng)合為低速、平穩(wěn)、低振動(dòng)，且要求生產(chǎn)成本較經(jīng)濟(jì)。由此可知該減速器類型為二級(jí)減速器，即有3對(duì)齒輪嚙合減速。由此可知主動(dòng)輪輸出功率：設(shè)該直流有刷電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。受力分析如圖31：圖31爬坡受力圖假設(shè)輪椅行走時(shí)路況最差的是泥路，根據(jù)預(yù)設(shè)路況查滾動(dòng)摩擦系數(shù)[3]可知：,取最大值Kmax=?？芍?dāng)電機(jī)負(fù)載啟動(dòng)時(shí)，且電流約等于24倍。根據(jù)以上數(shù)據(jù)求得電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速：根據(jù)輪椅傳動(dòng)示意圖可查表常用傳動(dòng)零件和裝置的傳動(dòng)效率[1]。經(jīng)過測(cè)試取平均值得到這三種行走姿態(tài)的速度分別為：根據(jù)輪椅的設(shè)計(jì)要求，后輪的直徑D=550mm，根據(jù)求周長公式可得L=。圖23康復(fù)式仿生運(yùn)動(dòng)功能示意圖該裝置擬采用雙搖桿接搖桿滑塊機(jī)構(gòu)，如圖24所示，掰動(dòng)手柄左右搖動(dòng)，可控制輪椅前輪的方向，從而控制輪椅的運(yùn)行方向。代入公式21得：所以可知該桿件有唯一原動(dòng)件。計(jì)算桿桿件的自由度，查文獻(xiàn)[10]可知自由度計(jì)算公式為： （21）由公式21可知，F(xiàn)為自由度數(shù)；n為活動(dòng)桿件；PL為低副；PH為高副。當(dāng)電機(jī)處于工位一時(shí)，主傳動(dòng)軸與后輪軸同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，使輪椅實(shí)現(xiàn)在行走中進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練；當(dāng)電機(jī)處于工位二時(shí)，接通電機(jī)與后輪軸，使輪椅在不進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練的同時(shí)正常行走；當(dāng)電機(jī)處于工位三時(shí)，電機(jī)只與主傳動(dòng)軸接通，使輪椅在不行走時(shí)也能進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，滿足患者足不出戶也能達(dá)到康復(fù)訓(xùn)練的效果；圖22檔位控制與傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖該裝置擬采用六桿機(jī)構(gòu)。之所以采用機(jī)械機(jī)構(gòu)的主要原因是因?yàn)闄C(jī)械結(jié)構(gòu)操作簡(jiǎn)單，維修方便，安全耐用，符合康復(fù)式輪椅的安全、穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)實(shí)用的性質(zhì)。通過電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)后輪傳動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)，使輪椅運(yùn)行；電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)帶動(dòng)傳動(dòng)軸，利用曲柄搖桿原理帶動(dòng)腳踏板擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)康復(fù)式運(yùn)動(dòng)功能。（11）總結(jié)。（9）完成裝配圖。（7）標(biāo)準(zhǔn)件的列表和參數(shù)。（5）傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及對(duì)軸、鍵類零件受力分析。（3）動(dòng)力源選擇與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。（1）根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)要求，理清設(shè)計(jì)思路，抓住設(shè)計(jì)要領(lǐng)。降低生產(chǎn)成本，能讓更多的普通患者使用。國外進(jìn)口的輪椅功能先進(jìn)，但價(jià)格極其昂貴。目前市場(chǎng)上的輪椅存在兩個(gè)主要問題：一是國內(nèi)輪椅發(fā)展緩慢，很多國內(nèi)器材商對(duì)使用人群（殘疾人和老年人）的關(guān)注度不高，不愿意花費(fèi)資金研發(fā)更為人性化的輪椅設(shè)備；二是輪椅設(shè)計(jì)大同小異，很多針對(duì)肢體殘疾者的輪椅都是一樣的，只是作為一個(gè)代步工具，對(duì)殘疾人的身體沒有起到很多作用。此外長時(shí)間的使用輪椅會(huì)讓使用者感覺到疲勞。輪椅使用者在生活中一般因?yàn)橥饶_不方便，外出較困難。讓使用者在實(shí)現(xiàn)代步功能時(shí)，完成普通康復(fù)訓(xùn)練。在國內(nèi)該領(lǐng)域尚處于萌芽狀態(tài)，要普及到有需要的人群更是任重而道遠(yuǎn)?？祻?fù)式輪椅的主要功能是模擬肢體運(yùn)動(dòng)幫助有運(yùn)動(dòng)障礙的人群完成運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)訓(xùn)練并能幫助無法康復(fù)的人群進(jìn)行肢體運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)血液循環(huán)，減少并發(fā)癥。the design of healthcare system and the realization of bionic motion。 the framework of the wheelchair and force analysis。 關(guān)鍵詞：康復(fù)式電動(dòng)輪椅； 仿生運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)； 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)； PWM控制系統(tǒng)The Design of Electric Wheelchair For Recovery AbstractWith the development of people’s life standard in th
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