輔助站立座椅的新結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)【畢業(yè)論文+CAD圖紙全套】

買(mǎi)文檔就送您 01339828或 11970985 摘   要  為了適應(yīng)中國(guó)部分城市老齡化的現(xiàn)狀和老人及殘障人士的需求，設(shè)計(jì)一種方便坐立并輕松站立的輔助型座椅，可實(shí)現(xiàn)座椅的移動(dòng)，升降，轉(zhuǎn)向等功能，為未來(lái)老人和殘疾人的家居生活提供新模式和新概念并促進(jìn)助老 /助殘系列化服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)品的發(fā)展智能機(jī)器人的應(yīng)用。  本文運(yùn)用 機(jī)械 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 分析軟件 助站立座椅的推桿及座椅前板 進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué) 與動(dòng)力學(xué) 分析 和優(yōu)化?；?過(guò)對(duì)電動(dòng)推桿及直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)座椅位姿的調(diào)節(jié)。使用三維建模軟件   關(guān)鍵詞： 輔助站立座椅 ， 單片機(jī)， 桿機(jī)構(gòu)  買(mǎi)文檔就送您 01339828或 11970985 n to to a of a of of on on on to C D to  文檔就送您 01339828或 11970985 目    錄   1 緒論  . 1 的、意義  . 1 . 2 . 5 . 7 2 座椅結(jié)構(gòu)的整體方案  . 7 理要求  . 7 助站立座椅的總體方案  . 8 想的成型  . 9 助站立座椅的組成  . 9 章小結(jié)  . 9 3 座椅的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)  . 10 言  . 10 助站立座椅的機(jī)構(gòu)介紹  . 10 . 11 . 12 章小結(jié)  . 14 4 座椅部分零件的校核  . 14 言  . 14 學(xué)計(jì)算  . 15 . 18 5 座椅推桿的動(dòng)力分析及前座板的運(yùn)動(dòng)分析  . 18 言  . 18 動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析  . 19 章小結(jié)  . 38 . 39 言  . 39 制系統(tǒng)方案  . 39 制系統(tǒng)邏輯  . 39 買(mǎi)文檔就送您 01339828或 11970985 制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)  . 40 . 45 章小結(jié)  . 45 7 結(jié)論  . 46 8 參考文獻(xiàn)  . 47 9 致謝  . 48 買(mǎi)文檔就送您 01339828或 11970985 1 緒論  題的來(lái)源、目的、意義  題來(lái)源  本課題來(lái)自企業(yè)項(xiàng)目和社會(huì)需求，是設(shè)計(jì)一種基于服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)技術(shù)的輔助站立座椅，實(shí)現(xiàn)座椅的移動(dòng)、抬升等機(jī)械運(yùn)動(dòng)，簡(jiǎn)化其結(jié)構(gòu)，增加了移動(dòng)的可控性，可實(shí)現(xiàn)座椅的移動(dòng)，升降，轉(zhuǎn)彎等功能，為未來(lái)老人和殘疾人的家居生活提供新模式和新概念并促進(jìn)助老 /助 殘系列化服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)品的發(fā)展智能機(jī)器人的應(yīng)用。  課題目的  基于服務(wù)機(jī)器人系統(tǒng)技術(shù)的輔助站立座椅是滿(mǎn)足老年人和殘疾人的居家生活需要，形成未來(lái)老人和殘疾人家居生活的新模式和新概念，促進(jìn)助老 /助殘系列化服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)品的發(fā)展所必需的。隨著中國(guó)一二線(xiàn)城市老齡化程度的逐漸加深，便捷型家居設(shè)計(jì)和人性化設(shè)計(jì)理念下的產(chǎn)品正逐步進(jìn)入我們的生活。如現(xiàn)在大力推廣的老年人手機(jī)、折疊老人購(gòu)物車(chē)等產(chǎn)品都是基于這一理念，使科技不僅僅局限于有限的范圍，并能實(shí)現(xiàn)達(dá)到更多的益于人本身的目的。目前，輔助站立座椅在國(guó)外已有研究并有小 量產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)也有少量產(chǎn)品問(wèn)世但缺乏人性化的考慮，使用者相對(duì)并不十分方便，國(guó)外產(chǎn)品相對(duì)比較成熟但價(jià)格昂貴，而國(guó)內(nèi)大多數(shù)用戶(hù)難以承受。為此利用機(jī)械設(shè)計(jì)理論、自動(dòng)控制技術(shù)設(shè)計(jì)滿(mǎn)足老人 /殘疾人家居生活所必需的坐姿與站姿轉(zhuǎn)換輔助站式座椅具有重要的意義。  人性化設(shè)計(jì) 1的前身是人體工程學(xué)的出現(xiàn)和發(fā)展，人體工程學(xué)起源于歐美，原先是在工業(yè)社會(huì)中，開(kāi)始大量生產(chǎn)和使用機(jī)械設(shè)施的情況下，探求人與機(jī)械之間的協(xié)調(diào)關(guān)系，作為獨(dú)立學(xué)科有 40多年的歷史。 2第二次世界大戰(zhàn)中的軍事科學(xué)技術(shù)，開(kāi)始運(yùn)用人體工程學(xué)的原理和方法，在坦克、飛機(jī)的 內(nèi)艙設(shè)計(jì)中，如何使人在艙內(nèi)有效地操作和戰(zhàn)斗，并盡可能使人長(zhǎng)時(shí)間地在小空間內(nèi)減少疲勞，即處理好：人 環(huán)境的協(xié)調(diào)關(guān)系。及至第二次世界大戰(zhàn)后，各國(guó)把人體工程學(xué)的實(shí)踐和研究成果，迅速有效地運(yùn)用到空間技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、建筑及室內(nèi)設(shè)計(jì)中去， 1960年創(chuàng)建了國(guó)際人體工程學(xué)協(xié)會(huì)。本課題的目的在于通過(guò)比較前人的設(shè)計(jì)產(chǎn)品從而進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化使其能夠降低成本并處于人性化的考慮，做部分結(jié)構(gòu)的重新設(shè)計(jì)，以滿(mǎn)足低收入人群的接受能力和需求。  買(mǎi)文檔就送您 01339828或 11970985 為了適應(yīng)中國(guó)部分城市老齡化的現(xiàn)狀和老人及殘障人士的需求，設(shè)計(jì)一種方便坐立并輕松站立的輔助型座椅，可 實(shí)現(xiàn)座椅的移動(dòng)，升降，轉(zhuǎn)向等功能，為未來(lái)老人和殘疾人的家居生活提供新模式和新概念并促進(jìn)助老 /助殘系列化服務(wù)機(jī)器人產(chǎn)品的發(fā)展智能機(jī)器人的應(yīng)用。  題意義  輔助站立座椅是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外科技服務(wù)人類(lèi)的一個(gè)熱門(mén)話(huà)題。 3以 “ 理解 關(guān)愛(ài) 和諧生活 ” 為主題的第五屆中國(guó)國(guó)際殘疾人展， 于 2010年 5月中旬 在上海國(guó)際展覽中心舉行。由于世博會(huì)首創(chuàng)設(shè)立了關(guān)愛(ài)殘疾人的 “ 生命陽(yáng)光館 ” ， 該 屆展會(huì)備受關(guān)注。全球最先進(jìn)的無(wú)障礙設(shè)施同臺(tái)亮相，通過(guò)這些輔助設(shè)備可以全面提升殘疾人 和老年人 的生活質(zhì)量，讓他們像常人一樣處處展現(xiàn) “ 生命陽(yáng)光 ” 。  而 一直以來(lái)，坐輪椅的殘疾人最大的夢(mèng)想是能站立行走， 在該 展會(huì)上，一種可以讓高位截癱患者通過(guò)操控按鈕就能直立起來(lái)的電動(dòng)直立輪椅首次亮相，備受關(guān)注。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作人員介紹，直立輪椅能夠讓全部喪失行動(dòng)能力的患者在輪椅的多功能支持下直立 “ 行走 ” ，通過(guò)彌補(bǔ)下肢的不便，使他們甚至能夠完成一定的日常工作。  由此可見(jiàn)，輔助戰(zhàn)立座椅對(duì)于現(xiàn)代城市化生活中的年老或殘障人士有著重要的社會(huì)意義和巨大的市場(chǎng)需求前景，可以大大改善該人群的生活范圍及生活質(zhì)量，減少護(hù)工等的人力資源消耗，大大減輕了社會(huì)系統(tǒng)負(fù)擔(dān)。課題適應(yīng)中國(guó)部分城市老齡化的現(xiàn)狀和老人及殘障人士的需求，設(shè)計(jì)一種方便坐立并輕松站立的輔助型座椅。  內(nèi)外基本情況  外 輔助站立座椅 領(lǐng)域發(fā)展：  日本在家庭機(jī)器人及智能人性化家具設(shè)計(jì)產(chǎn)品中有著較長(zhǎng)的發(fā)展歷史，輔助型系統(tǒng)和輔助生活型機(jī)械發(fā)展也比較早。在輔助機(jī)械座椅的標(biāo)準(zhǔn)制定中更是有著嚴(yán)格的要求。  對(duì)于其各項(xiàng)參數(shù)名稱(chēng)部分如下 : （ 1） 種類(lèi)  包括其形式和機(jī)能  （ 2） 各部分名稱(chēng)  （ 3） 要求事項(xiàng)  包括一般要求事項(xiàng)一般及機(jī)構(gòu)要求制造、材料和性能  （ 4） 實(shí)驗(yàn)環(huán)境及其實(shí)驗(yàn)機(jī)械  包括椅面椅背和承重等  買(mǎi)文檔就送您 01339828或 11970985 （ 5） 規(guī)格大小   圖 1行輔助裝置  另外在傳統(tǒng)輪椅的基礎(chǔ)上 ，日本本田公司在  借助了日本機(jī)器人 008年 11月 7日，日本本田汽車(chē)公司展示了這款步行輔助裝置。該產(chǎn)品用來(lái)支撐身體重量，減少膝關(guān)節(jié)壓力，以幫助人們站立并做出蹲伏的姿勢(shì)。這對(duì)人們排長(zhǎng)隊(duì)、東奔西跑幫人們送貨、以及陪女友逛商場(chǎng)等來(lái)說(shuō)是非常有用的發(fā)明 4。                                                                                       走路輔助器由座椅、腿支架、鞋這三部分組成。坐上座椅， 穿好鞋扣上扣子，打開(kāi)開(kāi)關(guān)它就會(huì)帶你四處行走了。本田公司的介紹，產(chǎn)品系統(tǒng)包括：一臺(tái)電腦、發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置、電池以及傳感器。它利用臀關(guān)節(jié)感應(yīng)器來(lái)搜集行走時(shí)的信息，幫你站立，再藉由馬達(dá)協(xié)助你行走。值得一提的是，這款產(chǎn)品采用本田開(kāi)發(fā)的平板式無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)，體積非常小巧 。  輔助站立座椅 領(lǐng)域發(fā)展  我國(guó) 在家庭機(jī)器人及智能人性化家具設(shè)計(jì) 5中還處于落后的位置，原因在于起步較其他發(fā)達(dá)國(guó)家的投入和應(yīng)用較晚。輔助站立座椅的開(kāi)發(fā)和投入也只是近幾年少部分企業(yè)在看到國(guó)外的產(chǎn)品后才開(kāi)始研究并發(fā)展。  在杭 州 ，一家 成立于 2010年 的 能源科技公司 ，就借鑒了國(guó)外的這一發(fā)展趨勢(shì)和思路 以全新的設(shè)計(jì)理念，高端的科技運(yùn)用，向 年老及殘障人士 提供普通電動(dòng)輪椅、站立式電動(dòng)輪椅等一系列產(chǎn)品 。  部分產(chǎn)品圖樣如下  : 買(mǎi)文檔就送您 01339828或 11970985 圖 1動(dòng)輪椅                                 圖 1立座椅     我國(guó)的輪椅設(shè)計(jì)已經(jīng)在逐漸從借鑒到能夠自主的研發(fā)并實(shí)現(xiàn)部分的創(chuàng)新。輪椅作為一種代步輔助運(yùn)動(dòng)的工具，消費(fèi)者一般不會(huì)購(gòu)買(mǎi)第二次，所以，在某種程度上輪椅是一種一次性消費(fèi)產(chǎn)品，這就要求輪椅的使用 壽命足夠長(zhǎng)，一般輪椅的使用年限 5、 6年左右，超過(guò)這個(gè)年限還使用就存在許多安全隱患了。而國(guó)內(nèi)企業(yè)往往在開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)中忽視這一點(diǎn)。所以，輪椅在設(shè)計(jì)之初就應(yīng)該考慮到它的回收，以便材料的重復(fù)使用，防止不必要的浪費(fèi)。這也是國(guó)內(nèi)在這一領(lǐng)域的環(huán)?？沙掷m(xù)發(fā)展的一種趨勢(shì)。   以下列舉幾種國(guó)內(nèi)外對(duì)于站立輔助機(jī)械的產(chǎn)品：  圖 1彈式的輔助站立椅墊  圖 1彈式的輔助站立椅墊 。 該產(chǎn)品的重量輕，攜帶性好。但對(duì) 于材料的要求比較高。價(jià)格也相應(yīng)的偏高。  圖 1輔助式站立輪椅  圖 1實(shí)現(xiàn)座椅的展合和移動(dòng)。  買(mǎi)文檔就送您 01339828或 11970985 圖 1輔助站立裝置                                                 圖 1直立行走技術(shù)創(chuàng)新的改變了人們對(duì)于傳統(tǒng)輪椅的思路，是該機(jī)構(gòu)還能實(shí)現(xiàn)新走的運(yùn)動(dòng)方式 。 使用方便的乘坐型 座椅 僅僅只需穿上連在 裝置上的鞋，再坐上座椅，便可啟動(dòng)輔助系統(tǒng)。  通過(guò)開(kāi)發(fā)能夠自動(dòng)跟蹤身體和腳動(dòng)作的座椅和   框架結(jié)構(gòu)，使輔助力量能夠像人腳的力量一樣移向身體的重心附近。從而使步 行、上下臺(tái)階、半蹲等各種各樣的動(dòng)作和姿勢(shì)能得到輔助。  文主要研究?jī)?nèi)容  （ 1）通過(guò)對(duì)市面上的相關(guān)同類(lèi)產(chǎn)品以及國(guó)內(nèi)外的各種專(zhuān)利進(jìn)行研究與分析，從使用的實(shí)用性，人性化，簡(jiǎn)易性出發(fā)，以減少制造成本，降低售價(jià)且功能齊全，增加可回收利用性，設(shè)計(jì)一臺(tái)輔助站立座椅，可實(shí)現(xiàn)座椅的移動(dòng)，升降，轉(zhuǎn)彎 等功能?？刂品桨覆捎脝纹瑱C(jī)控制，整個(gè)座椅有一個(gè)遙控器，方便操縱者自由實(shí)施該座椅的各項(xiàng)功能。  1前進(jìn)或后退  2順 /逆時(shí)針轉(zhuǎn)彎  3座位平臺(tái)的升降  4移動(dòng)及升降的互鎖  5輔助引導(dǎo)輪支架的下擺  （ 2）難點(diǎn)  1座椅各關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)是否流暢  2電氣控制方面的靈敏度是否能達(dá)到理想值  買(mǎi)文檔就送您 01339828或 11970985 3控制過(guò)程中電機(jī)轉(zhuǎn)速是否合理  4供電量是否足夠  5互鎖能否保證安全  （ 3）關(guān)鍵理論及技術(shù)  通過(guò)與同類(lèi)產(chǎn)品的對(duì)比和比較，決定采用升降電動(dòng)缸機(jī)構(gòu)作為輪椅的運(yùn)動(dòng)傳遞源。在確保各個(gè)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自身運(yùn)動(dòng)前提下，保證各桿件 之間不發(fā)生干涉和碰撞。在確定各個(gè)機(jī)構(gòu)總體的運(yùn)動(dòng)方案的前提下，通過(guò)圖解法或使用相關(guān)軟件初步確定各個(gè)桿件的尺寸，通過(guò)解析法列出機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程或使用相關(guān)軟件如 機(jī)構(gòu)的疲勞極限范圍內(nèi)，尋找一種最佳的尺寸和機(jī)構(gòu)形狀使得輔助站立椅的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性最高，減少因?yàn)橐苿?dòng)或升降而產(chǎn)生的沖擊和振動(dòng)，使操控者得到最大的靈敏度。  究方案  輔助站立座椅電源采用蓄電池供電  輔助站立座椅升降裝置采用連桿機(jī)構(gòu)  輔助站立座椅的移動(dòng)、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)采用兩臺(tái)直流電機(jī)差動(dòng)方式  電氣控制方面，采用單片機(jī)控制   究過(guò)程  （ 1）核心部件的選型  初選普通電動(dòng)推桿作為動(dòng)力，因?yàn)槠鋬r(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)單，體積較小，功率較小。  初選 為其具有比較大的尋址空間  ，處理功能強(qiáng)  ，指令系統(tǒng)相對(duì)完善以及完善的各種中斷源，抗干擾能力加強(qiáng)，工作亦相對(duì)穩(wěn)定  ，開(kāi)發(fā)環(huán)境要求較低，軟件資源十分豐富。   （ 2）完成課題的步驟  1通過(guò)資料查閱與分析，了解技術(shù)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)（對(duì)國(guó)內(nèi)外技術(shù)及現(xiàn)有產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比分析 ) 2分析設(shè)計(jì)要求，比較幾種可行的傳動(dòng)方案性能  3按所需要求，對(duì)輔助站立座椅進(jìn)行整體 規(guī)劃  4確定各個(gè)機(jī)構(gòu)的類(lèi)型并進(jìn)行具體設(shè)計(jì)（包括零件尺寸設(shè)計(jì)、零件材料選擇）  5完成電氣控制部分設(shè)計(jì)（包括供電方式、控制順序、單片機(jī)程序及接線(xiàn)圖）  6繪制圖紙  7完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)  買(mǎi)文檔就送您 01339828或 11970985 （ 1）利用 建完全參數(shù)化的機(jī)械系統(tǒng)幾何模型，建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程，對(duì)虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線(xiàn)。  （ 2）  利用三維設(shè)計(jì)軟件 制三維零件圖以及三維裝配圖，生成虛擬樣機(jī)模型。檢查該樣機(jī)存 在的干涉等問(wèn)題，然后利用該樣機(jī)模型制作裝配動(dòng)畫(huà)。最后利用  章小結(jié)  本章主要介紹了課題的來(lái)源、目的和意義，通過(guò)比較各類(lèi)產(chǎn)品的特點(diǎn)找到適合自己的設(shè)計(jì)方向和優(yōu)化特點(diǎn)，以便完成自己的研究?jī)?nèi)容和目標(biāo)的確定。  2 座椅結(jié)構(gòu)的整體方案  理要求  助站立座椅的工作環(huán)境  該座椅用于病房或家庭聚居室中，需要考慮環(huán)境對(duì)噪聲的限制，故設(shè)計(jì)中動(dòng)力源采用的電機(jī)及型號(hào)的選取需滿(mǎn)足 人們能忍受噪音的限度平均不超過(guò) 65分貝 為宜，座椅的材料也需要 考慮，并且在座椅上附加必要的減震降音材料。  買(mǎi)文檔就送您 01339828或 11970985 助站立座椅的位姿和控制要求  站立座椅應(yīng)滿(mǎn)足有利于起身站立或坐下的位姿，適應(yīng)人體工程學(xué)對(duì)舒適度的要求。護(hù)理座椅可采用部分軟連接機(jī)構(gòu)，使坐板在上升或下降過(guò)程中符合人舒適度要求。其次座椅能夠?qū)崿F(xiàn)自主移動(dòng)，用戶(hù)可自由隨意移動(dòng)。后背板與坐板同時(shí)升降，保持人體平衡。其控制方式，采用按鍵或推桿操縱，方便用戶(hù)進(jìn)行獨(dú)立控制。  助站立座椅的總體方案  該座椅的總體設(shè)計(jì)方案包括機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、動(dòng)態(tài)分析、控制運(yùn)動(dòng)以及各部分位姿協(xié)調(diào)等。  性化方案 對(duì)比  通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的大量輔助站立輪椅方案的對(duì)比，我們不難發(fā)現(xiàn)在大量同類(lèi)設(shè)計(jì)中坐板往往被設(shè)計(jì)成一體，隨靠板聯(lián)動(dòng)上升以達(dá)到抬升位姿的要求。  如下圖 2圖 2傳統(tǒng)站立式座椅                               圖 2該設(shè)計(jì)想要達(dá)到的效果  在圖 2椅在抬升時(shí)逐漸將用戶(hù)的整個(gè)重量施加在腳部并施力與踏板處。使用戶(hù)腳部承受較大的受 力，這就導(dǎo)致對(duì)于部分腳部無(wú)力或下肢癱瘓的病人買(mǎi)文檔就送您 01339828或 11970985 在使用中由于需要腿部支撐而帶來(lái)的不便?；谠撜n題對(duì)于人性化和舒適度的要求，希望改變傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 2和前坐板 3，在抬升的同時(shí)讓前座板向上翹起或水平，使用戶(hù)臀部處于前座板。這樣的設(shè)計(jì)可以很好的將人體的重量分別施加于臀部和大腿根部之間和腳部，大大減少了腿部的受力而增加了用戶(hù)對(duì)輪椅使用中的舒適度。  在綜合的考慮下，希望采用圖 2的設(shè)計(jì)以增加人體在使用時(shí)的舒適感。  想的成型  通過(guò)參考分析了現(xiàn)有的幾款輔助站立座椅的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)機(jī) 構(gòu)中常使用平行四邊形機(jī)構(gòu)，以平行四邊形的結(jié)構(gòu)作為輪椅的座板。但在上升的過(guò)程中用戶(hù)除腳部支撐板受力外沒(méi)有其他支撐點(diǎn)，使雙腳承受了大部分身體的重量，無(wú)法滿(mǎn)足人體舒適度的要求，且使雙腳肌無(wú)力的用戶(hù)在使用過(guò)程中帶來(lái)一定的不便。因此希望采用一組連桿機(jī)構(gòu)，使座板的一部分在上升時(shí)能在一定范圍內(nèi)翹起，以支撐臀部及大腿根部靠下的位置，這樣的機(jī)構(gòu)能使用戶(hù)把身體的重量分散在腳部和臀部，大大減少了腿部的受力從而增加了人體舒適度的要求。  助站立座椅的組成  輔助站立座椅從機(jī)構(gòu)和功能上分為：座椅架、連桿機(jī)構(gòu)、座椅板、單片機(jī)控制 系統(tǒng)組成。座椅還必須自帶動(dòng)力源（蓄電池）以及電機(jī)安裝部分。座椅板由前座板和后座板組成，整臺(tái)輔助站立座椅共有三臺(tái)直流電機(jī)，用來(lái)完成座椅的升降、移動(dòng)的動(dòng)作。  章小結(jié)  本章節(jié)以輔助站立輪椅的優(yōu)化結(jié)構(gòu)展開(kāi)，通過(guò)論述座椅的工作環(huán)境和對(duì)于使用者的舒適度要求及其對(duì)位姿的要求，提出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)的各項(xiàng)指標(biāo)，以滿(mǎn)足功能要求為目的設(shè)計(jì)座椅的機(jī)械結(jié)構(gòu)。對(duì)整體設(shè)計(jì)的思路和座椅結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行初步驗(yàn)證。而在其控制系統(tǒng)中，采用單片機(jī)為主控制，控制多臺(tái)直流電機(jī)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制和相對(duì)的互鎖，完成輔助站立輪椅的各項(xiàng)功能。  買(mǎi)文檔就送您 01339828或 11970985 3 座椅的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)  言  輔助站立輪椅機(jī)構(gòu)主要包括座板與座椅共同的抬升運(yùn)動(dòng)，座板的前部在上升同時(shí)的上翹運(yùn)動(dòng)等部分。其座椅的各個(gè)桿件在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)采用圖解法 9，得到滿(mǎn)足機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)要求的初始機(jī)構(gòu)各桿件尺寸。  助站立座椅的機(jī)構(gòu)介紹                  在設(shè)計(jì)中采用的是六輪機(jī)構(gòu)。在原有四輪輪椅的基礎(chǔ)上，在腳踏板前方側(cè)面增加兩個(gè)小輪使其與站立機(jī)構(gòu)相連，小輪的運(yùn)動(dòng)能夠完成以下動(dòng)作：座椅上升后，前側(cè)小輪頂起中輪僅使主動(dòng)輪和小輪支撐于地面，減小由于六輪同時(shí)著地帶來(lái)的移動(dòng)中不穩(wěn)定的現(xiàn)象，防止在 轉(zhuǎn)彎中傾倒；在恢復(fù)坐姿時(shí)，前側(cè)小輪抬起離開(kāi)地面，使中輪和主動(dòng)輪著地，這個(gè)車(chē)身由該兩組輪支撐。同時(shí)，為滿(mǎn)足用戶(hù)在站立時(shí)減小雙腿的支撐受力，使座板前端產(chǎn)生一個(gè)仰角，使用戶(hù)的重量分散于雙腳和臀部，增加其站立時(shí)的舒適度。該機(jī)構(gòu)由一個(gè)電動(dòng)推桿驅(qū)動(dòng)，其機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 3 7個(gè)活動(dòng)構(gòu)件（桿       10個(gè)低副，沒(méi)有高副，自由度 F=1。買(mǎi)文檔就送您 01339828或 11970985 機(jī)構(gòu)中 I、 L、 N、 F、 I、 J、 構(gòu)的工作原理如下：由直線(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)桿件伸縮，推桿 伸長(zhǎng)， 而 固定點(diǎn) 動(dòng) 著桿   于各桿線(xiàn)速度的不同，使得角 成軟連接。通過(guò)上訴分析可知，當(dāng)直線(xiàn)電機(jī)勻速伸長(zhǎng)時(shí)，桿 件 順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)桿 成四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)前側(cè)輪的下擺。此時(shí)人的重心位于前后輪之間，四輪接觸地面 ，使得輪椅方便移動(dòng)。  1010*27*3230,10,7                                        （ 3 自由度計(jì)算  圖 3助站立座椅的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖                                        步確定機(jī)構(gòu)中個(gè)桿件的尺寸  初步選定 50D=150E=00定 B、 H、 K 由于各連桿間的聯(lián)動(dòng)和從動(dòng)不確定，所以采用作圖法確定個(gè)點(diǎn)尺寸。滿(mǎn)足盡可能使在桿 35度時(shí)，桿 選取起始位置，中間位置，最大極限位置進(jìn)行比較，便可確定各點(diǎn)位置。  買(mǎi)文檔就送您 01339828或 11970985 確定推桿機(jī)構(gòu) E、 M、 N 在座椅達(dá)到最大抬升極限時(shí)，使得前側(cè)輪下擺并頂起中輪。設(shè)定點(diǎn) I、 并取桿 00落地時(shí)桿 00構(gòu)確定。  綜上基本確定了各個(gè)機(jī)構(gòu)及固定點(diǎn)的基本尺寸。  助站立輪椅的三維建模與干涉檢驗(yàn)  圖 3助站立座椅的底架  圖 3輔助站立座椅的整體圖                                   圖 3助站立座椅的前輪架  買(mǎi)文檔就送您 01339828或 11970985 模的干涉檢驗(yàn)  圖 3輔助站立座椅的干涉檢查  使用建模軟件中的干涉檢查計(jì)算功能檢查模型是否存在干涉，結(jié)果顯示無(wú)干涉。  撞檢查  旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)零部件的過(guò)程中，可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)的干涉檢查或動(dòng)態(tài)計(jì)算零件間的間隙。  移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)是產(chǎn)生干涉的部分，以深綠色的圖形區(qū)域進(jìn)行顯示。如下圖 3移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)零部件的 以指定碰撞檢查的方式 13。  圖  3撞檢查設(shè)置  買(mǎi)文檔就送您 01339828或 11970985 圖   3態(tài)干涉檢查  使用移動(dòng)碰 撞工具進(jìn)行測(cè)試，在座椅的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中無(wú)碰撞。  章小結(jié)  本章通過(guò)對(duì)輔助站立座椅各個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析，初步確定了機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，并用圖解法得到各個(gè)機(jī)構(gòu)的初始設(shè)計(jì)參數(shù)，可以得到完整的三維立體模型并為下一步的優(yōu)化和分析提供了前提。  4 座椅部分零件的校核  言  輔助站立輪椅需要對(duì)設(shè)計(jì)中的一些主要部件包括底部支撐管件、側(cè)面支撐管以及踏板進(jìn)行強(qiáng)度校核，以便合理的選材并保證使用的安全性和穩(wěn)定性以及盡可能的降低材料成本，最大程度的滿(mǎn)足生產(chǎn)需求及市場(chǎng)的推廣。  根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)查得鋁合金的特征屬性：  表 4合金的特征屬性  抗拉強(qiáng)度  屈服點(diǎn)  彎曲疲勞強(qiáng)度  扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度  許用靜應(yīng)力  許用脈動(dòng)應(yīng)力  許用疲勞應(yīng)力  彈性模量  88 294 238 138 196 93 54 72 買(mǎi)文檔就送您 01339828或 11970985 學(xué)計(jì)算  部支撐管件  （ 1）確定選用材料  選用鋁合金為管件材料  圖 4部支撐桿關(guān)鍵 受力圖  (2)管件的受力  靜止時(shí)，載荷主要由底座的兩個(gè)支撐以及前方軸承受力。推桿于管件的末位夾角為 力可分解為指向桿件的徑向力和垂直于桿件的力所形成的扭矩。受力情況如上圖 4 (3)校核強(qiáng)度  預(yù)設(shè)人體重量 100椅上半部分重量 30部作用于管件，管件直徑 36厚 2 彎曲與扭轉(zhuǎn)組合變形強(qiáng)度條件：  22                                          （ 4 空心圓：  買(mǎi)文檔就送您 01339828或 11970985 )1(32 43 4 由第三強(qiáng)度理論：  )(16222222T（ 4 T =mg*l=1300*50=451100       n                  M=mg*50=42421     n                236(4 2 4 2 14 5 1 1 036*16)(1622222222  1 （ 4 支撐管件滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。  面支架管件  (1)確定選用材料  選用鋁合金為管件材料  (2)管件的受力  靜止時(shí)，載荷主要由底座的支撐管件和側(cè)面支架管件承受力。受力垂直于測(cè)管，分解為對(duì)測(cè)管的扭矩和垂直于測(cè)管的力。受力情況如上圖。  (3)校核強(qiáng)度  預(yù)設(shè)人體重量 100椅上半部分重量 30件直徑 35厚 2單邊 650N。  買(mǎi)文檔就送您 01339828或 11970985 圖 4面支撐桿關(guān)鍵受力圖  由第三強(qiáng)度理論：  T =G*l=650*100=65000n =F*L=1083*500=541666n (16222222T=158 1  支撐管件滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。  踏板連桿校核  (1)確定選用材料  選用鋁合金為管件材料  (2)管件的受力  該桿件屬于懸臂梁結(jié)構(gòu)  圖 4臂梁架受力圖  買(mǎi)文檔就送您 01339828或 11970985 (3)校核強(qiáng)度  預(yù)設(shè)人體重量 100側(cè)最大受力 F=500。  m a xm a x 4 133m a x 100*500*32*32 M 4 (4) 擬受力變形如下圖：  圖 4臂梁架 加踏板支撐管件滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。  章小結(jié)  通過(guò)對(duì)主體結(jié)構(gòu)的力學(xué)分析，保障了輪椅在靜力部分的可靠性和安全性。使用擬分析了座椅在靜態(tài)受力下的最大變形量。  5 座椅推桿的動(dòng)力分析及前座板的運(yùn)動(dòng)分析  言  運(yùn)動(dòng)學(xué)是 理論力學(xué) 的一個(gè)分支學(xué)科，它是運(yùn)用幾何學(xué)的方  法來(lái)研究物體的運(yùn)動(dòng)，通常不考慮力和質(zhì)量等因素 的影響。至于物體的運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系，則是動(dòng)力學(xué)的研究課題。  買(mǎi)文檔就送您 01339828或 11970985 運(yùn)動(dòng)學(xué)主要研究點(diǎn)和剛體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。點(diǎn)是指沒(méi)有大小和質(zhì)量、在空間占據(jù)一定位置的幾何點(diǎn)。剛體是沒(méi)有質(zhì)量、不變形、但有一定形狀、占據(jù)空間一定位置的形體。運(yùn)動(dòng)學(xué)包括點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)兩部分。掌握了這兩類(lèi)運(yùn)動(dòng)，才可能進(jìn)一步研究變形體 (彈性體、流體等 )的運(yùn)動(dòng)。   輔助站立輪椅的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，主要是為了進(jìn)一步確定各機(jī)構(gòu)桿件的尺寸，在滿(mǎn)足各個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的前提下，保證在輪椅運(yùn)動(dòng)時(shí)不發(fā)生干涉現(xiàn)象，同時(shí)使機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中達(dá)到機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的最佳狀態(tài)。該優(yōu)化重點(diǎn)在于確定推桿位置， 通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析試選擇推理最小的作用點(diǎn)，從而減少座椅抬升時(shí)推桿所受的的作用力，得到優(yōu)化后的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及桿件的尺寸數(shù)據(jù)。  輔助站立輪椅運(yùn)動(dòng)學(xué)分析基于 6戶(hù)可以利用該軟件在計(jì)算機(jī)上建立和測(cè)試虛擬樣機(jī)，實(shí)現(xiàn)真實(shí)仿真，了解復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)性能。  動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)分析  輔助站立輪椅的推桿運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，是以推桿受力的變化范圍為目標(biāo)函數(shù)，建立運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，基于 到滿(mǎn)足的機(jī)構(gòu)參數(shù)。  圖 5構(gòu)關(guān)鍵點(diǎn)簡(jiǎn)圖  過(guò) 水平方向?yàn)?豎直方向?yàn)?點(diǎn)實(shí)際坐標(biāo)如下圖所示：  買(mǎi)文檔就送您 01339828或 11970985 表 5點(diǎn)實(shí)際坐標(biāo)  坐標(biāo)點(diǎn)  坐標(biāo) /點(diǎn)  0 0 A 1 B 2 C 3 D 4 E 5 F 6 G 7 H 8 I 9 J 10 K 11 L 12 M 13 N 14 O 15 把所有連接視為剛體， 長(zhǎng)度可以變化。坐板轉(zhuǎn)過(guò)的角度與各點(diǎn)的坐標(biāo)有關(guān)。  升機(jī)構(gòu)在 當(dāng)機(jī)構(gòu)在各個(gè)關(guān)鍵的位置確立完成，機(jī)構(gòu)就可以運(yùn)行。因此只要合理選取各個(gè)機(jī)構(gòu)的位置，就能實(shí)現(xiàn)輔助站立輪椅的抬升功能。  使用 用該樣機(jī)的模型可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，通過(guò)對(duì)模擬參數(shù)的后處理，可以將所得的數(shù)據(jù)繪制成數(shù)據(jù)曲線(xiàn)，并可以對(duì)曲線(xiàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。 身所具有模塊對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，得到理想的機(jī)構(gòu)參數(shù)和模型。  (1) 啟動(dòng) 擊桌面上 打開(kāi) 歡迎對(duì)話(huà)框中選擇“ a 在模型名稱(chēng)（ 中輸入：名稱(chēng)；在重力名稱(chēng)（ 中選擇“ )”；在單位名稱(chēng)（ 中選擇“  mm,s,如圖所示。  買(mǎi)文檔就送您 01339828或 11970985 圖 5迎對(duì)話(huà)框  (2) 設(shè)置工作環(huán)境  對(duì)于這個(gè)模型，網(wǎng)格間 距需要設(shè)置成更高的精度以滿(mǎn)足要求。在 擇設(shè)置（ 拉菜單中的工作網(wǎng)格（ 令。系統(tǒng)彈出設(shè)置工作網(wǎng)格對(duì)話(huà)框，將網(wǎng)格的尺寸 (的 分別設(shè)置成 75000距（ 的 都設(shè)置成 50后點(diǎn)擊“ 定。  圖 5置工作網(wǎng)格對(duì)話(huà)框  創(chuàng)建設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)  買(mǎi)文檔就送您 01339828或 11970985 根據(jù)輔助輪椅的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖及運(yùn)動(dòng)分析，首先建立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)變量。通過(guò)對(duì)坐板抬升時(shí)對(duì)于靠板的相對(duì)角度和前半的相對(duì)變化，采用圖解法，確定各點(diǎn)的位置，從而建立平面坐標(biāo)系。設(shè)計(jì)座椅的初始參數(shù)，完成后如下圖 5 圖 5定基本參數(shù)  表 5關(guān)鍵點(diǎn)的基本參數(shù)  變量名  說(shuō)明  點(diǎn) 85 點(diǎn) 313 點(diǎn) 242 點(diǎn) 342 點(diǎn) 410 點(diǎn) 372 點(diǎn) 569 點(diǎn) 359 點(diǎn) 594 點(diǎn) 273 點(diǎn) 53 點(diǎn) 263 點(diǎn) 226 點(diǎn) 246 點(diǎn) 431 點(diǎn) 230 點(diǎn) 551 點(diǎn) 220 點(diǎn) 6 點(diǎn) 178 點(diǎn) 422 買(mǎi)文檔就送您 01339828或 11970985 點(diǎn) 223 點(diǎn) 500 點(diǎn) 160 點(diǎn) 675 點(diǎn) 57 點(diǎn) 603 點(diǎn) 22 點(diǎn) 226 點(diǎn) 0 表 5關(guān)鍵點(diǎn)的基本參數(shù)  (3)在 圖  5添加運(yùn)動(dòng)條件                                     圖  5添加驅(qū)動(dòng)  (4)為機(jī)構(gòu)添加驅(qū)動(dòng)  在 在 0. (5)對(duì)樣機(jī)進(jìn)行驗(yàn)證  在進(jìn)行 動(dòng)力學(xué)分析前對(duì)樣機(jī)進(jìn)行分析，檢驗(yàn)是否有沒(méi)有被約束的構(gòu)件、是否沒(méi)有質(zhì)量的機(jī)構(gòu)及其自由度是否符合要求。選擇  買(mǎi)文檔就送您 01339828或 11970985 圖  5樣機(jī)驗(yàn)證  (6)定義測(cè)量和施加傳感器  首先定義背板和坐板的夾角讀書(shū)測(cè)量，當(dāng)坐板反轉(zhuǎn)角度達(dá)到 140度時(shí)，要求電機(jī)停止工作，達(dá)到抬升的最大極限位置，仿真定制。此時(shí)需要施加角度傳感器。進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，步數(shù)為 50步，抬升角度為