爬樓梯的自行輪椅車(chē)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)[帶圖紙].doc

南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文1目錄目錄.11緒論.31.1課題研究原因和意義.31.1.1課題研究的原因.31.1.2課題研究的意義.31.2目前國(guó)內(nèi)外研究狀況.31.2.1輪組式.41.2.2履帶式.51.2.3腿式.61.2.4復(fù)合式.61.3目前研究中所存在問(wèn)題.72系統(tǒng)方案設(shè)計(jì).92.1系統(tǒng)方案確定.92.2智能電動(dòng)越障爬樓輪椅系統(tǒng)構(gòu)成.102.2.1底盤(pán)系統(tǒng).102.2.2座椅姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng).152.2.3驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng).163輪椅驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì).183.1電機(jī)的選擇.183.2電機(jī)工作原理.203.3電源的選擇.233.4控制核心C8051F020.錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。3.4.1C8051FO20概述.233.4.2主要性能參數(shù).243.5電機(jī)轉(zhuǎn)速控制.253.5.1電機(jī)轉(zhuǎn)速控制原理.253.5.2電機(jī)轉(zhuǎn)速控制方案.263.6電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路.274系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì).304.1操縱桿設(shè)計(jì).304.2雙電機(jī)同步控制方案.324.2.1并行控制.324.2.2主從控制.335輪椅車(chē)控制算法設(shè)計(jì).355.1速度檢測(cè)電路.355.2PID控制方法.365.2.1PID控制方法介紹.365.2.2數(shù)字式增量PID控制算法.385.2.3標(biāo)準(zhǔn)PID算法的改進(jìn).395.2.4干擾的抑制.40南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文25.2.5PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定.406輪椅車(chē)控制模塊的數(shù)學(xué)模型.436.1系統(tǒng)運(yùn)行方框圖.436.2系統(tǒng)運(yùn)行原理.446.3建立數(shù)學(xué)模型.447軟件實(shí)現(xiàn).507.1單片機(jī)片內(nèi)的資源配置.507.1.1單片機(jī)內(nèi)各功能模塊配置.507.1.2單片機(jī)的端口配置.517.2程序模塊介紹.517.2.1初始化模塊.527.2.2測(cè)速子程序.547.2.3控制程序.567.2.3鍵盤(pán)掃描程序.587.3總程序.58總結(jié).68參考文獻(xiàn).69致謝.70南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文31緒論1.1課題研究原因和意義1.1.1課題研究的原因現(xiàn)今，老齡化人群以和下肢殘障者在占我國(guó)總?cè)丝诳倲?shù)的比重愈來(lái)愈大，他們喪失了部分行動(dòng)能力，更需要有人來(lái)加以幫助和護(hù)理。目前，在其中的很大一部分年老體弱者和下肢傷殘者會(huì)選擇輪椅作為他們的外出行動(dòng)工具，而且大都需要在家人或護(hù)理人員下使用輪椅來(lái)進(jìn)行活動(dòng)。隨著現(xiàn)今社會(huì)的快速發(fā)展，城市化的不斷加快，樓梯和跨越路障等不斷增加。然而，對(duì)于普通輪椅而言是很難跨越這種障礙，從而限制了輪椅使用者的活動(dòng)范圍，影響其一系列的社交生活。尤其是國(guó)內(nèi)城市樓房公寓，電梯并沒(méi)有應(yīng)用到所有的居民住宅，這給輪椅乘坐者造成諸多不便。馬路沿、土坑等戶外障礙同樣對(duì)老年人、殘障人士的出行帶來(lái)了很多不便，影響了他們的正常生活。1.1.2課題研究的意義為了解決弱勢(shì)群體人群增加而給社會(huì)經(jīng)濟(jì)、醫(yī)療護(hù)理各方面帶來(lái)的巨大壓力，更好的關(guān)懷老年人、殘疾人的生活，改善他們的生活質(zhì)量，除了加強(qiáng)改善房屋和各種公共建筑設(shè)施的無(wú)障礙設(shè)計(jì)，擴(kuò)大輪椅的使用范圍之外，改進(jìn)現(xiàn)有的普通輪椅，使其兼?zhèn)淦降匦旭傄约芭涝綐翘菡系K兩種功能，成為更行之有效、立竿見(jiàn)影的措施。值得注意的是，最近幾年突發(fā)性自然災(zāi)害將導(dǎo)致肢體殘障者的數(shù)量大幅上升。大量災(zāi)難幸存者急需輪椅等康復(fù)設(shè)備和輔助工具。因此，為了解決需求，給老年人和殘疾人士提供性能優(yōu)越的交通和輔助工具，解決樓梯或路障對(duì)他們生活造成的不便，同時(shí)在考慮使用者的經(jīng)濟(jì)所承受能力限制，研究一種價(jià)格適宜、輕便的爬樓梯輪椅具有重大的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值。1.2目前國(guó)內(nèi)外研究狀況在爬樓梯裝置的研究領(lǐng)域內(nèi)，國(guó)外對(duì)爬樓梯裝置的研究開(kāi)始得相對(duì)較早，最早的專利是1892年美國(guó)的Bray發(fā)明的爬樓梯輪椅。此后，各國(guó)紛紛開(kāi)始投入此項(xiàng)研究，其中美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)和日本占主導(dǎo)地位，技術(shù)相對(duì)比較成熟，且有一些產(chǎn)品己經(jīng)投入市場(chǎng)使用。南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文4國(guó)內(nèi)的研究也在近一、二十年內(nèi)取得了顯著成果，近年來(lái)相關(guān)專利屢見(jiàn)不鮮，目前國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的爬樓梯裝置和專利種類眾多，不同的爬樓梯裝置適用于不同的環(huán)境和條件，各有利弊。按照爬樓梯裝置爬樓執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類型，主要可歸結(jié)為輪組式、履帶式、腿式三類。1.2.1輪組式輪組式的特點(diǎn)是每個(gè)輪組依照星形輪的方式進(jìn)行運(yùn)動(dòng)：平地行駛時(shí)，各小輪繞各自軸線自轉(zhuǎn)；爬樓梯時(shí)，各小輪一起繞中心軸公轉(zhuǎn)。美國(guó)發(fā)明家DeanKamen發(fā)明的IBOT（專利號(hào)：US6,443,250BI）是一種能自動(dòng)調(diào)節(jié)重心的兩輪組式輪椅，是單輪組爬樓裝置中最具代表性的爬樓裝置之一。iBOT不僅采用了比普通輪椅復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，而且安裝了多個(gè)感知人輪椅重心位置的陀螺儀，控制器根據(jù)陀螺儀的信號(hào)調(diào)整重心的位置，使輪椅能夠在不同路面和直立狀態(tài)下保持平衡。iBOT3000己經(jīng)獲得FDA批準(zhǔn)在歐美上市，售價(jià)相當(dāng)于中高檔轎車(chē)的價(jià)格。如下圖所示:圖1.1ibot實(shí)物圖內(nèi)蒙古民族大學(xué)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。改輪椅爬樓時(shí)需要人南昌航空大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文5工輔助或者樓梯扶手的輔助支撐，使其能調(diào)整重心的位置，安全爬樓。如下圖1-2和1-3所示圖1-2雙聯(lián)星形爬樓梯輪椅圖圖1-3雙聯(lián)星形爬樓梯輪椅改進(jìn)圖圖1.4雙聯(lián)行星輪內(nèi)部傳遞圖1.2.2履帶式履帶式爬樓梯裝置的原理類似于履帶裝甲運(yùn)兵車(chē)或坦克，技術(shù)較成熟，操作簡(jiǎn)單，行走時(shí)重心波動(dòng)很小，對(duì)樓梯的形狀、尺寸適應(yīng)性強(qiáng)。英國(guó)Baronmead公司開(kāi)發(fā)的一種電動(dòng)輪椅車(chē)，底部是履帶式的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，可爬樓梯的最大坡度為35度，上下樓梯速度為每分鐘15-20個(gè)臺(tái)階。法