殘疾電動輪椅車驅(qū)動機構(gòu)的設(shè)計含4張CAD圖,殘疾,電動,輪椅車,驅(qū)動,機構(gòu),設(shè)計,cad 摘 要 輪椅是現(xiàn)在老年人，身體不好的人和腿有傷的人必要的工具，但是有些東西會使輪椅的活動受到限制?，F(xiàn)代因為用輪式結(jié)構(gòu)，所以只能在平地上走，而臺階、樓梯這樣復(fù)雜的地形就沒有辦法移動了。而電動輪椅設(shè)計用輪腿式機器人結(jié)構(gòu)，一般的時候用四個輪動；遇到障礙時用腿來動，這樣就可以在大多數(shù)地方活動；車身是用自動導(dǎo)軌式調(diào)平結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)節(jié)也很方便。這次設(shè)計的主要工作包括：選定輪椅的運行方式和結(jié)構(gòu)形式、主體的尺寸，還有確定各主要零、部件的結(jié)構(gòu)尺寸和選擇好他們的類型。 關(guān)鍵詞：輪椅 電動輪椅 輪腿式機器人 ABSTRACT Wheelchairs are frail elderly and the disabled limb indispensable means of transport, but the obstacles while filling the wheelchair is very restricted. As with a traditional modern wheeled structure, can only walk on flat ground, facing steps, stairs, but this is more complex terrain powerless. High-pass design is the use of a wheelchair wheel legged robot structure, normal driving wheel work, the use of four-wheel drive; encounter obstacles leg work to accommodate most of the terrain; body is leveling automatic slide-type structure, the structure is simple, easy to adjust. The design of the main tasks include: determining wheelchair work and the working structure, body size, and identify the major components and parts of the structure size and selection. Keywords: Wheelchair High Adoption Round legged robot 目 錄 緒 論 1 第一章 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 1.1 電動輪椅國內(nèi)外發(fā)展情況 2 第二章 殘疾電動輪椅車驅(qū)動機構(gòu)的系統(tǒng)方案 5 2.1 殘疾電動輪椅車驅(qū)動機構(gòu)的機械系統(tǒng)方案 5 2.2 殘疾電動輪椅車驅(qū)動機構(gòu)的控制方案設(shè)計 7 2.3 殘疾電動輪椅車驅(qū)動機構(gòu)的總體方案 8 第三章 殘疾電動輪椅車驅(qū)動機構(gòu)的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 9 3.1 殘疾電動輪椅車驅(qū)動機構(gòu)的鏈條傳動設(shè)計 9 3.2 殘疾電動輪椅車驅(qū)動機構(gòu)的電動機的選用 9 3.3 殘疾電動輪椅車驅(qū)動機構(gòu)的驅(qū)動電路設(shè)計 10 第四章 殘疾電動輪椅車驅(qū)動機構(gòu)的軸的設(shè)計 11 4.1 殘疾電動輪椅車驅(qū)動機構(gòu)的低速軸 11 4.1.1 求輸出軸上的功率轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 11 4.1.2 求作用在齒輪上的力 11 4.1.3 初步確定軸的最小直徑 12 4.1.4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 12 4.2 殘疾電動輪椅車驅(qū)動機構(gòu)的中間軸 15 4.2.1 求輸出軸上的功率轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 15 4.2.2 求作用在齒輪上的力 15 4.2.3 初步確定軸的最小直徑 16 4.2.4 初步選擇滾動軸承. 16 4.3 殘疾電動輪椅車驅(qū)動機構(gòu)的高速軸 18 4.3.1 求輸出軸上的功率轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 18 4.3.2 求作用在齒輪上的力 18 4.3.3 初步確定軸的最小直徑 19 4.4殘疾電動輪椅車驅(qū)動機構(gòu)的軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 19 4.4.1擬定軸上零件的裝配方案 19 4.4.2根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 20 第五章 殘疾電動輪椅車驅(qū)動機構(gòu)的齒輪與軸的分析 22 5.1 殘疾電動輪椅車驅(qū)動機構(gòu)的齒輪的介紹 22 5.2 殘疾電動輪椅車驅(qū)動機構(gòu)的齒輪與軸的關(guān)系 24 總 結(jié) 26 參考文獻 27 致 謝 28 III 緒 論 本次的設(shè)計內(nèi)容 這次我這個設(shè)計的目的是為了設(shè)計一款符合殘疾人和老年人的電動輪椅車。 這就對電動輪椅有著嚴(yán)格的要求。所以主要的技術(shù)要求就是擁有很好的行駛性能和極高的安全性。 技術(shù)要求如下 1.主驅(qū)動程序的功能 用操縱桿模擬輪椅，并通過齒輪調(diào)節(jié)按鈕確定最大和最小輪椅速度。駕駛/制動時，輪椅應(yīng)平坦，穩(wěn)定且安全。對殘疾人的輪椅的發(fā)動機啟動/制動速度沒有什么別的要求，但是對參數(shù)我有很高的要求。那就是輪椅至少能爬升5°并且可以在惡劣的條件下駕駛，例如著火，并且在左右車輪位于不同路面上時都能正常工作。 2.保護 管理者應(yīng)該能夠自動檢測故障，檢測故障并發(fā)出信號，并指出一些常見的缺陷。如果在駕駛輪椅時出錯，然后，安全系統(tǒng)可以鎖定并保持方向盤，當(dāng)方向盤就位時，齒輪應(yīng)能夠中斷行駛。 設(shè)計思路 該產(chǎn)品的目的是將鏈條和馬達連接到標(biāo)準(zhǔn)輪椅上，并用電力代替導(dǎo)向裝置，從而使殘疾人和老年人使用輪椅更加方便。 選擇的發(fā)動機是Y160M1，它連接到鏈條上以監(jiān)視鏈條聯(lián)接系統(tǒng)。 微控制器的信號和信號受電機壓力的影響。 當(dāng)駕駛員執(zhí)行命令時，微控制器驅(qū)動鏈條，然后機器啟動轉(zhuǎn)向軌道以移動整個輪椅。 這款電動輪椅車的最快可以達到1小時行駛10 km ，并且具有改變方向，減速，加速和剎車的功能。 1 第1章 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1.1 電動輪椅國內(nèi)外發(fā)展情況 伴隨著全球人口的不斷增漲和醫(yī)療技術(shù)的進步，老年人變得越來越多成為許多國家需要認(rèn)真解決的重要的問題之一。電動輪椅可以幫助老年人和殘疾人士獨居，節(jié)省家居護理費用，減輕社會負(fù)擔(dān)。許多國家對弱智人士的座椅進行了越來越多的研究，但由于價格和實際原因，它們至今仍只能用作實驗產(chǎn)品。 智能口袋椅作為一種口袋機器人，主要用于老年人和殘疾人的日常生活和工作，可以彌補身體活動的不便。 本設(shè)計研究的目的是設(shè)計一個輪椅，該輪椅可以滿足最實用，易于使用的電動輪椅的需求，該輪椅適用于殘疾人，有完整的結(jié)構(gòu)以及最舒適的條件，是受歡迎的產(chǎn)品。 1.類型 因于輪椅上裝有傳感器和良好智能控制功能，因此可以使用市場上常規(guī)電動輪椅的所有功能，還可以進行其他活動。 比如，您可以執(zhí)行防撞和導(dǎo)航功能，甚至可以將用戶的位置和基本狀態(tài)發(fā)送給無線醫(yī)務(wù)人員和家庭成員以進行實時監(jiān)控。 2.國內(nèi)外研究與發(fā)展趨勢（包括文獻綜述）： 作為醫(yī)療領(lǐng)域的服務(wù)機器人，自動殘疾技術(shù)已廣泛應(yīng)用于移動機器人技術(shù)中。 電動輪椅主要涉及導(dǎo)航和動力系統(tǒng)，以及人機關(guān)系。 但由于所有殘疾人座椅系統(tǒng)都以人的感受和安全為根本，所以這帶來的最大問題是保障人的安全。 根據(jù)已知文檔【1】，導(dǎo)航根據(jù)預(yù)定義的任務(wù)順序打開后備箱數(shù)據(jù)進行全球路線規(guī)劃，并在旅行期間定期接收有關(guān)本地環(huán)境的信息，自行做出各種決定，并隨時做出決定。有目的地安全駕駛。智能推車在醫(yī)療領(lǐng)域中廣泛用作移動醫(yī)療技術(shù)中的服務(wù)機器人。弱智人士座椅研究所涉及的主要技術(shù)是導(dǎo)航系統(tǒng)，控制系統(tǒng)和人機關(guān)系。 但是，由于已經(jīng)建立了人對人通信系統(tǒng)，因此必須解決的主要問題是患者數(shù)字座位的轉(zhuǎn)換。 根據(jù)許可證信息，導(dǎo)航根據(jù)預(yù)選的命令行連接到便攜式計算機系統(tǒng)。進行全球路線規(guī)劃，并在旅行期間定期接收有關(guān)本地環(huán)境的信息，自行做出各種決定，并隨時做出決定。有目的地安全駕駛。 隨著社會和文明的發(fā)展，人們，特別是身體上有殘缺的人，需要更多的更先進的現(xiàn)代技術(shù)來讓他們的生活水平變得更好并且讓他們的生活變得更加自由。每年，因為各種的道路交通事故，自然災(zāi)害，人為災(zāi)害和各種疾病，許許多多的人失去一種或多種能力。因此，用來幫助身體上有殘缺的人的智能椅子的研究已成為引人注目的話題。在許多其他國家或地區(qū)，中國科學(xué)院自動化研究所已經(jīng)成功研發(fā)出具有了視覺和密碼導(dǎo)航功能還可以同使用輪椅的人保持聯(lián)系的東西。 近年來，我國殘疾人座椅的產(chǎn)量已大大增加。根據(jù)數(shù)據(jù)，現(xiàn)在有30多家輪椅的公司集中創(chuàng)建在東部和沿海發(fā)達地區(qū)。外資殘疾人座椅制造商在中國這方面的行業(yè)中處于領(lǐng)先地位。這些年，伴隨著人口老齡化越來越嚴(yán)重和殘疾人康復(fù)的變多，這就創(chuàng)造了一個廣闊的市場。 3.與國外產(chǎn)品的全面比較 技術(shù)水平：中國和外國沒有什么差距 制造過程：盡管與國外之間仍然存在一些差距，但分析國內(nèi)和分析外國產(chǎn)品的特征可以在短期內(nèi)彌補這一差距。 研究和生產(chǎn)成本：中國比海外具有明顯的優(yōu)勢。在市場潛力方面：殘障人士的本地市場才剛剛起步，并且沒有強大的競爭者，因此市場潛力很大。 4.介紹現(xiàn)有的本地公司 首先，沒有本地公司為弱智人士制造座椅。殘疾人座椅公司主要位于電動輪椅的生產(chǎn)中。由于當(dāng)今中國缺乏開發(fā)高性能電動輪椅司機的機會，因此，國內(nèi)電動殘疾人士的座位主要基于外國輪椅，有些公司甚至使用外部馬達。同時，由于需要使用昂貴的進口控制器，家用殘疾人產(chǎn)品的市場價格長期以來一直處于高位，這是普通用戶難以接受的，這直接影響到電動殘疾人市場的運作。 5.對國有產(chǎn)業(yè)的支持 國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展部已經(jīng)找到了發(fā)展弱智座椅產(chǎn)業(yè)的機會，并支持其在國家工業(yè)發(fā)展方面的進一步發(fā)展。 下圖是普通輪椅圖 圖1.1.1電動輪椅運動控制系統(tǒng)示意圖 下圖顯示了定制的輪椅技術(shù) 圖1.1.3電動輪椅運動控制系統(tǒng)示意圖 第2章 殘疾電動輪椅車驅(qū)動機構(gòu)的系統(tǒng)方案 2.1 殘疾電動輪椅車驅(qū)動機構(gòu)的機械系統(tǒng)方案 圖2.1.1　電動輪椅運動控制系統(tǒng)示意圖 上面的圖1顯示了移動系統(tǒng)的構(gòu)成。我們可以看出，輪椅運動控制系統(tǒng)由控制錨的信號處理部分，發(fā)動機控制部分以及輪椅的位置組成。從操縱桿出來的信號在輪椅速度和方向值上通過S曲線和操縱桿信號處理部分之后，進行了合成【8】。發(fā)動機控制單元依靠著接收指令和響應(yīng)信號這方面來合成發(fā)動機的信號和其他的什么控制信號。這方面是運動控制系統(tǒng)的最重要的部分。發(fā)動機檢測部確定發(fā)動機和控制器的運轉(zhuǎn)狀態(tài)。這些檢測器信號將用作發(fā)動機其他零件的控制信號。 綜上所述，操縱桿輸出信號的速度對于控制電動輪椅車非常方便，因為操縱桿輸出是二維藍寶石信號，隨位置變化而變化。使用者可以通過前后移動操縱桿來控制輪椅的速度，而輪椅的車輪和速度可以通過向左/向右按壓來控制【7】。下面介紹怎么把功率信號將轉(zhuǎn)換為快速和轉(zhuǎn)向命令。 如果操縱桿信號被認(rèn)為是二階信號，則X和Y方程由二維坐標(biāo)系表示。 圖2.1.2 信號坐標(biāo)圖 我們將X軸的信號看作輪椅設(shè)置的方向盤信號，將Y軸信號看作輪椅向后傳輸?shù)男盘枴?所以，如果用戶想要轉(zhuǎn)身并向前移動，那么就可以將輪椅的運動方向看作計算X和Y向量的合成，如圖2F所示。 可以通過以下公式Sl和Sr獲得關(guān)于左/右電動機速度的參考： Sl=Cx Fx+Cy Fy±Smax(1) Sr=-Cx Fx+Cy Fy±Smax(2) 其中給出的最高速度應(yīng)為Smax，Cx表示輪椅的轉(zhuǎn)向速度，Cy表示前后的速度。 如果上述相關(guān)性大于最大速度，則用最大速度。 圖3顯示了沿不同方向轉(zhuǎn)動操縱桿時左右輪的速度曲線[2]。 如果SL和Sr都是大于0的數(shù)，那么輪椅將向前移動并轉(zhuǎn)向，否則，向后轉(zhuǎn)。 當(dāng)輪椅向左轉(zhuǎn)的時候，右輪向前移動的同時左輪向相反方向移動或不變。反而言之，當(dāng)輪椅向右轉(zhuǎn)的時候，左輪向前移動的同時右輪旋轉(zhuǎn)或不變。 當(dāng)一個輪子不動而另一個輪子旋轉(zhuǎn)時，輪椅將轉(zhuǎn)360°。 圖2.1.3 輪的速度給定曲線圖 1.2 速度給定的S曲線設(shè)計 （1）設(shè)計思路。 S曲線本身就是非線性函數(shù)，它的綜合編程十分的復(fù)雜。 曲線S的形狀在圖4中用虛線示出。 殘疾人應(yīng)以拋物線的形式坐在椅子的開始處，然后再加速輪椅。 在輪椅達到最大速度之后，加速度為零，輪椅以恒定的高速運動。 在制動過程中，輪椅首先以線性斜率加速，最后緩慢保持拋物線段。 在本文中，圖4中的折線和三段折線用于模擬拋物線以近似S曲線。【5】 這會使編程非常簡單。而實際的控制效果已被證明是非常理想的。 圖2.1.4輪椅速度給定的S曲線示意圖 （2）實施方法。 為此，我考慮了休息時間和對人體加速的敏感性。 根據(jù)人體對加速度和加速度敏感的特性，如果加速度或者加速度的最大值不超過1.5 m / s2，那么平均加速度和加速度就不小于0.5 m / s2，并且加速度的變化應(yīng)該小于1.5 m / s3，那么舒適度將更好【6】。 假設(shè)系統(tǒng)的中斷時間為T，直線的斜率為K。賦予輪椅的最大速度被加速到Smax，然后 K = Smaxt / T = SmaxtT（3） 在圖4中，這三個段的斜率如下：K1：K2：K3 = 1：1.92：2.6。 有關(guān)特定程序的實現(xiàn)，請參見第4節(jié)。 在此系統(tǒng)設(shè)計中，K1，K2和K3均配置為可編程參數(shù)，用戶可以相應(yīng)地配置舒適性要求。 2.2 殘疾電動輪椅車驅(qū)動機構(gòu)的控制方案設(shè)計 無效的速度響應(yīng)可用于速度控制系統(tǒng)，來獲得更讓人滿意的靜態(tài)和動態(tài)性能。 但是，由于無法在本次上安裝速度傳感器，因此在設(shè)計電動輪椅時很難理解有關(guān)速度的負(fù)反饋。 因此，設(shè)計使用負(fù)反饋和電流補償控制方法。 除非考慮電樞中的電壓降，否則直流電動機的速度大約與整個電樞中的電壓成正比，因此為負(fù)電壓。 圖是顯示了使用負(fù)電壓響應(yīng)和電流補償控制的速度控制系統(tǒng)的示意圖。 圖2.2.1 調(diào)速系統(tǒng)原理圖 其中包括V +，V-電動機上的電壓。同時，DSP被發(fā)送到AD模型通道，并且在軟件上有所不同，以獲取V +和V電動機的電壓。該電源可以防止由于電壓波動和其他因素而引起的電動機電壓波動[3]。它們接收電阻器R1和R2。 存在兩個采樣電阻的原因是，本文中討論的電動輪椅控制系統(tǒng)使用雙極模式，并以四足模式運行。從圖5中的H軸可以看出，R2和R1可以分別確定電動機的正向和反向。 系統(tǒng)控制單元的對應(yīng)圖如圖所示。 2.3 殘疾電動輪椅車驅(qū)動機構(gòu)的總體方案 在對標(biāo)準(zhǔn)輪椅進行多次觀查后，發(fā)現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)輪椅下方安裝了雙馬達，然后將鏈條安裝在雙馬達連桿上。 單片機單純用作于信號的輸出和輸入。 為設(shè)計 機構(gòu)創(chuàng)建完整的原理回路。 完成運作。 設(shè)計的整個想法實際上要簡單一些。 構(gòu)建設(shè)計電路后，鏈條將由電動機帶動，以實現(xiàn)電動輪椅車的行駛，加速，加速和制動功能。 第三章 殘疾電動輪椅車驅(qū)動機構(gòu)的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.1 殘疾電動輪椅車驅(qū)動機構(gòu)的鏈條傳動設(shè)計 兩個電動機的組合激活了鏈條，從電動機產(chǎn)生能量。帶動電動桿和錐齒輪以及車輪上的鏈輪 ，從而形成了該機構(gòu)的整個過程。 當(dāng)電源打開時，控制器發(fā)出命令時，信號通過單芯片鏈連接到發(fā)動機，輪子開始通過該鏈向前或向后移動。 3.2 殘疾電動輪椅車驅(qū)動機構(gòu)的電動機的選用 此設(shè)計使用兩個電動機的組合，因此在選擇電動機時，請在電動輪椅運行時以10 km / h的最高速度選擇發(fā)動機[1]。 = = 我們這里選Y160M1的電動機轉(zhuǎn)速720 車輪的轉(zhuǎn)速： 那么： 實際功率： 傳動比： 3.3 殘疾電動輪椅車驅(qū)動機構(gòu)的驅(qū)動電路設(shè)計 在這個設(shè)計系統(tǒng)中，我選擇了ST L298N總線驅(qū)動器。 這個芯片的主要特點是：高壓，廣角，高達46V的全功率傳輸； 時間較長，大部分時間水平達到3A，時間連續(xù)的時候達到2A；我們 可以用來控制直流以及步進電動機，繼電器和其他的什么感性負(fù)載；這里用標(biāo)準(zhǔn)邏輯信號來控制，還有兩個虛擬化控件，它們可以操作和禁用電源而不會影響輸入信號，即控制邏輯的集成。輸入端子可確保低壓內(nèi)部邏輯電路的運行；可以連接到檢測器電阻，以反饋電路中的變化。 圖3.3.1電動輪椅運動控制系統(tǒng)示意圖 第四章 殘疾電動輪椅車驅(qū)動機構(gòu)的軸的設(shè)計 4.1 殘疾電動輪椅車驅(qū)動機構(gòu)的低速軸 4.1.1 求輸出軸上的功率轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 如果取每級齒輪的傳動的效率,則 4.1.2 求作用在齒輪上的力 因為我們知道的低速級大齒輪的分度圓直徑為 圓周力,徑向力及軸向力 4.1.3 初步確定軸的最小直徑 我們先照著公式初步估算出軸的最小直徑.選取材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理.根據(jù)《機械設(shè)計》第八版表15-3,取,于是得 輸出軸的最小直徑很明顯是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑.為了讓我們選擇的軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相匹配,所以需要同時選取聯(lián)軸器型號. 聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩,查表而且考慮到轉(zhuǎn)矩的變化非常小,故取,則: 按照計算轉(zhuǎn)矩應(yīng)該比聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩小的條件,查標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5014-2003或手冊,選用LX4型彈性柱銷聯(lián)軸器,其公稱轉(zhuǎn)矩為2500000.半聯(lián)軸器的孔徑,故取,半聯(lián)軸器長度L=112mm,半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度. 4.1.4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 （1）擬定軸上零件的裝配方案 圖4.1 軸承圖 （2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 1)根據(jù)聯(lián)軸器因為我為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求,1-2軸段右端需要制做出一個軸肩,所以取2-3段的直徑;左端用軸端擋圈,按軸端直徑取擋圈直徑D=65mm.半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度,為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上,故1-2段的長度應(yīng)比略短一些,現(xiàn)取. 2）滾動軸承的預(yù)選。由于軸承同時承受徑向力和軸向力，因此使用了一系列的圓柱滾子軸承。為了符合我們的工作要求，并同時根據(jù)從軸承產(chǎn)品目錄中的初步選擇，有0個免費清潔組，標(biāo)準(zhǔn)精度30313。因此，一系列刮擦的滾子，尺寸dDT = 65mm140mm36mm，所以；那么。 3）取齒狀分支的直徑4-5;位于套筒的右端和左軸承之間。齒輪箱中心的寬度已知為90毫米。該分支的一部分必須短于中心的寬度，以牢固地按壓靜脈的端面，因此將其移除。齒輪的左端位于肩部和肩部的高度，h = 6 mm，在那之后是軸環(huán)的直徑。 laraca的寬度，等等等等。 4）軸承端蓋的總寬度是20 mm。并且端蓋的外端和半接頭右側(cè)之間的距離為l = 30 mm，以便根據(jù)組裝和拆卸軸承端蓋的要求以及易于添加軸承油的要求低速軸的相關(guān)參數(shù) 表4-1 低速軸的相關(guān)參數(shù)表 功率 轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)矩 1-2段軸長 84mm 1-2段直徑 50mm 2-3段軸長 40.57mm 2-3段直徑 62mm 3-4段軸長 49.5mm 3-4段直徑 65mm 4-5段軸長 85mm 4-5段直徑 70mm 5-6段軸長 60.5mm 5-6段直徑 82mm 6-7段軸長 54.5mm 6-7段直徑 65mm （3）軸上零件的周向定位 齒輪，半固定裝置和箭頭與扁平按鈕組合在一起。 根據(jù)搜索表，b * h = 20mm12mm的平鍵鑰匙刀是用長度L = 63mm的轉(zhuǎn)桿鑰匙刀操作的，同時選擇它以確保齒輪和箭頭，齒輪中心和箭頭之間的良好協(xié)調(diào); 還有一個14mm9mm70mm的扁平電樞，用于軸與半關(guān)節(jié)的聯(lián)接以及分支與半關(guān)節(jié)的配合。 旋轉(zhuǎn)軸承和球軸承的位置由選定分支的直徑公差為m6的適配器提供。 4.2 殘疾電動輪椅車驅(qū)動機構(gòu)的中間軸 4.2.1 求輸出軸上的功率轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 4.2.2 求作用在齒輪上的力 （1）因已知低速級小齒輪的分度圓直徑為： （2）因已知高速級大齒輪的分度圓直徑為： 4.2.3 初步確定軸的最小直徑 先按照式子來初步估算軸的最小直徑.然后選取軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理.根據(jù)表15-3,取,于是得： 軸的最小直徑顯然是安裝軸承處軸的直徑。 圖4.2軸承圖 4.2.4 初步選擇滾動軸承. （1）因為軸承同時受有徑向力和軸向力的作用,所以我選用單列圓錐滾子軸承，參照工作要求并根據(jù),由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游子隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度級的單列圓錐滾子軸承。其尺寸為dD*T=35mm72mm18.25mm，故，； （2）取安裝低速級小齒輪處的軸段2-3段的直徑；齒輪的左端與左軸承之間我采用套筒來定位。已經(jīng)知道齒輪輪轂的寬度為95mm，為了讓套筒端面可以更可靠地壓緊齒輪，此軸段應(yīng)略短于輪轂寬度，故取。齒輪的右端采用軸肩定位，軸肩高度，故取h=6mm，則軸環(huán)處的直徑。軸環(huán)寬度，取。 （3）我們?nèi)“惭b高速級大齒輪的軸段4-5段的直徑齒輪的右端與右端軸承之間我采用套筒來定位。已知齒輪輪轂的寬度是56mm，為了使套筒端面可靠地壓緊齒輪，此軸段應(yīng)略短于輪轂寬度，故取。 4.2.5軸上零件的周向定位 半固定裝置，齒輪和箭頭與扁平按鈕組合在一起。 單擊表格以找到平鍵部分b * h = 22mm14mm。 它用鍵槽銑刀加工操作，長63毫米。 同時，變速輪和輪軸的選擇均等，以確保齒輪和軸的良好對中。 通過與軸，滾子軸承和軸旋轉(zhuǎn)，齒輪箱的半圓形連接提供14mm9mm70mm的直徑，該齒輪箱的選定分支的直徑公差為m6。 表4-2中間軸的參數(shù)表 功率 10.10kw 轉(zhuǎn)速 362.2r/min 轉(zhuǎn)矩 263.6 1-2段軸長 29.3mm 1-2段直徑 25mm 2-3段軸長 90mm 2-3段直徑 45mm 3-4段軸長 12mm 3-4段直徑 57mm 4-5段軸長 51mm 4-5段直徑 45mm 4.3 殘疾電動輪椅車驅(qū)動機構(gòu)的高速軸 4.3.1 求輸出軸上的功率轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 若取每級齒輪的傳動的效率,則 4.3.2 求作用在齒輪上的力 因為我們已經(jīng)知道低速級大齒輪的分度圓直徑為 4.3.3 初步確定軸的最小直徑 先照著式子初步的估算軸出的最小直徑.選取材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理.根據(jù)表15-3,取,于是得： 輸出分支的最小直徑是連接軸的直徑。還必須同時選擇連接模型，以使所選分支的直徑與連接的開口相匹配。 考慮到電壓變化很小，請計算表的連接扭矩，因此請記?。? 如果計算出的扭矩應(yīng)小于額定連接扭矩，請按標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5014-2003或手動檢查，請選擇LX2型撓性銷連接，額定扭矩為560000。因此，半關(guān)節(jié)的長度為L=82mm，轂孔長度. 4.4殘疾電動輪椅車驅(qū)動機構(gòu)的軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.4.1擬定軸上零件的裝配方案 圖4.4軸的裝配圖 4.4.2根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 1)這里為了符合半聯(lián)軸器的軸向定位要求,1-2軸段右端需要制做出一軸肩,所以選擇2-3段的直徑;左端用軸端來擋圈,依照軸端直徑取擋圈直徑D=45mm.半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度,為了確保軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上,所以段的長度應(yīng)略短一些,現(xiàn)取. 2)初步選擇滾動軸承.因為軸承遭到徑向力和軸向力同時的作用,所以選用單列圓錐滾子軸承.參照工作要求并根據(jù),在軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游子隙組和標(biāo)準(zhǔn)精度級的單列圓錐滾子軸承【10】。它們的尺寸為d*D*T=45mm*85mm*20.75mm，故；而，mm。 3）獲得4-5個適合齒輪制造的齒輪；齒輪塞中心的寬度已知為61毫米，而齒輪軸的直徑為62.29毫米。 4）軸承端蓋的總寬度是20 mm（取決于齒輪和軸承蓋的設(shè)計）。端蓋的外端和半圓的右側(cè)之間的距離為l = 30mm，因此應(yīng)根據(jù)收集和拆卸軸承端蓋的要求以及向軸承加油的需要來確定【11】。 5）軸的局部旋轉(zhuǎn) 齒輪，半固定裝置和箭頭與扁平按鈕組合在一起。根據(jù)搜索表，平鍵的橫截面為b * h = 14mm * 9mm，鍵槽用鍵槽銑刀處理，長度為L = 45mm，確保齒輪與車軸以及齒輪輪轂與軸之間有著很好的配合;半連接和軸的連接方式相同，都是14mm9mm70mm，這很適合半連接和軸。而旋轉(zhuǎn)軸承和軸旋轉(zhuǎn)的位置由選定支路的直徑為m6的過渡支座提供【12】。 表4-4高速軸的參數(shù)表 功率 10.41kw 轉(zhuǎn)速 1460r/min 轉(zhuǎn)矩 1-2段軸長 80mm 1-2段直徑 30mm 2-3段軸長 45.81mm 2-3段直徑 42mm 3-4段軸長 45mm 3-4段直徑 31.75mm 4-5段軸長 99.5mm 4-5段直徑 48.86mm 5-6段軸長 61mm 5-6段直徑 62.29mm 6-7段軸長 26.75mm 6-7段直徑 45mm 第五章 殘疾電動輪椅車驅(qū)動機構(gòu)的齒輪與軸的分析 5.1 殘疾電動輪椅車驅(qū)動機構(gòu)的齒輪的介紹 在分析齒輪力時，假定每個力都在同一平面上運動。 我們將學(xué)習(xí)具有三維功能的齒輪模型。 因為，在垂直齒的情況下，齒的方向和旋轉(zhuǎn)軸不平行。 對于錐齒輪，旋轉(zhuǎn)軸彼此不平行。 這是我們將討論，還有學(xué)習(xí)和精通的東西。 斜齒輪用于在平行分支之間移動運動。 每個齒區(qū)域具有相同的角度，但其中一個必須用右旋，而另一個則必須用左旋。 齒輪的形狀是帶有畫線的螺旋線。 如果用平行四邊形（矩形）切割的紙被齒輪箱包圍，則打印在紙上的齒的角的邊緣為對角線。 當(dāng)我展開本紙時，刀片的兩側(cè)會出現(xiàn)一條平坦的曲線。 初始齒輪接觸點是一條延伸到齒輪整個表面的線。與垂直齒輪的初步接觸是一個點，當(dāng)齒輪進入嚙合時變成一條線。在變速箱中，觸點平行于旋轉(zhuǎn)軸。在立式齒輪設(shè)備中，首先是斜切齒的表面。一種齒輪，它使一個齒與另一個齒之間的運動柔和地連接起來，并均勻地運動，因此垂直齒輪在重負(fù)載下可以高速均勻地運動。修復(fù)設(shè)備，軸承承受徑向和軸向力。當(dāng)軸向排量增加或由于其他原因而受到影響時，可以使用人字齒。在與同一軸相反的一側(cè)上安裝有兩個雙齒（齒）兩齒。它們產(chǎn)生不同的軸向作用，防止軸向收縮。如果有兩個或多個垂直齒輪軸，則應(yīng)選擇齒輪方向以減小軸向推力。 垂直或垂直齒的類型具有相交的軸，分支的中心線不相交或不平行。垂直齒輪相互接觸并在齒輪進入時變?yōu)榫€性。因此，它們只能承受很小的負(fù)載，主要用于工具和設(shè)備，不建議用于能量傳遞。安裝后，垂直和垂直分裂齒之間的連接沒有區(qū)別。它以相同的方式生產(chǎn)。成對的直齒齒輪通常具有相同的齒輪方向，即左手驅(qū)動器連接到右手驅(qū)動器。設(shè)計帶有切開的分支的垂直齒時，如果齒角相同，則滑動速度最低。但是，如果齒的角度不同，并且兩齒齒輪相同，則應(yīng)使用大齒輪。 它類似于蝸輪，切掉垂直齒輪齒。小齒輪也就是蝸桿的齒數(shù)非常少，通常是一到四個齒，因為它們完全繞在節(jié)圓柱上，所以，它們一般被叫做螺紋齒。合適的齒輪就是蝸輪，但蝸輪并不是真正的垂直設(shè)備。蝸輪和蝸桿常常用來提供一個高角速度，以在垂直相交的分支之間過渡。蝸桿不垂直于齒，因為使齒的頂部凹入以匹配蝸桿的曲率，所以目標(biāo)是創(chuàng)建一條線，而不是點接觸。但是，該蝸輪在變速箱盤上 蝸桿和蝸輪設(shè)備具有一個單一的包圍和一個雙重的包圍機制。殼是一種機制，蝸的輪將蝸的桿包圍。當(dāng)然，在蝸輪消減機制的情況下，如果每片都被構(gòu)件包圍，那么就是雙包圍蝸輪蝸桿機構(gòu)。這兩個的重要區(qū)別是雙閉合蝸輪齒的表面接觸和單閉合蝸輪組的齒的線接觸。而裝置中的蝸桿和蝸桿齒與切割齒輪的切割齒相同，但垂直齒的角度卻很大的不一樣。齒與蝸桿的連接角度通常很大，而蝸桿的傾斜角度很小，因此習(xí)慣上標(biāo)記蝸桿的前角，即蝸桿的傾斜角度；總共90度等于齒的切割角度。 如果使用齒輪激活過渡分支之間的運動，則需要一些齒輪。盡管通常制造錐齒輪以形成90度的分支角，但它同時也可以產(chǎn)生任意的切角。輪齒我們可以銑制它或者鑄出它或者滾切加工它。滾齒，則達到了一流的精準(zhǔn)。在常規(guī)的從頭到腳的安裝中，通常在支撐件周圍構(gòu)建帶有齒輪的齒輪。這意味著軸的撓曲更加明顯，并且對輪齒接觸的影響更大。 當(dāng)難以預(yù)測齒輪載荷時出現(xiàn)的其他問題是由工具的錐形加工引起的。 直齒設(shè)計易于制造。如果構(gòu)建正確，它將確保良好的性能。但是在節(jié)線速度較高的時侯，齒輪就會發(fā)出很大的聲音。在這些情況下，螺旋錐齒輪比直齒輪可以產(chǎn)生更好的效果，這將會很有用在處于高速運轉(zhuǎn)的時侯。通常期望各種汽車程序具有凸輪軸切齒齒輪。這樣的齒輪被稱為準(zhǔn)雙曲面齒輪，因為它們的平面是雙曲線的旋轉(zhuǎn)面。在齒輪中，這種齒輪的運動是產(chǎn)生直線連接的直線滾動和滑動運動，并且與齒輪的運動具有更多共同點。 5.2 殘疾電動輪椅車驅(qū)動機構(gòu)的齒輪與軸的關(guān)系 軸是一個旋轉(zhuǎn)或固定的桿。通常有一個圓形的切口。而這個切口可以用來安裝齒輪，皮帶輪，皮帶輪，曲柄，套筒和其他導(dǎo)電部件。軸可以承受彎曲，拉伸，壓縮或扭轉(zhuǎn)載荷，當(dāng)這些力結(jié)合在一起時，我們就以靜強度和疲勞度為非常重要的設(shè)計基礎(chǔ)。因為一根軸可以承受靜壓力，變化的壓力和變化的交壓力，所有應(yīng)力效應(yīng)會同時發(fā)生。 “軸”一詞具有多種含義，比如心軸和主軸。心軸也是軸的一種，可以旋轉(zhuǎn)或是靜止，但不承載扭曲的負(fù)載。短旋轉(zhuǎn)軸通常稱為主軸。 當(dāng)將軸的彎曲或彎曲限制在非常小的距離時，其大小應(yīng)通過變形確定，然后通過應(yīng)力分析確定。因此，如果偏差不要太大，則必須足夠大，并且合并的軸極有可能滿足安全要求。但是設(shè)計人員不應(yīng)提供任何保證，它們是安全的，并且軸始終被認(rèn)為在可接受的范圍內(nèi)。因此，在設(shè)計時，應(yīng)將導(dǎo)電部件（例如齒輪或皮帶輪）放置在軸承上。這將減少彎曲力矩，從而減少變形和彎曲應(yīng)力。 盡管由M.H.G獲得的方法很難在設(shè)計軸上使用，但可以用于準(zhǔn)確預(yù)測實際故障。因此，這是檢查顯影軸或查找操作過程中某些故障原因的好方法。另一方面，設(shè)計問題很多，并且由于其他原因（例如強度），它們的大小受到更多限制。 我們正在尋找有關(guān)圓角尺寸，熱處理，表面光潔度以及如何分割的信息。 對于相似的功能，制動器和離合器一起工作。在摩擦離合器或制動器的簡化的動態(tài)表達中，以角速度w1和w2運行的I1和I2是兩個慣性矩，在制動器的情況下，一個可能為零，從而導(dǎo)致制動器或制動器。速度。當(dāng)兩個組件開始以不同的速度工作時，會發(fā)生偏移，并且在運行期間會損失能量，從而導(dǎo)致溫度升高。在分析這些設(shè)備的運行時，我們必須注意所使用的功率，傳遞的扭矩，能量損失和溫度升高。摩擦系數(shù)，傳遞的扭矩和離合器或制動器的幾何形狀。這是一個靜態(tài)問題。對于每種類型的幾何機制，這需要我們分別研究這些問題。但是，溫度升高與能量損失有關(guān)，并且溫度升高不能歸因于制動器或離合器的類型。幾何形狀的重要性在于熱量的散發(fā)。不同的夾具和制動器可分為以下幾組： 1.輪緣式外接觸制動塊； 2.輪緣式內(nèi)膨脹制凍塊； 3.條式 4.盤式或軸向式； 5.錐式 6.混合形式。 相同的通用過程用于分析不同類型的摩擦鉗和制動器。 1.接受或確定摩擦上的壓力分布； 2.隨時找到最大壓力與壓力之間的聯(lián)系； 3. a）使用靜態(tài)平衡條件找到作用力； （b）扭矩； （c）支援力量。 有幾種類型的混合夾具，例如強制接觸夾具，過載夾具，過載夾具，磁性液體夾具等。 強制接觸離合器由變位桿和兩個夾具組成。不同強迫性通信連接之間的最大區(qū)別在于夾具的設(shè)計。夾爪可以是螺旋型的，齒型或者棘輪式的，以便在粘合過程中有更多的時間旋轉(zhuǎn)。有時會使用許多齒或夾爪。它們可以在外圍工作，以將齒連接到圓柱形外圍安裝座或一對元件的端面。 強制連接很重要，盡管沒有像摩擦接觸連接那樣廣泛使用。離合器必須同步工作。 某些設(shè)備，例如線性驅(qū)動器或電動機驅(qū)動的螺釘，必須在一定范圍內(nèi)運行然后停止。為此，需要過多的保護離合器。這些夾具通常裝有彈簧，以便在達到預(yù)定扭矩時釋放。到達擁塞點時聽到的“低音”聲音被認(rèn)為是所需的信號聲音。 過度的壓縮或耦合會導(dǎo)致無源組件“空轉(zhuǎn)”或“過度充電”，這是由于有源驅(qū)動器停止運行或無源組件增加了無源組件的速度所致。這種接頭通常使用安裝在外套管和內(nèi)軸之間的滾珠或者滾子。內(nèi)部軸由周圍的數(shù)個平面提供動力。驅(qū)動是通過在套筒和平面之間契有一層滾子來實現(xiàn)的。因此，離合器可以說就是一些的齒輪和夾緊機構(gòu)。 電磁鉗或制動器是新的發(fā)展，具有兩個平行的磁極板。在這些極板之間潤滑磁性粉末混合物。電磁輥位于磁鏈的一個位置。通過擠壓線圈，可以精確地控制磁性液體混合物的剪切力。它獲得從完全鎖定到完全移位的任何狀態(tài)。 總 結(jié) 基于電動輪椅的運動控制，本文中提供的綜合控制程序以及控制系統(tǒng)。 最初是為了人的舒適性和可靠性，提出了主電路故障判斷和關(guān)鍵位置方案，其中考慮了電壓確定，速度授予，曲線計算公式和軟件編程算法，運行效果和實驗效果。操縱桿確定輪椅速度的方向和大小。 通過對該原理的分析，得到了計算公式，并使用軟件取得了較好的效果。 總而言之，本文完成了輪椅引擎的設(shè)計和測試，并且所有指標(biāo)都通過驗證硬件和軟件解決方案的準(zhǔn)確性和可行性來達到預(yù)期的目標(biāo)。 本文的編寫基于國家高科技研究與發(fā)展計劃（863計劃）的先進生產(chǎn)技術(shù)。 搜索和開發(fā)殘疾人輪椅的基本技術(shù)，組件和目標(biāo)產(chǎn)品的基本評估指數(shù)是該領(lǐng)域主要服務(wù)機器人項目2006年用戶指南中規(guī)定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。 從功能角度對硬件系統(tǒng)進行模塊化設(shè)計，電動輪椅分為三部分：機械結(jié)構(gòu)，電機和控制。 最重要的是創(chuàng)建一個DA轉(zhuǎn)換平臺并成功接管智能輪椅的關(guān)鍵控制器。 使用控制器成功安裝了電動控制系統(tǒng)。 在設(shè)計電路控制器的操作時，允許單片機開發(fā)面板使用程序直接控制輪椅的運動。 參考文獻 [1] 陳伯時. 電力拖動自動控制系統(tǒng)(第2版) [M ]. 北京: 機械工業(yè)出版社, [2] 許洪基.雷光.現(xiàn)代機械傳動手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002年3月 [3] 唐金松.簡明機械傳動手冊[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2000年8月 [4] 王中發(fā).實用機械設(shè)計[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，1998年2月 [5] 楊景蕙.機械設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社，1996年7月 [6] 張穎，吳成東，原寶龍．機器人路徑規(guī)劃方法綜述[J]．控制工程，2006(12)：23"-'25 [7] 樊長虹，陳衛(wèi)東，席裕庚．未知環(huán)境下移動機器人安全路徑規(guī)劃的一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法自動化學(xué)報．2004。30(6)：2～8 [8] 張穎，吳成東，原寶龍．機器人路徑規(guī)劃方法綜述[J]．控制工程．2003，10(50)：1～2 [9] 李玲，鄒大勇，謝維達．基于自適應(yīng)模糊人工勢場法的自動引導(dǎo)小車路徑規(guī)劃[J]．長沙電力 [10] J. P. Hong, H. MSh im, S. B. J ung, et al. A SteeringA l2go rithm of TheMCU Based Controller For Two2Wheel Drive Vehi2cles. Industrial Electron ics, Proceedings [ J ]. IEEE Internation2al Symposium, 2001, 3 (6 ) : 1887 21890. [11] H. M. Sh im, J. P. Hong, S. B. Chung, et al. PoweredWheelchair Cont ro ller Based onMaster2Slave Con tro lArchtecture.Industrial Electronics, Proceedings [ J ]. IEEE In ternationalSymposium, 2001 , 3 ( 6) : 155321556. [12] Gang Feng．A Compensating Scheme for Robot Tracking Based Oil Neural Networks．Robotics and Autonomous Systems．1 995：1 99-206 [13] Koren，Y and Broenstein，j．Potential Field Methods and their Limitations for mobile RobotNavigation[ J ]．Conf．1 99 1：1 398～1404 [14] Yang Simon X，Meng Max．An Effcient Neural Network Method for Real-time MotionPlanning with Safety Consideration[ J ]．Robot and Autonomous Systems．2000 致 謝 在本課題的研究及論文的寫作過程中，得到了老師、同學(xué)和朋友們的熱心幫助和真誠的支持。在此論文即將完成之際，我向所有關(guān)心我、幫助我的人表示最誠摯的謝意。 本論文從選題到完成，每一步都離不開張學(xué)忱老師和陳楠老師的悉心指導(dǎo)，在論文的分析研究及撰寫的整個過程中，老師們不厭其煩的教導(dǎo)與指正，讓我真正感覺到了導(dǎo)師在一步步的指引著我的分析研究方向，使我對所研究的領(lǐng)域有了較全面的認(rèn)識和了解。更重要的是他們還給予了我信任和信心。張學(xué)忱老師和陳楠老師淵博的學(xué)識、敏銳的洞察力使我受益匪淺，他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、高度的責(zé)任心和忘我的工作精神，將是我今后工作和學(xué)習(xí)的榜樣。也將是我一生中最寶貴的財富。 在這兒也要感謝我的家人，他們是我精神的支柱。感謝我們?nèi)嗟乃型瑢W(xué)在生活和學(xué)習(xí)、工作中給予我的幫助，使我度過了難忘的四年大學(xué)生活！ 謝謝！ 32