輪椅機(jī)械升降控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),輪椅,機(jī)械,升降,控制系統(tǒng),設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)輔助繪圖、設(shè)計(jì)和制造 CADDM 2號(hào)卷24日,2014年6月,頁(yè)43 輪椅機(jī)械升降控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ZHAO Cong1, WANG Zheng-xing2, JIANG Shi-hong1, ZHANG Li1，3, LIU Zheng-yu1.3 1合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械汽車(chē)工程學(xué)院，合肥230009，中國(guó) 2浙江恒林椅業(yè)股份有限公司，安吉313300，中國(guó) 3工程安全性至關(guān)重要的行業(yè)研究中心教育部的測(cè)量和控制技術(shù)。合肥 230009中國(guó) 摘要：為實(shí)現(xiàn)輪椅升降功能,本文設(shè)計(jì)一種三剪刀機(jī)制。通過(guò)所謂的h形傳輸和l型擺動(dòng)桿,三個(gè)剪刀機(jī)制提升在同一速度只有一個(gè)班輪電機(jī)同時(shí)確保電梯的穩(wěn)定。在ANSYS進(jìn)行有限元分析驗(yàn)證了材料強(qiáng)度。凌陽(yáng)科技的控制系統(tǒng)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的語(yǔ)音控制輪椅行走和升降。 關(guān)鍵詞：輪椅升降,剪刀機(jī)制;ANSYS分析;凌陽(yáng)科技SCM 1介紹： 作為一個(gè)功能性的智能輪椅,升降功能可以為殘疾人解決許多問(wèn)題。在現(xiàn)實(shí)生活中,不同的需求和不同的條件，需要不同的輪椅坐板的高度。因此,設(shè)計(jì)一個(gè)自動(dòng)解升降結(jié)構(gòu)，可以滿足不同的需求，簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性條件變得越來(lái)越重要。 目前,實(shí)現(xiàn)輪椅升降主要包含兩種方法。其中一種是將直線電動(dòng)機(jī)直接垂直推動(dòng)坐板的底部,輪椅上升和下降是通過(guò)直線電機(jī)的長(zhǎng)度變化。使用這種方法就是只有一個(gè)推動(dòng)力量，這將導(dǎo)致應(yīng)用程序點(diǎn)穩(wěn)定性差。輪椅升降距離有限,這一點(diǎn)方法不能使用所有長(zhǎng)度的直線電動(dòng)機(jī)。如果我們?cè)黾臃€(wěn)定性增加直線的數(shù)量。這將增加的成本，不可行。另一種方法,在輪椅的左右安裝兩個(gè)剪刀機(jī)構(gòu)。這將增加穩(wěn)定性，雖然也有一些致命的缺點(diǎn)。一方面,為了輪椅的穩(wěn)定,輪椅上安裝移動(dòng)范圍的剪刀機(jī)構(gòu)，最高和最低的位置范圍盡可能小;另一方面,為了使升降過(guò)程順利,速度穩(wěn)定,輪椅安裝的剪刀機(jī)構(gòu)在最高的移動(dòng)范圍位置和最低的位置盡可能大。這兩個(gè)要求是相互矛盾和難以平衡。 本文設(shè)計(jì)一種三剪刀機(jī)構(gòu)，只使用一個(gè)直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)三個(gè)剪刀機(jī)構(gòu)升降。為了達(dá)到相同的三個(gè)剪刀機(jī)構(gòu)升降的速率相同,本文還設(shè)計(jì)一個(gè)所謂的H形傳輸和I型桿擺動(dòng)。這種解決輪椅升降的問(wèn)題的方法并不是增加直線電機(jī)的數(shù)量，也不會(huì)增加輪椅的成本。 2設(shè)計(jì)的輪椅升降機(jī)制 2.1剪刀機(jī)制的基本結(jié)構(gòu) 剪刀機(jī)構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)在圖1。機(jī)構(gòu)是5和7低副和0高副,自由度的計(jì)算公式: F = 3n-2p-q 其中n, p和q分別的數(shù)量。移動(dòng)副、低副和高副。 讓n = 5,p = 7,q= 0,那么F = 3×3×4 - 0 = 1,即只有一個(gè)自由度的機(jī)構(gòu) 圖1.剪刀機(jī)制示意圖 我們運(yùn)用三個(gè)剪刀機(jī)構(gòu)來(lái)升降,其中兩個(gè)放在輪椅兩側(cè)對(duì)稱,另一個(gè)放在后側(cè)。三個(gè)剪刀起升機(jī)構(gòu)必須同速度，為了達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的三點(diǎn)結(jié)構(gòu)。剪刀的左右位置在設(shè)計(jì)上是對(duì)稱的，它們沿滑槽固定鉸接底盤(pán)和尾部滑動(dòng)。由相同的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，容易實(shí)現(xiàn)升降。第三個(gè)剪刀起重機(jī)構(gòu)是放在后外側(cè)。以確保穩(wěn)定的輪椅的穩(wěn)定性,我們需要讓剪刀機(jī)構(gòu)的支撐中心總是坐在輪椅上的縱向中心平面。和兩邊的剪刀不同的是,第三個(gè)剪刀需要相反的方向，速率必須是兩邊的一半。 2.2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和擺動(dòng)桿設(shè)計(jì) 在圖2中可以看到,我們用設(shè)計(jì)的H和L型擺動(dòng)桿來(lái)實(shí)現(xiàn)前面描述的功能。H型輸送的核心部分與直線電動(dòng)機(jī)相連，電動(dòng)機(jī)的另一端連接到L型擺桿滑塊。直線電機(jī)的伸長(zhǎng)和收縮將推動(dòng)H輸送。這會(huì)讓左右剪刀滑動(dòng)，驅(qū)動(dòng)L型擺動(dòng)桿旋轉(zhuǎn)。因?yàn)長(zhǎng)型擺桿上的任何點(diǎn)共享相同的角速度，由于特殊的l型擺動(dòng)桿,這意味著L型擺桿上的任何點(diǎn)的速度與這個(gè)點(diǎn)之間的距離成正比。在同一個(gè)模型上，使用滑塊作為指導(dǎo)機(jī)制，我們可以傳遞橫向速度的垂直速度。那么可以調(diào)節(jié)第三個(gè)剪刀的距離嗎？ 圖2 H型傳輸和l型桿擺動(dòng)機(jī)制示意圖 2.3輪椅升降機(jī)制設(shè)計(jì) 包括智能輪椅升降機(jī)構(gòu)，H型傳輸機(jī)構(gòu),L型桿擺動(dòng)機(jī)構(gòu)、剪刀機(jī)構(gòu)和直線電機(jī)。剪刀的頂部驅(qū)動(dòng)輪椅升降機(jī)構(gòu)，底部的剪刀機(jī)構(gòu)安裝在輪椅的三個(gè)滑塊上。兩個(gè)滑塊縱向放置在雙方的框架，前部分鉸接，后部分滑動(dòng)。第三個(gè)滑塊橫向放置在后面，滑向兩端與中間剪刀。直線電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí),其將結(jié)束將推動(dòng)H向前輸送。前面的部分H型傳輸驅(qū)動(dòng)兩個(gè)滑塊沿著底部的鏈接和后方，它的一部分驅(qū)動(dòng)L型擺動(dòng)桿旋轉(zhuǎn)沿一對(duì)主動(dòng)滑塊移動(dòng)前進(jìn)。另一部分L型擺動(dòng)桿驅(qū)動(dòng)后面滑出對(duì)稱的滑塊槽,以使輪椅上升。 在這個(gè)裝置中,有兩個(gè)特別的設(shè)計(jì)。首先,兩邊的底部運(yùn)動(dòng)的距離兩倍鏈接。第二個(gè)的距離滑塊之間的傳導(dǎo)機(jī)制。主要特征是滑塊之間的距離的兩倍鏈接。前者的目的是保證平等的剪刀把距離和，第二個(gè)是為了保證平等的剪刀提升速度。這兩個(gè)是在一起,在所有的進(jìn)展中，保證設(shè)計(jì)的剪刀提升穩(wěn)定。 基于上述設(shè)計(jì)思想,作者用SolidWorks機(jī)制建立了數(shù)字模型的輪椅升降，經(jīng)檢驗(yàn),不干涉發(fā)生在升降移動(dòng)機(jī)制，輪椅總是在相同的模型上保持其速度穩(wěn)定。這時(shí)電梯意味著達(dá)到了設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。 3應(yīng)力應(yīng)變分析 為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的強(qiáng)度，為后續(xù)的機(jī)構(gòu)建立一個(gè)基礎(chǔ)和優(yōu)化設(shè)計(jì)。應(yīng)力應(yīng)變分析，在ANSYS進(jìn)行。執(zhí)行壓力和應(yīng)變，分析一些典型零件和程序。結(jié)果在圖3 -8 圖3支撐節(jié)點(diǎn)彈性應(yīng)變 圖4支撐節(jié)點(diǎn)位移的結(jié)果 圖5關(guān)節(jié)彈性應(yīng)變 圖6聯(lián)合位移結(jié)果 圖7支撐位移的結(jié)果 圖8輪椅彈性應(yīng)變 通過(guò)結(jié)果文件,我們可以知道最大位移和最大壓力。通過(guò)結(jié)果，我們可以知道最大應(yīng)力組件發(fā)生在兩個(gè)軸的剪刀提升機(jī)制。最大應(yīng)變?cè)趬簭?qiáng)270 mpa的軸,通過(guò)材料表，我們選擇45 #鋼，45 #鋼的屈服強(qiáng)度在正常的溫度是不少于355 mpa。實(shí)際的應(yīng)力小于最大允許壓力。高安全系數(shù)意味著設(shè)計(jì)要求已經(jīng)滿足。 4控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本文選擇聲音控制智能輪椅。在所有語(yǔ)音控制芯片,凌陽(yáng)科技SPEC061A語(yǔ)音控制模塊強(qiáng)和高可靠性，體積小,高集成和高擴(kuò)展性的特點(diǎn)。 4.1模塊控制電路 圖9是一個(gè)智能輪椅驅(qū)動(dòng)電路，使用微分的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。在本文中,一個(gè)全橋驅(qū)動(dòng)電路用于控制車(chē)輪的方向和速度。通過(guò)調(diào)整大小的轉(zhuǎn)速差異，我們可以控制轉(zhuǎn)向半徑。轉(zhuǎn)速越小,轉(zhuǎn)向半徑越大,而轉(zhuǎn)速大,轉(zhuǎn)向半徑越小。如圖9,四個(gè)晶體管Q1、Q2、Q3和Q4， 構(gòu)成了四橋臂全橋電路。Q2和Q3由Q5控制。Q1和Q4控制的方法。 圖9驅(qū)動(dòng)電路 語(yǔ)音輸入電路圖10所示。VMIC是電力電纜的麥克風(fēng)。VCM是參考電壓。VSS是模擬系統(tǒng)的地面。腳1和腳2是麥克風(fēng)的正極的和負(fù)極的輸入密碼。 圖.10語(yǔ)音輸入電路 語(yǔ)音輸出電路圖11所示。VSS是模擬系統(tǒng)的地面。VDDH參考電壓。音頻信號(hào)是由SPCE061A單片機(jī)和輸入語(yǔ)音輸出電路通過(guò)腳DAC J9。R9機(jī)型是音量電位器和它可以集成音頻信號(hào)放大器SPY0030調(diào)整后的信號(hào)放大的音頻和輸出。SPY0030外部揚(yáng)聲器。 圖11語(yǔ)音輸出電路。 光電檢測(cè)電路所示。光電電路使用E18-D80NK-N光電傳感器類型。它是一組光電傳感器由發(fā)射機(jī)和接收機(jī)。輸出信號(hào)調(diào)制后發(fā)出和接收方。解調(diào)反映輸出可以避免可見(jiàn)光的干擾。 圖12光電檢測(cè)電路 4.2控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 整個(gè)控制系統(tǒng)電路所示型材。我們可以實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)操作。通過(guò)連接每個(gè)模塊的不同功能，凌陽(yáng)SPCE061A單片機(jī)的相應(yīng)接口。端口1和端口2的后輪驅(qū)動(dòng)電路。連接到腳IOB8 IOB9 SPCE061A單片機(jī)。端口1和端口2伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，連接到腳IOB10 IOB11 SPCE061A單片機(jī)。 語(yǔ)音輸入電路的端口1和端口2，連接到腳MICP MICN SPCE061A單片機(jī)。端口9語(yǔ)音輸出電路連接腳DAC1 SPCE061A單片機(jī)。光電檢測(cè)電路連接到腳IOB12 SPCE061A單片機(jī)。 圖13控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 5結(jié)論 在本文中,我們分析的共同特征，輪椅升降機(jī)構(gòu)和設(shè)計(jì)剪刀式升降機(jī)構(gòu)。通過(guò)所謂的H形傳輸和L型擺動(dòng)桿,三個(gè)剪刀機(jī)制合理的安裝位置來(lái)在相同的速度下提升并且穩(wěn)定這個(gè)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是在不增加成本的同時(shí)保證機(jī)構(gòu)穩(wěn)定。我們用ANSYS分析建立最優(yōu)化的設(shè)計(jì)，用凌陽(yáng)科技單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音控制輪椅的行走和升降。 引用 [1]秦海春,趙琮、吳博等.護(hù)理床使用在智能家居環(huán)境中[J]。計(jì)算機(jī)輔助起草,設(shè)計(jì)和制造,2013,(23):58 - 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