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養(yǎng)老助殘機(jī)器人設(shè)計(jì)――總體設(shè)計(jì)
摘 要
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的是設(shè)計(jì)出一種面向老人和殘疾人，能夠在普通小區(qū)和公共場(chǎng)合爬樓機(jī)器人輪椅。首先通過(guò)分析國(guó)內(nèi)外爬樓機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，得出本文養(yǎng)老助殘機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)方案。然后基于人體尺寸設(shè)計(jì)輪椅的座位、車(chē)架和踏板尺寸并分析輪椅在樓梯平臺(tái)的轉(zhuǎn)向條件。接著對(duì)爬樓機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)并給出驅(qū)動(dòng)控制方案，介紹輪椅上下樓工作原理。最后使用Creo2.0軟件繪制出零部件模型后進(jìn)行裝配，完成輪椅機(jī)器人的三維建模。
本文采用行星輪機(jī)構(gòu)，可以用于機(jī)器人平地運(yùn)行模式和爬樓模式。在平地模式中，兩個(gè)輪轂電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)后輪運(yùn)行，通過(guò)差速轉(zhuǎn)向。在爬樓模式中，各行星齒輪處于抱死狀態(tài)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)輪架翻滾實(shí)現(xiàn)爬樓功能。
關(guān)鍵詞：助殘；爬樓；機(jī)器人；總體設(shè)計(jì)
Ⅰ
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Design of old age disabled robot -- overall design
Abstract
The purpose of this graduation project is to design a robot wheelchair that can be used for the elderly and the disabled and can climb stairs in ordinary communities and public places. First of all, we analyze the advantages and disadvantages of the domestic and international climbing towers and come up with the overall design plan of the old-age helper robot. Then we design the wheelchair seat, frame and pedal dimensions based on the body size and analyze the steering conditions of the wheelchair on the landing platform. Then we designed the stair climbing mechanism and gave a drive control plan, introducing the working principle of the wheelchair up and down building. Finally, we used Creo2.0 software to draw the parts model and then assembled it to complete the 3D modeling of the wheelchair robot.
In this paper, the planetary gear mechanism can be used for the flat ground robot operation mode and the stair climbing mode. In flat mode, two wheel motors drive two rear wheels respectively and the robot turns at different speeds. In the stair climbing mode, the planet gears are in a locked state, and the motor-driven wheel frames roll over to achieve the stair climbing function.
Key words: Supporting the disabled; Climb the stairs; robot; overall design
Ⅱ
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目 錄
摘 要 Ⅰ
Abstract Ⅱ
1 緒 論 1
1.1 研究背景及意義 1
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展 1
1.3 產(chǎn)品用途和適用范圍 4
1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容 4
2 總體方案設(shè)計(jì) 5
2.1 引言 5
2.2 性能指標(biāo)要求 5
2.3 總體方案介紹 6
2.4 座位尺寸設(shè)計(jì) 7
2.5 車(chē)架尺寸設(shè)計(jì) 9
2.6 踏板尺寸設(shè)計(jì) 10
2.7 前輪尺寸設(shè)計(jì) 11
2.8 離合器的設(shè)計(jì) 12
2.9 導(dǎo)向輪尺寸設(shè)計(jì) 13
2.10 轉(zhuǎn)向參數(shù)的分析 14
2.11 重心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 16
3 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 18
3.1 鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 19
3.2 驅(qū)動(dòng)力估算與電機(jī)選擇 20
3.3 齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 21
3.4 中心軸設(shè)計(jì)計(jì)算 22
3.5 齒輪軸設(shè)計(jì)計(jì)算 24
4 驅(qū)動(dòng)控制方案設(shè)計(jì) 26
Ⅲ
4.1 傳感器設(shè)計(jì)方案 26
4.2 齒輪軸設(shè)計(jì)計(jì)算 27
4.3 齒輪軸設(shè)計(jì)計(jì)算 27
5 三維模型和運(yùn)動(dòng)演示 30
5.1 Creo2.0三維模型 30
5.2上下樓工作原理 31
6 結(jié)語(yǔ) 33
參考文獻(xiàn) 34
致 謝 35
Ⅳ
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1 緒 論
1.1 研究背景和意義
目前，我國(guó)社會(huì)已經(jīng)逐步老齡化階段，專(zhuān)家預(yù)估未來(lái)30年內(nèi)60歲以上的老齡人口數(shù)量將超越4億[1]。這種老齡化趨勢(shì)給社會(huì)帶來(lái)了愈來(lái)愈多看護(hù)和醫(yī)療問(wèn)題，給經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)保障系統(tǒng)造就了不小的考驗(yàn)。伴隨著老年人口數(shù)量的持續(xù)增長(zhǎng)，社會(huì)上針對(duì)養(yǎng)老助殘機(jī)器人的需求數(shù)量將會(huì)越來(lái)越大。
我國(guó)城市化水平越來(lái)越高，城市規(guī)模越來(lái)越大，但是方便行走不便的人士的設(shè)施還是建設(shè)不足，比如人行道、無(wú)電梯的住宅樓、公園、購(gòu)物中心以及汽車(chē)站火車(chē)站等公共區(qū)域仍然存在許多樓梯和臺(tái)階等障礙物。然而市面上大部分的輪椅都是手動(dòng)普通的電動(dòng)輪椅，只能滿(mǎn)足平地行駛的需求，對(duì)于樓梯和臺(tái)階等障礙無(wú)能為力，這就使大部分老年人和殘疾人活動(dòng)范圍大大縮小，只能局限于平地和家中，這樣也給家庭造成了不小的負(fù)擔(dān)。現(xiàn)代科技飛速發(fā)展，在各個(gè)方面都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。開(kāi)發(fā)一款面向殘疾人和老年人的兼具爬樓和平地行駛功能的輪椅機(jī)器人的條件已近越來(lái)越成熟，這將會(huì)極大地提高這些人群的出行自由和生活質(zhì)量。
作為一項(xiàng)新興產(chǎn)業(yè)，養(yǎng)老助殘機(jī)器人將會(huì)在殘疾人和老年人方面將會(huì)有巨大的發(fā)展?jié)摿?，廣闊的應(yīng)用前景給服務(wù)型機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了巨大的發(fā)展機(jī)遇。為了跟進(jìn)服務(wù)型機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)，滿(mǎn)足未來(lái)老齡化社會(huì)對(duì)于養(yǎng)老助殘機(jī)器人的日益增長(zhǎng)的需求，探尋出一條兼具爬樓和平地行駛功能的養(yǎng)老助殘機(jī)器人研究路徑，不僅能使殘疾人和老年人的活動(dòng)范圍得到提升，又能減輕家庭成員的負(fù)擔(dān)，這件會(huì)產(chǎn)生非常大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，也能對(duì)我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型和發(fā)展產(chǎn)生積極影響[2]。
1.2 爬樓輪椅機(jī)器人國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展
兼具爬樓功能和平地行駛功能的養(yǎng)老助殘機(jī)器人需要運(yùn)用到許多領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，包括機(jī)械、電路、控制系統(tǒng)、傳感器、軟件和人工智能，各種各樣的最新科技也將會(huì)運(yùn)用于其中。養(yǎng)老助殘機(jī)器人的設(shè)計(jì)內(nèi)容包含總體方案的設(shè)計(jì)，機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、行走穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)、位置傳感器的設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)的設(shè)計(jì)以及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
1.2.1 助行機(jī)器人的發(fā)展概述
隨著電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)、機(jī)械制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的飛速發(fā)展，國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)陸續(xù)研巧出各種爬樓梯助行機(jī)器人。目前依據(jù)爬樓機(jī)器人采用的傳動(dòng)方式分類(lèi)，可分為履帶型爬樓機(jī)構(gòu)、步進(jìn)支撐型型爬樓機(jī)構(gòu)和星輪型爬樓機(jī)構(gòu)等。
1.2.1.1 履帶型爬樓梯機(jī)構(gòu)
履帶型機(jī)構(gòu)在日常生活中應(yīng)用的比較廣泛，比如探月機(jī)器人履帶車(chē)、戰(zhàn)場(chǎng)上使用的防爆機(jī)器人和用來(lái)?yè)岆U(xiǎn)救災(zāi)的搜救機(jī)器人，都是采用履帶機(jī)構(gòu)運(yùn)行。而且市面上已經(jīng)有許多爬樓輪椅采用了履帶型機(jī)構(gòu)，對(duì)于履帶型爬樓輪椅的研究和推廣已取得初步成功。這履帶式機(jī)構(gòu)的種種優(yōu)點(diǎn)是密不可分的。首先，履帶一般比較寬，與地面接觸面積大，不容易陷入地面，利于攀爬障礙和翻越溝壑，地形適應(yīng)性好。其次，履帶型輪椅爬樓很穩(wěn)定，很少出現(xiàn)空轉(zhuǎn)打滑情況[3]。
與之相對(duì)的，履帶型機(jī)構(gòu)也有自身的不足。第一，履帶型機(jī)構(gòu)一般體積比較大，導(dǎo)致占地面積也相應(yīng)增大，這在比較狹小的居民樓使用比較麻煩。第二，履帶普遍運(yùn)行速度偏慢，效率比較低，而且平時(shí)大部分時(shí)間是平地行走狀態(tài)，這一點(diǎn)就不如輪組型機(jī)構(gòu)。第三，履帶因?yàn)槠涮厥獾臉?gòu)造，爬樓時(shí)容易對(duì)樓梯邊角造成損壞。第四，如果樓梯邊緣太光滑或者斜度大于35度，這時(shí)使用履帶爬樓有很大的安全隱患。第五，履帶長(zhǎng)時(shí)間使用后容易磨損，而且維修不方便，成本較高[4]。
對(duì)此，國(guó)內(nèi)外提出過(guò)各種各樣的改進(jìn)機(jī)構(gòu)，來(lái)自瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院和蘇黎世藝術(shù)大學(xué)的10個(gè)學(xué)生組成的團(tuán)隊(duì)，就研發(fā)出了一款可以上下樓梯的智能輪椅SCEWO，讓殘障人士的出行更為便利。它是比較有名的，SCEWO輪椅采用了履帶和輪組混合的方式，在平地運(yùn)動(dòng)時(shí)使用輪組，上下樓梯時(shí)則轉(zhuǎn)換為履帶，但SCEWO目前還在網(wǎng)上進(jìn)行眾籌，即使進(jìn)展順利，它最快也只能在明年年底之前實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。SCEWO輪椅如圖1.1所示。
圖1.1 智能輪椅SCEWO
1.2.1.2 步進(jìn)支撐型爬樓梯輪椅
步進(jìn)支撐型爬樓輪椅在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家起點(diǎn)比較早，大約已經(jīng)有100多年歷史，經(jīng)過(guò)后人的持續(xù)改進(jìn)和完善，尤其是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)軟件控制技術(shù)和運(yùn)動(dòng)仿生技術(shù)的發(fā)展，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)愈來(lái)愈復(fù)雜，同時(shí)安全性也得到了極大地提升。這種爬樓輪椅原理是通過(guò)運(yùn)動(dòng)仿生學(xué)來(lái)模擬人類(lèi)的爬樓動(dòng)作，它使用兩套支撐桿進(jìn)行支撐，如果一套支撐桿著地支撐時(shí)，另一套支撐桿進(jìn)行上下樓動(dòng)作，就像人雙腿走路一樣來(lái)進(jìn)行交替爬樓[5]。
可是，步進(jìn)支撐型爬樓輪椅的地形適應(yīng)能力比較弱，在比如山地丘陵等崎嶇不平的情況下很難實(shí)現(xiàn)快速行走。還有它的復(fù)雜的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和高度智能化的控制技術(shù)[6]，尤其是支撐裝置的制動(dòng)防滑和安全警示等先進(jìn)技術(shù)我國(guó)還沒(méi)有完全掌握，這就導(dǎo)致相應(yīng)的價(jià)格居高不下，市場(chǎng)推廣困難重重。
如圖1.2所示的爬樓機(jī)器人代號(hào)為“WL-16R”，它是由日本早稻田大學(xué)的高西研究室和Tmsuk公司聯(lián)合研發(fā)的雙足式爬樓機(jī)器人。離地面1.2米處固定有座椅可供人乘坐，乘員需要操控座位兩旁的各種控制手柄來(lái)使機(jī)器人“走”起來(lái)。
圖1.2 “WL-16R”爬樓機(jī)器人
1.2.1.3星輪型爬樓機(jī)構(gòu)
輪式機(jī)構(gòu)在日常甚或中隨處可見(jiàn)，大部分普通和電動(dòng)輪椅都是采用此機(jī)構(gòu)。市面上也有許多爬樓輪椅基于輪式機(jī)構(gòu)。如圖1.3所示，常見(jiàn)的爬樓輪椅大多采用Y字型和十字型行星輪組機(jī)構(gòu)，車(chē)輪尺寸一般較小，爬樓時(shí)小輪繞著輪架轉(zhuǎn)動(dòng)，不斷交替支撐向上爬樓。在平地行駛時(shí)，輪式機(jī)構(gòu)阻力較小，效率較高，易于轉(zhuǎn)向。
圖1.3 常見(jiàn)星輪式爬樓輪椅
國(guó)外采用星型輪式結(jié)構(gòu)的爬樓層出不窮，圖1.4所示為日本豐田公司開(kāi)發(fā)的無(wú)障礙輪椅ibot。它不僅可以上下樓梯，還能直立行走，自動(dòng)適應(yīng)斜坡、草地等多種復(fù)雜地形，可以說(shuō)是一款劃時(shí)代的產(chǎn)品。只是由于其高達(dá)25000美元的售價(jià)，真正能夠用得起它的人并不多。
圖1.4 日本豐田開(kāi)發(fā)的無(wú)障礙輪椅ibot
1.3 產(chǎn)品用途和適用范圍
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是養(yǎng)老助殘爬樓機(jī)器人的總體設(shè)計(jì)，主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)老年人和腿腳不便的殘疾人日常的平地行駛，上下樓梯和翻越一些小型的障礙物的需求，方便老弱病殘人士的出行。但是上下樓時(shí)，需要乘員手動(dòng)調(diào)整座椅角度，使整個(gè)系統(tǒng)重心前移，以此保證上下樓時(shí)的安全性。
1.4 本文的主要研究?jī)?nèi)容
本文主要對(duì)星輪式輪椅爬樓機(jī)器人進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，通過(guò)控制行星輪式爬樓機(jī)構(gòu)的翻轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)上下樓的動(dòng)作。根據(jù)已學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，首先對(duì)輪椅進(jìn)行總體框架設(shè)計(jì)，確定基本車(chē)體尺寸，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)的輪組型爬樓機(jī)構(gòu)，然后根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)原理知識(shí)、二維三維繪圖知識(shí)對(duì)設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)來(lái)進(jìn)行理論分析及設(shè)計(jì)計(jì)算，能夠通過(guò)對(duì)比現(xiàn)有的技術(shù)方案來(lái)提出合理的建議，便于產(chǎn)品的發(fā)展改進(jìn)。
1.查閱相關(guān)的資料文獻(xiàn)，對(duì)現(xiàn)有的方案進(jìn)行對(duì)比分析，并提出設(shè)計(jì)思路。
2.對(duì)輪椅進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算確定各個(gè)零部件的相應(yīng)尺寸。
3.使用Creo2.0軟件繪制零件三維圖，將零件裝配得到最終的產(chǎn)品。
4.使用AUTOCAD軟件繪制零件圖和二維裝配圖。
37
第2章 總體方案設(shè)計(jì)
2總體方案設(shè)計(jì)
2.1 引言
本文設(shè)計(jì)的養(yǎng)老助殘機(jī)器人采用的是星型輪組式結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)爬樓性能較好，通過(guò)改變離合器工作狀態(tài)來(lái)獲得較好的爬樓性能和運(yùn)行速度。星型輪組式后輪可以實(shí)現(xiàn)爬樓功能，靠背設(shè)置成可以向前傾斜，可以利于保持輪椅爬樓過(guò)程的平穩(wěn)運(yùn)行，保障乘員的安全性。輪椅機(jī)器人的爬樓機(jī)構(gòu)亦可用于平地行駛，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)后輪運(yùn)行，有較高的平地運(yùn)行效率，且輪組式機(jī)構(gòu)對(duì)樓梯邊角不會(huì)造成破壞。
養(yǎng)老助殘機(jī)器人是由車(chē)身和座位、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、操縱手柄和驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)等幾部分組成。乘員可以使用控制手柄來(lái)調(diào)整運(yùn)動(dòng)速度和模式，控制輪椅轉(zhuǎn)向。驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)接受傳感器反饋的信息，分析并智能選擇輪椅機(jī)器人的工作模式。運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)被設(shè)計(jì)成星型輪式機(jī)構(gòu)，在收到控制系統(tǒng)的指令后，不斷向上翻滾爬樓梯。座椅和車(chē)身下方空間被用來(lái)安裝傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和電機(jī)。
本文首先對(duì)養(yǎng)老助殘機(jī)器人總體方案進(jìn)行介紹，包含性能指標(biāo)要求和爬樓機(jī)構(gòu)的構(gòu)想；參考人體工學(xué)的相關(guān)尺寸對(duì)輪椅機(jī)器人座位尺寸、車(chē)架尺寸和踏板尺寸等總體尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)。依照地形參數(shù)設(shè)計(jì)出輪椅的后輪、前輪和前導(dǎo)輪等行走機(jī)構(gòu)的相應(yīng)尺寸，對(duì)輪椅在樓梯平臺(tái)轉(zhuǎn)彎條件進(jìn)行分析，確保輪椅在大部分樓梯范圍的正常使用；之后可以按照設(shè)計(jì)得出的尺寸在Creo2.0中繪制輪椅機(jī)器人的三維模型和CAD零件圖和總裝圖；最后設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)方案，介紹輪椅的工作原理。
2.2 性能指標(biāo)要求
為了確保養(yǎng)老助殘機(jī)器人能夠適應(yīng)各種尺寸的樓梯，通過(guò)查閱《中國(guó)民用建筑設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》中的樓梯步距和坡度，可將理想的樓梯參數(shù)設(shè)置為寬度，高度，坡度。輪椅機(jī)器人是為殘疾人和老年人服務(wù)的，要保證運(yùn)行安全性，速度不宜過(guò)快。參照室外型電動(dòng)輪椅國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，本文設(shè)計(jì)的輪椅機(jī)器人平地行駛性能指標(biāo)包括：最大速度，爬坡能力，單次充電最大行程。為了提高安全性，輪椅機(jī)器人需要平穩(wěn)爬樓，可將輪椅機(jī)器人上樓速度設(shè)置為級(jí)/分鐘，一次上樓臺(tái)階數(shù)不少于100。養(yǎng)老助殘機(jī)器人主要性能指標(biāo)如表2.1所示。
表2.1 養(yǎng)老助殘機(jī)器人性能指標(biāo)
2.3 總體方案介紹
本文所設(shè)計(jì)的養(yǎng)老助殘機(jī)器人是由車(chē)身車(chē)架、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)、兩組爬樓機(jī)構(gòu)和兩組前導(dǎo)向輪組成的。車(chē)身車(chē)架包括輪椅的座位、放腳的踏板和可供乘員使用的靠背角度調(diào)節(jié)裝置。整套設(shè)備一共需要兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，分別安放在輪椅的前下方，通過(guò)兩組鏈傳動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)后側(cè)的行走機(jī)構(gòu)。系統(tǒng)一共有兩組行走機(jī)構(gòu)，平地行駛時(shí)可以通過(guò)差速來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向，通過(guò)后輪的翻轉(zhuǎn)可以完成上下樓梯的需求。車(chē)前身的兩組導(dǎo)向輪能夠在翻越樓梯等障礙時(shí)起導(dǎo)向作用，用于彌補(bǔ)前輪越障能力的不足。車(chē)身右手邊是控制手柄，可以方便乘員實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向、調(diào)速和前進(jìn)后退等功能。
圖2.1 行星輪行走機(jī)構(gòu)
行星輪爬樓機(jī)構(gòu)如圖2.1所示，基本結(jié)構(gòu)為三個(gè)行星齒輪組成的行星齒輪系。三個(gè)行星齒輪圍繞著中心齒輪一次分布，與中心齒輪為外嚙合，外部與之相連接的輪架作為轉(zhuǎn)臂，共同組成本文行星齒輪行走機(jī)構(gòu)。在三個(gè)行星齒輪外部安裝三個(gè)車(chē)輪，可以隨著齒輪運(yùn)動(dòng)而運(yùn)轉(zhuǎn)。箱體中心軸和齒式離合器通過(guò)平鍵聯(lián)接，可以通過(guò)改變離合器和工作狀態(tài)來(lái)變更機(jī)構(gòu)運(yùn)行模式。當(dāng)離合器沒(méi)有工作時(shí)，三個(gè)車(chē)輪受中心軸的驅(qū)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)，此時(shí)機(jī)構(gòu)進(jìn)入平地運(yùn)行模式。當(dāng)齒式離合器處于工作狀態(tài)時(shí)，中心齒輪和行星齒輪都將無(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)輪架會(huì)充當(dāng)轉(zhuǎn)臂的功能，中心軸會(huì)直接驅(qū)動(dòng)整個(gè)輪架進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)便會(huì)切換成爬樓模式[7]。
采用此方案有如下優(yōu)點(diǎn)，同一機(jī)構(gòu)可以經(jīng)由簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)變，得到分別適合平地運(yùn)行和爬樓的兩種驅(qū)動(dòng)模式，適用性良好，而且操作簡(jiǎn)便，結(jié)構(gòu)緊湊。
2.4 座位尺寸設(shè)計(jì)
座位是養(yǎng)老助殘機(jī)器人的重要組成部分，在進(jìn)行座位的尺寸設(shè)計(jì)時(shí)要參考人體尺寸，這樣才能保證輪椅的舒適性和合理性[8]。圖2.2和表2.2分別是人體坐姿時(shí)尺寸和人身體有關(guān)尺寸。座位部分要求的設(shè)計(jì)尺寸有靠背高度、靠背寬度、座面深度、座面寬度和座面高度。座面高度是座面和輪椅踏板的距離，乘員乘坐時(shí)小腿自然放在踏板上，而且踏板的角度可以調(diào)節(jié)滿(mǎn)足不同部分身高乘員的需求，設(shè)計(jì)時(shí)需要參考表2.2中小腿加組高的參數(shù)。參考表2.2里坐姿臀寬數(shù)據(jù)，來(lái)進(jìn)行座面寬度尺寸設(shè)計(jì)。為了使靠背能夠方便支撐乘員的腰部，以獲得舒服的坐姿，應(yīng)該參考表2.2里人體坐深尺寸，并且在小腿和坐墊前端留有適當(dāng)?shù)拈g距。考慮坐姿肩高尺寸和人體肩寬可以設(shè)計(jì)出靠背寬高?？梢愿鶕?jù)坐姿時(shí)肘高來(lái)設(shè)計(jì)座位的扶手高度。參考表2.2和圖2.2的人體坐姿尺寸，可以得出養(yǎng)老助殘機(jī)器人的如下參數(shù)：座面高度，座面寬度，座面深度，靠背寬度，靠背高度，扶手高度。
表2.2人體尺寸數(shù)據(jù)
圖2.2坐姿人體部位及尺寸
圖2.3 座位尺寸設(shè)計(jì)（正視圖）
圖2.4 座位尺寸設(shè)計(jì)（左視圖）
2.5 車(chē)架尺寸設(shè)計(jì)
輪椅車(chē)架確定了輪椅大體結(jié)構(gòu)和基本尺寸，是輪椅車(chē)身設(shè)計(jì)最重要的部分。為了保證車(chē)體重量不太重且結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，車(chē)架材料可以選擇鋁合金。根據(jù)上文座位尺寸設(shè)計(jì)可得，車(chē)架上部與座位連接的尺寸可設(shè)計(jì)為 。A處是用來(lái)安裝后輪，尺寸比其他稍大以保證強(qiáng)度。B處用來(lái)安裝鏈傳動(dòng)的兩個(gè)中間鏈輪，從車(chē)架向下伸出，可以利用中部空間。C處用來(lái)安裝電機(jī)，尺寸限定為。D處用來(lái)安裝前輪，用來(lái)輪椅轉(zhuǎn)彎，尺寸為。E處和F處用來(lái)安裝前踏板，踏板可以調(diào)節(jié)角度。
圖2.5 車(chē)架尺寸設(shè)計(jì)（正視圖）
圖2.6 車(chē)架尺寸設(shè)計(jì)（左視圖）
2.6 踏板尺寸設(shè)計(jì)
輪椅踏板可以用來(lái)放置乘員的雙腳，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該參照表2.3.1人體有關(guān)尺寸，小腿加足高長(zhǎng)應(yīng)該不低于459mm，我們可以取457mm。踏板上端與車(chē)架相連接，下部與一個(gè)氣缸連接，這樣可以方便個(gè)性化踏板的角度，以取得最佳放腳狀態(tài)。踏板尺寸如圖所示。
圖2.7 踏板尺寸設(shè)計(jì)（正視圖）
圖2.8 踏板尺寸設(shè)計(jì)（左視圖）
2.7 前輪尺寸設(shè)計(jì)
輪椅需要靠前輪來(lái)轉(zhuǎn)向，我們選用萬(wàn)向輪。設(shè)計(jì)前輪直徑為，寬度為，適當(dāng)?shù)膶挾扔兄谲?chē)體的穩(wěn)定性。前輪上部與車(chē)架底部是相連接的，為了配合尺寸，前輪上部尺寸為。
圖2.9 前輪尺寸設(shè)計(jì)（正視圖）
圖2.10 前輪尺寸設(shè)計(jì)（左視圖）
2.8 離合器的選擇
(1)牙嵌式離合器
牙嵌式離合器外廓尺寸小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能傳遞較大尺寸，使用較廣泛。但是牙嵌式離合器在轉(zhuǎn)速較大時(shí)容易撞擊而折斷，牙數(shù)較少導(dǎo)致固定端和活動(dòng)端自然對(duì)正幾率較小，需要手動(dòng)調(diào)整，使用較麻煩。
(2)電磁離合器
電磁離合器使用方便，接通電源后通過(guò)電磁力使固定端和活動(dòng)端結(jié)合。但是電磁離合器也有不足：首先是重量較大，其次是相比機(jī)械式可靠性不足，最后是安裝精度要求較高，對(duì)加工和裝配要求較高。
(3)齒式離合器
齒式和牙嵌式離合器比較類(lèi)似，但是齒式離合器可以取較多齒數(shù)，而且承載能力較大。為了使固定端和活動(dòng)端聯(lián)結(jié)更容易，操作更方便，可取較多的齒數(shù)和較小的模數(shù)。
綜合以上離合器分析比較，選擇齒式離合器較合適，其承載能力大，結(jié)構(gòu)經(jīng)湊，重量較輕，體積較小，使用方便。選用的齒式離合器如圖2.11所示。
圖2.11 齒式離合器
2.9 導(dǎo)向輪的設(shè)計(jì)
因?yàn)槿f(wàn)向輪翻越障礙物能力較差，而且上下樓時(shí)沒(méi)有緩沖裝置，輪椅會(huì)產(chǎn)生較大顛簸，不僅不舒適，更存在安全隱患。在萬(wàn)向輪方設(shè)置兩個(gè)前導(dǎo)輪機(jī)構(gòu)可以有效避免這些弊端，前導(dǎo)輪設(shè)計(jì)如圖2.12所示。查閱《中國(guó)民用建筑設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》，可得理想的樓梯高度為。將導(dǎo)向輪的最大翻越高度設(shè)置為，與地面的夾角為。導(dǎo)向輪使用履帶式方案，可以使輪椅比較平穩(wěn)地上下樓梯和翻越一些簡(jiǎn)單的障礙。
圖2.12導(dǎo)向輪的設(shè)計(jì)
圖2.13 導(dǎo)向輪尺寸設(shè)計(jì)
圖2.14 導(dǎo)向輪實(shí)體圖
2.10 轉(zhuǎn)向參數(shù)分析
養(yǎng)老助殘機(jī)器人轉(zhuǎn)向方式為驅(qū)動(dòng)輪差速轉(zhuǎn)向，因?yàn)檩喴无D(zhuǎn)彎半徑可能會(huì)受到樓梯平臺(tái)的尺寸限制，所以一定要對(duì)輪椅轉(zhuǎn)向進(jìn)行參數(shù)分析[8]。設(shè)內(nèi)外輪間距為，樓梯平臺(tái)寬度為，轉(zhuǎn)向時(shí)輪椅角速度和線速度分別為和，設(shè)內(nèi)側(cè)輪角速度和線速度為和，外側(cè)輪角速度和線速度為和 ，輪椅轉(zhuǎn)彎半徑為。圖2.15所示為養(yǎng)老助殘機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析圖。
圖2.15輪椅機(jī)器人轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)學(xué)分析圖
依據(jù)圖2.15所示的幾何關(guān)系，得出：
（2-1）
（2-2）
（2-3）
輪椅機(jī)器人成功轉(zhuǎn)向的條件為：轉(zhuǎn)彎半徑與車(chē)身半個(gè)寬度之和要小于樓梯轉(zhuǎn)向平臺(tái)寬度[9]，即：
（2-4）
將式（2.3.7）代入式（2.3.8）中，可得：
（2-5）
即：
（2-6）
由式（2.3.10）知，由于樓梯尺寸限制，養(yǎng)老助殘機(jī)器人在平臺(tái)上轉(zhuǎn)向時(shí)，外側(cè)輪的角速度與內(nèi)外輪角速度之差之比必須小于轉(zhuǎn)向平臺(tái)的寬度和輪椅總寬度之比，當(dāng)滿(mǎn)足此條件時(shí)，輪椅機(jī)器人才可以成功轉(zhuǎn)向。在《民用建筑設(shè)計(jì)通則》有如下要求：樓梯轉(zhuǎn)向時(shí)，扶手轉(zhuǎn)向處平臺(tái)寬度不小于樓梯寬度，且不得小于[10]。如果取轉(zhuǎn)向平臺(tái)寬度，輪椅寬度，式（2.6）可寫(xiě)成：
（2-7）
從上式得出，養(yǎng)老助殘機(jī)器人在樓梯上轉(zhuǎn)向時(shí)，內(nèi)外側(cè)輪的角速度要滿(mǎn)足不等式（2.7）。
2.11 重心調(diào)節(jié)的設(shè)計(jì)
當(dāng)輪椅上下樓時(shí)，只需調(diào)節(jié)右邊座椅角度調(diào)節(jié)器，就能使身體前傾，以此來(lái)使重心前移，保障人員的安全。如圖2.8所示，這是一種座椅角度調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)時(shí)只要手旋動(dòng)旋鈕即可，這種調(diào)節(jié)器沒(méi)有一般角度調(diào)節(jié)器的那種一檔一檔的感覺(jué)，可以做到無(wú)極調(diào)角，最小角度為60度，最大可以調(diào)節(jié)到200度，是高檔座椅的最佳選擇。這種角度調(diào)節(jié)器采用行星齒輪傳動(dòng)，調(diào)到任意角度都可實(shí)現(xiàn)自鎖，無(wú)松動(dòng)，鎖定可靠。
圖2.16 角度調(diào)節(jié)器尺寸
圖2.17 座椅角度調(diào)節(jié)器
圖2.18 背椅氣缸
第3章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算
3 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
行星輪車(chē)架在爬樓時(shí)充當(dāng)搖臂，大小為180mm，考慮到傳動(dòng)距離較遠(yuǎn)，設(shè)計(jì)采用鏈傳動(dòng)方案。為了減小驅(qū)動(dòng)力，傳動(dòng)比可取10:1，。傳動(dòng)方案為二級(jí)鏈傳動(dòng)，每側(cè)分別設(shè)置四個(gè)鏈輪，尺寸從前往后分別為，，，。每套鏈傳動(dòng)各有一個(gè)輪轂電機(jī)驅(qū)動(dòng)，從而分別驅(qū)動(dòng)左右后輪運(yùn)行。該方案所設(shè)計(jì)的鏈傳動(dòng)系統(tǒng)尺寸如圖3.2和圖3.3所示。圖3.4為鏈傳動(dòng)系統(tǒng)的三維示意圖。
圖3.1 鏈傳動(dòng)系統(tǒng)
圖3.2 鏈傳動(dòng)系統(tǒng)尺寸（前）
圖3.3 鏈傳動(dòng)尺寸（后）
圖3.4 鏈傳動(dòng)系統(tǒng)實(shí)體
第3章 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.2 驅(qū)動(dòng)力的估算和電動(dòng)機(jī)的選擇
輪椅爬樓過(guò)程中重力主要集中在后輪，前輪阻力較小可忽略，圖3.5為后輪受力圖。在A點(diǎn)建立力矩平衡方程：
（3-1）
時(shí)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩主要用來(lái)克服重力阻力矩。 （3-2）
，
單邊 （3-3）
時(shí)，
（3-4）
減速系統(tǒng)采用兩級(jí)鏈傳動(dòng)，總傳動(dòng)比為，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，考慮實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性，選擇合適的電機(jī)為。表3.1為電機(jī)基本參數(shù)[11]。
表3.1 電機(jī)基本參數(shù)
圖3.5 爬樓時(shí)后輪受力
圖3.6 型電動(dòng)機(jī)
3.3 齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算
（1）平地行駛狀態(tài)，如圖3.7所示。
? （3-5）
（3-6）
為行星車(chē)輪半徑，機(jī)構(gòu)行走阻力為阻，與地面主要是滾動(dòng)摩擦，十分小，所以這種狀態(tài)下齒輪受力狀態(tài)良好。
（2）當(dāng)行駛的地面坡度為8度時(shí)
（3-7）
則
（3-8）
（3-9）
（3）爬樓時(shí)，如圖3.8所示
， （3-10）
取，
（3-11）
通過(guò)以上三種狀況的對(duì)比，齒輪所受轉(zhuǎn)矩最大時(shí)是處于在有坡度的地面行駛。
考慮到行星輪的尺寸要求，齒輪的模數(shù)可以取3,這樣便于減少安裝時(shí)精度要求[12]。依據(jù)樓梯的尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)出各行星輪的轉(zhuǎn)矩，得出各齒輪及中心距的尺寸：行星齒輪齒數(shù)18、惰輪齒數(shù)26和中心齒輪齒數(shù)38。
圖3.7 平地行走時(shí)受力分析 圖3.8 爬樓時(shí)受力分析
齒輪采用45鋼調(diào)質(zhì)處理，
選用45 鋼調(diào)質(zhì)處理齒輪，對(duì)于中心齒輪, 轉(zhuǎn)矩為
（3-12）
（3-13）
取 ； （3-14）
則
； （3-15）
又 ，取 ； （3-16）
則 （3-17）
故 強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。
3.4 中心軸設(shè)計(jì)計(jì)算
圖3.9展示了中心軸的受力狀況，由齒輪箱體的受力平衡得出：
（3-18）
得 （3-19）
中心齒輪 （3-20）
鏈輪對(duì)軸的作用力為 （3-21）
（3-22）
得 （3-23）
圖3.9 中心軸受力分析
作出彎矩轉(zhuǎn)矩圖，可以得出
危險(xiǎn)點(diǎn) D處 （3-24）
E處 （3-25）
該軸受力狀況復(fù)雜，功能重要，材料選用45鋼調(diào)制，其中 。
取
（3-26）
（3-27）
（3-28）
（3-28）
相應(yīng)取整得 （3-29）
C和E處軸承校核
（3-30）
中等沖擊，取
則 （3-31）
軸承所需壽命：
轉(zhuǎn)速 （3-32）
軸承所需基本額定動(dòng)載荷
C處 （3-32）
E處 （3-33）
選用軸承，其 ， ， ， ，符合設(shè)計(jì)要求。
中心齒輪鍵連接設(shè)計(jì)
是輪轂長(zhǎng)度，大小為，選用圓頭平鍵,
, （3-34）
強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。
3.5 行星齒輪軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算
圖3.10所示為行星齒輪軸爬樓時(shí)單輪接地的受力圖，此時(shí)齒輪軸受力狀況最危險(xiǎn)。
圖3.10 行星齒輪軸受力圖
（3-35）
（3-36）
（3-37）
，得 （3-38）
，得 （3-39）
經(jīng)過(guò)計(jì)算，A處彎矩最大，
（3-40） ，取 （3-41）
則 （3-42）
軸材料選用45鋼調(diào)質(zhì)，
A處的直徑 （3-43）
考慮軸承內(nèi)徑尺寸，取整
行星齒輪鍵連接設(shè)計(jì)
第4章 驅(qū)動(dòng)控制方案
為輪轂長(zhǎng)度，大小為12，選用圓頭平鍵，，。
（3-44）
強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求
第4章 驅(qū)動(dòng)控制方案設(shè)計(jì)
4 驅(qū)動(dòng)控制方案設(shè)計(jì)
4.1 傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
因?yàn)闃翘菖_(tái)階高度會(huì)對(duì)輪椅機(jī)器人的爬樓能力有一定限制，為了保障乘員上下樓梯過(guò)程的安全性，可以設(shè)計(jì)一個(gè)便于控制器判斷輪椅機(jī)器人是否可以順利攀爬此高度的臺(tái)階的傳感器系統(tǒng)。在兩個(gè)前導(dǎo)輪第一個(gè)小輪和最后一個(gè)上各安裝一個(gè)測(cè)距傳感器，可以分別測(cè)出前導(dǎo)輪前小輪和后小輪到臺(tái)階邊緣的距離和。對(duì)兩組傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，系統(tǒng)判斷是否成立，為前導(dǎo)輪水平投影長(zhǎng)度，成立的話(huà)輪椅便可攀爬此樓梯。兩個(gè)后輪各自安裝兩個(gè)向前和向后的測(cè)距傳感器，便于檢測(cè)上下樓時(shí)后輪到樓梯邊緣的距離。
4.2 驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案
養(yǎng)老助殘機(jī)器人驅(qū)動(dòng)控制方案流程如圖4.1所示。外部型號(hào)由測(cè)距傳感器信號(hào)、調(diào)速按鈕調(diào)速信號(hào)和操控手柄選擇模式信號(hào)組成。通過(guò)各自的通信口，外部信號(hào)輸出傳遞給控制器進(jìn)行分析運(yùn)算。控制器通過(guò)總線將控制信號(hào)傳遞給兩個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器，由此驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)來(lái)帶動(dòng)所連接的負(fù)載。輪椅機(jī)器人共有兩個(gè)電動(dòng)機(jī)，分別用于驅(qū)動(dòng)兩后輪運(yùn)行，每個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置可以由位置檢測(cè)裝置來(lái)檢測(cè)并反饋給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，組成一個(gè)閉合環(huán)路。
圖4.1 養(yǎng)老助殘機(jī)器人驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)方案圖
4.3 驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案
養(yǎng)老助殘機(jī)器人有兩種運(yùn)動(dòng)模式：爬樓模式和平地運(yùn)行模式，圖4.2和圖4.3分別為兩種模式的驅(qū)動(dòng)控制軟件設(shè)計(jì)方案。開(kāi)始輪椅機(jī)器人通電，測(cè)距傳感器開(kāi)始工作，將地面狀況信號(hào)反饋給控制系統(tǒng)，此時(shí)乘員可以操控手柄切換運(yùn)動(dòng)模式：
（1）平地行駛模式。在平地行駛中，控制操控手柄可以實(shí)現(xiàn)輪椅左右轉(zhuǎn)彎、前后移動(dòng)、調(diào)速和停止等功能?？刂破鬏敵隹刂菩盘?hào)，驅(qū)動(dòng)第一、二電機(jī)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)。操縱手柄選擇右轉(zhuǎn)或左轉(zhuǎn)，控制器便會(huì)控制對(duì)應(yīng)的電機(jī)差速來(lái)轉(zhuǎn)彎。乘員可以操控手柄設(shè)定速度，控制器便會(huì)收到調(diào)速信號(hào)，通過(guò)控制器分別向第一電機(jī)和第二電機(jī)發(fā)送控制信號(hào)，減低或增加電機(jī)轉(zhuǎn)速處于目標(biāo)速度。當(dāng)測(cè)距傳感器信號(hào)顯示輪椅接近臺(tái)階時(shí)，控制器便會(huì)停止電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)出警報(bào)信號(hào)，通知用戶(hù)選擇切換模式按鈕切換為上下樓模式。
（2）爬樓梯模式。在爬樓運(yùn)動(dòng)模式下，系統(tǒng)首先上電初始化，通過(guò)讀取位置傳感器信號(hào)，判斷輪椅是否要進(jìn)行爬樓模式。當(dāng)傳感器的信號(hào)反饋給PID控制器后，機(jī)構(gòu)進(jìn)行爬樓模式。這時(shí)，行星輪離合器鎖死，電機(jī)經(jīng)過(guò)鏈傳動(dòng)直接驅(qū)動(dòng)三角形爬樓機(jī)構(gòu)，使其通過(guò)不斷翻轉(zhuǎn)爬樓運(yùn)動(dòng) 。當(dāng)爬樓過(guò)程結(jié)束時(shí)，控制器停止電機(jī)工作，可以將靠背恢復(fù)正常角度，再次進(jìn)入平地行走模式。爬樓運(yùn)動(dòng)模式控制器軟件流程如圖4.3.2所示。
圖4.2 助行機(jī)器人平地運(yùn)動(dòng)模式軟件流程圖
圖4.3 助行機(jī)器人爬樓模式軟件流程圖
第5章 三維模型和運(yùn)動(dòng)演示
5 三維模型和運(yùn)動(dòng)演示
5.1 Creo2.0三維模型
Creo2.0軟件誕生于2011年10月，是由著名的美國(guó)PTC公司所開(kāi)發(fā)的一款三維設(shè)計(jì)軟件。作為一款功能強(qiáng)大的三維軟件，Creo軟件受到了許多工程技術(shù)人員的認(rèn)可，在很多制造領(lǐng)域中發(fā)揮著十分重要的作用[13]。Creo2.0具有易于使用，平臺(tái)開(kāi)放和互操作性強(qiáng)等種種優(yōu)點(diǎn)，基于三維可視化技術(shù)，融合了三維設(shè)計(jì)、二維設(shè)計(jì)。零件建模和裝配仿真等強(qiáng)大功能，可以滿(mǎn)足各行各業(yè)的設(shè)計(jì)需求。綜上，對(duì)養(yǎng)老助殘機(jī)器人用Creo2.0進(jìn)行三維建模是可行合理的。
對(duì)養(yǎng)老助殘機(jī)器人使用Creo2.0進(jìn)行三維實(shí)體有以下過(guò)程：首先草繪特征草圖，然后生成各個(gè)零部件，接著對(duì)零部件總體裝配，最后導(dǎo)出工程圖。特征草圖是包括幾何尺寸、幾何關(guān)系和模型形狀的幾何圖形。Creo2.0使用基于特征方式進(jìn)行三維建模，一般先使用拉伸、掃描和旋轉(zhuǎn)等方法建立基本特征，接著在所生成的基本特征上減少或添加材料方法來(lái)建立附加特征，比如倒角、圓角、抽殼和簡(jiǎn)單直孔等處理方法，最終建立所設(shè)計(jì)的零件的模型[15]。
養(yǎng)老助殘機(jī)器人的三維模型包括以下主要部分：靠枕、車(chē)輪、車(chē)身、鏈條、踏板和座墊等。Creo2.0的零部件設(shè)計(jì)能力突出，而且裝配能力也十分出眾。完成各零部件設(shè)計(jì)之后，可以運(yùn)用配合關(guān)系來(lái)指定各零部件和初始角度和相對(duì)位置，最后得到養(yǎng)老助殘機(jī)器人三維模型。
圖5.1 養(yǎng)老助殘機(jī)器人三維模型
5.2上下樓過(guò)程原理與演示
養(yǎng)老助殘機(jī)器人的平地運(yùn)行狀態(tài)與普通電動(dòng)輪椅一樣，都是兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)后輪，使用差速來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)向。如果遇到臺(tái)階，可以借由星型后輪不斷翻轉(zhuǎn)來(lái)正常行駛，通過(guò)調(diào)節(jié)靠背角度來(lái)使整車(chē)重心前移，保障安全。
養(yǎng)老助殘機(jī)器人上樓步驟如下（圖5.2）：
（1）前導(dǎo)輪靠近臺(tái)階邊緣時(shí)，進(jìn)入輪椅上樓狀態(tài)。此時(shí)，應(yīng)該使輪椅停下來(lái)，調(diào)節(jié)座椅右邊的角度調(diào)節(jié)器使身體保持向前傾斜。
（2）再次啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，前導(dǎo)輪貼在臺(tái)階邊緣處，后輪不斷前進(jìn)，前導(dǎo)輪就可以將車(chē)頭抬升起來(lái)。當(dāng)后輪碰到臺(tái)階時(shí)，行星輪在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下不斷向上翻滾，逐級(jí)向上運(yùn)行。
（3）當(dāng)輪椅完成上樓工作時(shí)，應(yīng)將輪椅停下來(lái)，調(diào)整靠背角度至正常狀態(tài)。之后就可以繼續(xù)向前行駛。
助行機(jī)器人下樓梯原理與上樓相同，過(guò)程圖如圖5.3所示。
圖5.2 輪椅上樓過(guò)程
圖5.3 輪椅下樓過(guò)程
圖5.4 養(yǎng)老助殘機(jī)器人總裝圖
第6章 結(jié)語(yǔ)
6 結(jié) 語(yǔ)
本文所設(shè)計(jì)的養(yǎng)老助殘機(jī)器人采用的是行星輪式機(jī)構(gòu)，通過(guò)前導(dǎo)輪的支撐和行星輪不斷向上翻滾來(lái)實(shí)現(xiàn)爬樓的功能。輪椅是采用正向爬樓方式的，便于與乘員觀察前方狀態(tài)。爬樓和平地行走裝置采用同一個(gè)機(jī)構(gòu)，減少的電機(jī)的數(shù)量，節(jié)約設(shè)計(jì)空間。
但是在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)出來(lái)的輪椅機(jī)器人還有許多不足，主要是使用時(shí)不夠人性化，比如輪椅上下樓前需要手動(dòng)調(diào)節(jié)靠背角度，乘坐不太舒適；爬樓時(shí)前輪的磕碰會(huì)引發(fā)車(chē)體的顛簸，存在安全隱患等等，這些方面都有很大的改進(jìn)空間。
參考文獻(xiàn)
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致謝
致謝
在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，我的指導(dǎo)老師鞠全勇教授在百忙之中給我提供了很多指導(dǎo)意見(jiàn)。從課題選擇到最后的論文答辯，鞠教授都經(jīng)常告知我論文上相應(yīng)的要求，提供了相關(guān)的參考文獻(xiàn)，細(xì)致地指出了我論文上不規(guī)范的地方并督促我加以改正。鞠教授在給我的指導(dǎo)意見(jiàn)中多次強(qiáng)調(diào)論文格式的重要性，這反映了一個(gè)學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)上的態(tài)度是否端正。感謝鞠教授對(duì)我的耐心指導(dǎo)，讓我能夠順利完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，祝愿鞠教授在學(xué)術(shù)上取得更多突破，也祝愿母校明天越來(lái)越好。