《履带—轮组式电动多功能轮椅设计说明书》由会员分享，可在线阅读，更多相关《履带—轮组式电动多功能轮椅设计说明书（33页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、履带- 轮组式电动多功能轮椅设计说明书目录设计任务书 1第一章 绪论 21.1 设计的背景和意义 21.2 现有产品简介及产品分析 21.3 本章小结 3第二章 设计方案选择 42.1 轮椅机构形式的选择 42.2 轮组的选择 42.3 履带的收放机构 52.4 座椅调平机构 62.5 本章小结 8第三章 轮椅的结构设计与运动分析 83.1 轮椅的结构设计 83.1.1 轮组 83.1.2 履带及其收放机构 103.2 轮椅的运动分析 143.2.1 轮椅的平地行驶及越障功能 143.2.2 轮椅爬楼梯过程的分析 16第四章 轮椅驱动与传动系统的设计 194.1 轮椅的驱动系统 194.2 电
2、机参数的确定 204.3 轮椅中间主体的传动设计 22第五章 轮椅运动控制系统设计 235.1 轮椅的功能分析 235.2 轮椅的控制系统 23第六章 总结 . 30参考文献 . 30设计任务书技术要求：1）功能：直线行驶、匀速、加速、减速、转弯、爬楼梯等；2）较强的爬梯适应能力，应对楼梯结构的多变性；3）良好的机动性，使其能够在平地行驶、爬楼梯、跨越障碍等动作状态间很 好的过渡转换；4）结构紧凑，操作方便，工作可靠；5）良好的稳定性，利用滚轴滑轨机构进行座椅调平，使其在越障、跨沟和爬 楼梯时始终保持水平；6）较强的越障能力和路面适应性；7）抗冲击能力强；8）具有更大的作用面，可以适应各种复杂
3、多样的路面。履带一轮组式电动多功能轮椅技术参数如下表:总体结构履带一轮组式结构结构指标自重50Kg结构尺寸1200*700*500机动指标平地最小速度正常速度爬坡速度4m/s最小通过坡度30楼梯通过能力能通过普通标准楼梯转向能力零半径续航能力1小时以上跨过障碍物的最大高 度跨过凹沟的最大宽度防护能力防水防尘，抗冲击。第一章绪论1.1 设计的背景和意义年老体弱、下肢残障者在日常生活中的最大障碍就是步行能力的减弱甚至丧 失。这些人行动不方便，需要有能正常行走的人加以照顾。目前，大部分年老体 弱、肢体伤残者的代步工具都是普通的轮椅，普通的轮椅都是靠人力推动的，而 且普通轮椅不能过障碍物，也不能越沟，
4、更无法攀登楼梯，从而限制了轮椅使用 者的活动范围，影响其参与社会生活。尤其是国内城市以多层公寓式楼房居多， 电梯并没有普及到所有的居民住宅，这给轮椅乘坐者造成诸多不便。为了给上述弱势群体带来方便，更好的关怀老年人、残疾人的生活，改善他 们的生活质量，除了增加房屋和各种公共建筑设施的无障碍设计， 扩大轮椅的使 用范围之外，改进现有的普通轮椅，使其兼备平地行驶、越沟、过障碍、爬楼梯 等多种功能，将是更加行之有效的一种措施。为了上述需求，给老年人和残疾人提供性能优越的代步工具，解决障碍、楼 梯等对他们生活造成的不便，同时考虑使用者的经济承受能力，研究一种价格适 宜、平稳安全的电动多功能轮椅具有重大的
5、意义和实用价值。1.2 现有产品简介及产品分析目前市场上具备爬楼梯、越障等功能的轮椅主要有两种类型一一履带式和轮 组式。如图1,轮组式的轮椅大都采用三叶轮式和四叶轮式，机构精巧，能实现平（图1） 轮组式的轮椅地行驶、越沟、过障、爬楼梯等功能，而且平地行驶时，轮椅比较平稳，人坐 着也比较平稳，但无法克服爬楼梯时两台阶间的震荡， 上下楼梯时该类型轮椅 重心起伏较大，会使乘坐者感到不适而且难以实现在平地上的独立行走，需要其他人的时刻陪护和推拉。如图2为履带式爬楼梯轮椅，履带式爬楼梯轮椅技术较成熟，操作简单，对 楼梯的形状、尺寸适应性强，爬楼梯时波动小，乘坐的人比较舒服，而且平地行 驶也比较平稳；但履
6、带式轮椅越障时不够平稳，重心波动大，乘坐者会感到不舒 服，而且，履带式轮椅在平地行驶时阻力比较大，所以消耗的功率就比较大。图1.2履带式爬楼梯轮椅1.3 本章小结由上述对现有的产品进行详细了解和分析可知，履带式和轮组式轮椅都有各 自的优点，有都有各自的缺点。履带式轮椅在爬楼梯方面具有优越性， 在爬楼梯 时无重心、波动稳定性好，但是，当在平地上行驶时阻力会很大，所以功耗较大， 可能还要增加辅助电机，使轮椅的结构变得复杂；而且，当在平地上遇到障碍时， 轮椅就会产生波动、变得不平稳。轮组式轮椅在平地行驶时具有优越性， 路况比 较平坦时，轮椅行驶比较平稳，在平地上遇到障碍时，越障也比履带式轮椅波动 小
7、；但是，在爬楼梯方面轮组式轮椅却有着很大的缺陷，轮组式轮椅在爬楼梯时重心波动很大，稳定性很差。第二章设计方案选择2.1 轮椅机构形式的选择在第一章对现有轮椅进行详细分析之后，了解到了各种形式轮椅的优缺点， 在此基础上，利用它们的优点，避开它们的缺点，就可以设计出一种更加具有优 越性的电动多功能轮椅一一轮组-履带式电动多功能轮椅。这种轮椅结合了轮组 式和履带式轮椅的优点，在这种轮椅上既装有轮组，又装有履带。在平地行驶、 跨沟、越障时，使用轮组，而在爬楼梯时，轮椅会放下履带，使用履带爬楼梯。2.2 轮组的选择轮组式的轮椅大都采用三叶轮式和四叶轮式，四叶轮爬楼梯比三叶轮平稳， 但是四叶轮的结构比三叶
8、轮复杂，而且轮组-履带式电动多功能轮椅是使用履带 爬楼梯的，所以采用三叶轮。而三叶轮也有多种形式，主要有链传动的（如图 2.1），齿轮传动的（如图2.2 ）。链传动是一种挠性传动，它由链条和链轮组成， 通过链轮轮齿与链条链节的啮合来传递运动和动力。但是，链传动有很多缺点： 运转时不能保持恒定的瞬时传动比； 磨损后易发生跳齿；工作时有噪声；不宜用 在载荷变化很大、高速和急速反向的传动中。1 车轮 2 小轮链轮3 中心链轮4 支架5张紧轮轮6 传动链条图2.1链传动三叶轮齿轮传动具有一下优点：效率高，在常用的机械传动中，以齿轮传动的效率驱动齿轮 过度齿轮 中心齿轮 转臂 小车轮图2.1齿轮传动三叶
9、轮为最高；机构紧凑，在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间尺寸一般较小， 这一点正好适合用在轮组中，减小了轮组的体积，这样也可以减小轮椅的体积； 工作可靠，寿命长，这一点应用在轮椅上，可以使轮椅的使用寿命加长，也提高 了轮椅的安全性；传动比稳定，传动比稳定往往是对传动性能的基本要求， 齿轮 传动获得广泛应用，也就是由于具有这一特点，这一特点也适合用在轮椅上。2.3履带的收放机构由于履带只在爬楼梯时使用，而在平地行驶时使用的是轮组，所以履带平时是收起来的，只在爬楼梯时才放下，故在设计履带时，要考虑到履带的收放机构, 也就是说履带要有专门的收放机构。215346如图2.3即为履带及其收放装置的机构
10、简图，其中液压缸1 （也可以采用气压缸）是收放机构的主要部分，利用液压缸1的往复伸缩就可以实现履带的收放， 并且可以使履带产生一定的倾斜角度， 这样履带就可以跨上楼梯的第一级， 进而 实现爬楼梯的功能。2.4座椅调平机构图2.3履带及其收放机构简图在上下楼时爬楼梯轮椅整体是倾斜的，而且在跨越障碍、越过凹坑 时轮椅也会产生倾斜，在倾斜的轮椅会使乘坐者感到不适。 为了克服这一弊端和 轮椅爬楼过程中重心的起伏，要设计一种可以减缓波动的机构，波动小了，乘坐 者才会感到舒适。如果座椅和座椅支架是固定在一起的，当轮椅因越障、跨沟、 爬楼梯而产生倾斜时，乘坐的人也会一直倾斜着，所以只有把座椅和座椅支架做 成
11、滑动连接的才能实现当轮椅发生倾斜时而乘坐的人可以始终保持水平乘坐，这样，乘坐的人才不会感到不舒服。座椅支架与滑轨的连接方式如图2.4所示。3摆臂履带6传动系统1液压缸 2轮椅支架4车身主履带 5驱动系统22座椅支架4滚轴3滑轨图2.4滚道滑轨式座椅原理图i轴承其主要由圆弧形轨道及滚轴组成。滑轨焊接在底架上，滚轴通过螺纹连接固定在 座椅底部的支架上，其轴端安装有轴承可以在滑轨里滑动，从而实现座椅的平。该滑道滑轨式座椅的外形结构简图如图 2.5所示：座椅支架通过轴承与圆弧A；1座椅支架2圆弧形轨道图2.5座椅机构简图形轨道形成滑动连接，圆弧形轨道与轮椅底盘连接成一体， 这样，当底盘与圆弧 形轨道发
12、生倾斜时，轴承就会沿圆弧形轨道滑动，使座椅始终保持水平，乘坐的人也就可以始终保持水平2.5 本章小结通过上述分析，可以初步确定轮椅的主要机构。轮组采用三叶式、齿轮传动 的行星轮式结构，每个小车轮既可以绕各自的轴自转，又可以绕机架传动轴公转, 平地行驶时小车轮自转，越障、跨沟时小车轮不再自转，而是绕传动轴公转；轮 椅除了采用轮组外，还要增设履带装置，并且，还设有履带的收放机构，当遇到 楼梯时，放下履带，平地行驶时，收起履带；轮椅支架与底盘用轴承实现连接， 能够在底盘发生倾斜时，也能保持水平。第三章轮椅的结构设计与运动分析3.1 轮椅的结构设计轮椅的结构设计主要包括轮组、履带、车架等的设计。3.1
13、.1 轮组由第二章可知，轮椅的轮组采用三叶式齿轮传动的星形轮结构。 轮组机构的外图3.1轮组机构示意图形图如图3.1所示：轮组主要由车轮、齿轮、转臂组成。小车轮具有两种运动方 式：小车轮的自传，小车轮绕驱动轴的公转。这两种运动方式实现了轮椅的不同 运行方式。如图3.2所示为轮组的转臂，转臂的作用为：用于安装齿轮，对齿轮图3.2 轮组转臂进行定位；转臂的另一个主要功能是带动小车轮绕转轴公转; 起到强化机构、支撑轮椅支架等功能。轮组是用齿轮传动的，一个轮组中包含有七个齿轮，如图除此之外，转臂还3.3所示为轮组的23473.3轮组局部结构图一支，其中1为小车轮，；2为驱动齿轮，用来驱动小车轮自传；3
14、为轮组的转臂， 用来驱动小车轮绕驱动轴公转；4为过度齿轮；7为中心齿轮；6为传动轴一， 一端与中心齿轮配合，通过轴承空套在转臂3 上, 一端与链轮配合，并通过轴承 空套在主车架上；5为传动轴二，一端通过螺栓与转臂3固连，一端与链轮配合， 并通过轴承空套的主车架上；传动轴一与传动轴二通过轴承相互空套； 过渡齿轮 4,驱动齿轮2各自通过轴承空套在转臂 3上；小车轮1通过螺栓与驱动齿轮2 固连，三个小车轮的中心轴线呈等角分布。由于转臂 3,过渡齿轮4，驱动齿轮 2 （包括小车轮6）都是空套在相应的轴上，因此驱动轮系包含三个结构完全相 同的差动轮系，这三个差动轮系共用中心轮和行星架， 并且沿周向对称分布，增 设过渡齿轮4,可以保证同时着地的两个小车轮 1具有和中心齿轮7相同的旋向， 朝同一方向滚动前进。3.1.2 履带及其收放机构在第二章已经对履带的机构作了简要介绍，如图2.3为履带及其收放机构的简图。履带的收放是通过液压缸的往复运动实现的。其原理的AutoCAD图如图3.4所示：履带的收放机 图3.4履带及其收放机构构采
