电动轮椅车的设计.doc

...wd...电动轮椅车设计ee〔ee〕指导教师：ee [摘要]：文中首先分析了国内外各种轮椅的状况，在比照总结各自优缺点的根基上，由于直流电机的额定输出转矩较低，缺乏以驱动后轮抑制地面摩擦阻力传动，根据国内实际情况，提出了一种含有机械传动减速机构的电动轮椅，基于这种方案，设计了与之相匹配的减速器及其他传动机构，该方案采用直流电机经减速器与链条连接到后轴，以减低输出转速，增大输出转矩应用现代设计理论及方法、对驱动方式进展分析和再设计，优化车身骨架构造，添加必要的辅助功能装置，利用计算机辅助设计软件构建轮椅及各零部件三维模型，为新型低本钱电动轮椅的设计开发打下了一定根基，提供了一种供参考的驱动方案和骨架构造 [关键字]：电动轮椅；设计；机械系统；The design of electric wheelchairee(ee)Tutor : eeAbstract: This paper first analyzes the domestic and foreign various wheelchair status, based on comparing the advantages and disadvantages, because the rated output torque DC motor is low, not enough to drive the rear wheel to overcome the ground friction transmission, according to the actual situation, proposed the electric wheelchair with a mechanical reduction gear mechanism, based on this driving scheme, design of the reducer and other transmission mechanism is matched, the DC motor through reducer and the chain is connected to the rear axle, so as to reduce the output rotation speed, increase the output torque. Use the modern mechanical design theory and method, analyze and re-design the drive mode.Optimize the body frame structure. And add some necessary accessibility devices. Use computer aided designsoftware to build a three-dimensional model of the wheelchair and it’s components. This design of the electric wheelchair’s mechanical systems has lay a certain foundationfor the new type low-cost electric wheelchair and has given a reference scheme about drive modeand body frame structure.Keywords:wheelchair; design; mechanical system目 录1 序言11.1选题的目的及其研究意义 11.2课题相关领域的研究现状和开展趋势 11.2.1电动轮椅的现状 11.2.2电动轮椅的开展趋势 21.2.3研究方法 21.2.4应用领域 21.3主要研究内容、途径及技术路线 32 电动轮椅驱动及转向系统设计及主要参数42.1设计内容 42.2驱动及转向系统设计 42.2.1轮椅驱动及转向系统方案分析及选择 42.2.2前轮转向式驱动及转向系统设计 62.3 主要尺寸 73 驱动电机选型 84蓄电池选用125 减速器设计145.1计算传动装置的参数 145.2齿轮的设计计算 155.2.1齿轮材料和热处理的选择 155.2.2按齿面接触强度计算 155.2.3齿轮几何尺寸的设计计算 165.2.4按齿根弯曲强度设计齿轮 175.2.5几何尺寸计算 196 链轮设计217 电动轮椅整体设计237.1车身骨架设计 237.2控制系统设计 248 总结26致谢 28参考文献291 序言 电动轮椅是一种以蓄电池为能源、电子装置控制驱动的动力轮椅车。

使用者可通过控制装置自行驱动轮椅车行进适用于高位截瘫、偏瘫及下肢功能障碍者使用，是一种比拟理想的康复和代步工具1.1选题的目的及其研究意义随着生活水平的提高，人们对老年人和残疾人的关注度日渐提高，各种各样的电动式轮椅进入消费者的视线我国的轮椅开展比拟缓慢，直到20世纪90年代后，随着中国人口的老龄化越来越严重，轮椅才有了较快的开展轮椅是老年人和肢体伤残者不可缺少的康复和代步工具现有的轮椅以手动居多，存在一定缺乏，缺乏动力效能不能满足使用者日常生活和出行需要，长时间使用会让人感到疲劳，而且在实际使用中通常需要人员辅助目前市面上的电动轮椅价格不菲，普通家庭消费不起，局部是以改变电机的电流来实现控制轮椅速度，这不仅对电机损耗较大，而且功能不够全面，安全系数较低，实用性不强如当遇到刮风或者爬坡时，有时会很难前进由于直流电机的额定转速一般较高，远高于轮椅平稳行驶时后轮所要求的转速，而直流电机的额定输出转矩又较低，缺乏以驱动后轮抑制地面摩擦阻力转动，所以，必须在直流电机输出端设置减速器，以减低输出转速，增大输出转矩1.2课题相关领域的研究现状和开展趋势1.2.1电动轮椅的现状1.国内电动轮椅开展简况 国内对电动轮椅的研究较晚，尤其是智能电动轮椅，研究还不完善，但近几年开展很快。

国内厂商生产的电动轮椅大局部为四轮式和六轮式，一般都具有调速、翻越简单路障和防倾倒等功能虽然国内电动轮椅研究还不太完善，但在一定的根基上还是有所提高的例如有些生产商在原有轮椅的研究上，创造出利用驱动左、右动力后轮的左、右电机串联连接设计，从而具有差动速度功能，使电动轮椅行驶时稳定舒适、转向可靠近几年，还出现了手扶电动、可爬梯以及站立式电动轮椅2.国外电动轮椅开展简况自1986年英国开场研制第一辆智能轮椅以来，许多国家投入较多资金研究智能轮椅如美国麻省理工学院WHEELESLEY工程、法国VAHM工程、德国乌尔姆大学MAID〔老年人及残疾人助动器〕工程、Bremen Autonomous Wheelchair工程、西班牙STAMO工程、加拿大AAI公司TAO工程、欧盟TIDE工程等1989年法国开场研究VAHM工程，第一阶段的智能轮椅由轮椅、pc486、超声波传感器、人机界面和一个可匹配用户身体能力转换的图形屏幕组成设置为手动、自动、半自动三种模式，手动时轮椅执行用户具体指令和行动任务；自动状态时用户只需选定目标，轮椅控制整个系统，此模式需要高度的可靠性；半自动模式下用户与轮椅分享控制为了更好适应用户需求，研究者在康复中心进展了一系列调查，得出结论：系统必须是多功能的，不仅应适应残障人士的生理和认知能力，也应适应环境的构造和形态。

在此根基上，经改进后研制出第二代产品，相对于第一代产品，其功能更丰富，面向用户范围更广，性价比更好，改进了大量控制高性能电动轮椅的生产厂家集中在国外，技术较先进的国家有美国、德国、英国、瑞典、日本和比利时等生产的电动轮椅功能强大，除一般功能外，还有可记忆地图、自动导航、避障、自动行走、与用户交互等功能，构造也多种多样，有四轮式、三轮式、六轮式和履带式等多种多样，性能也较优秀，除能适应城市中平坦路况外，有些还能登山越野，适应较大坡度和不平度的路况近几年，国外在高档轮椅方面又有了很大的开展，例如IBOT智能轮椅，不仅能够轻松平稳地在崎岖和很大坡度的路面行驶，还能够上下楼梯，而且可以利用2个后轮站立或行走在日本，还创造了一种靠脸部表情来控制的高级电动轮椅，使用者只需在头上系上一根特殊的带子，然后通过改变表情就可以实现轮椅的运动1.2.2电动轮椅的开展趋势随着机器人技术、人工智能技术和传感器技术的进步，电动轮椅的研究朝着高性能、多功能、智能化和人性化的方向开展智能轮椅不但可以为老年人和残疾人提供一种良好的代步工具，而且可以具有自主导航、自主避障、人机对话等服务机器人所具有的各种功能，因而可以帮助残疾人和老年人提高自己的生活自理能力和工作能力，使他们更好地融入社会.1.2.3研究方法初期的研究，赋予轮椅的功能一般都是低级控制，如简单的运动、速度控制及避障等。

随着机器人控制技术的开展，移动机器人大量技术用于轮椅，电动轮椅在更现实的根基上，有更好的交互性、适应性、自主性1.2.4应用领域随着科学技术的开展，电动轮椅的强大功能不仅适用于年老体弱的老年人和重度残疾的伤患，同样的，它也适合于大型车间工人的代步工具1.3主要研究内容、途径及技术路线为了改变我国轮椅的现状，解决人们对高品质生活的追求，因此，设计一款含有减速器装置以减低输出转速，增大输出转矩的电动轮椅有很重要的意义，并将给老年人和残疾人士的生活带来极大的帮助1.31具体研究内容1.充分了解电动轮椅的构造特点及构造，并进展市场调查，分析研究现有电动轮椅的优缺点以及可改进之处特别是调速原理2.搜集各类电动轮椅的资料，包括相关国家标准及最新成果3.设计多个方案，并从选出总体设计方案后对总体设计进展细化〔1〕轮椅驱动及转向系统设计 包括驱动及转向方案的分析和选择、驱动及转向系统整体设计、电动机选型、减速器设计、其他传动装置设计、蓄电池选择等重点是减速器的设计，计算减速范围以及车轮输出转矩 〔2〕轮椅车身骨架设计 包括人体坐姿分析、前后轮布置、骨架各组成部件形状和尺寸设计等〔3〕轮椅整体三位建模 包括各零部件的建模和装配，总装配和生成二维工程图。

4.对设计进展校核，确保方案的可行性1.32主要研究途径和技术路线利用所学知识和参考国内外电动轮椅文献资料，对轮椅机械系统进展讨论、画草图、分析、减速器设计，初步确定多种方案，计算减速器的转矩范围并进展校核来确定最终方案优化车身骨架构造，添加必要的辅助功能装置，利用计算机辅助设计软件构建轮椅及各零件三维模型2.电机选择2.1电动机选择〔倒数第三页里有东东〕2.1.1选择电动机类型2.1.2选择电动机容量电动机所需工作功率为：；工作机所需功率为：；传动装置的总效率为：；传动滚筒滚动轴承效率闭式齿轮传动效率联轴器效率代入数值得：所需电动机功率为：略大于即可选用同步转速1460r/min ；4级；型号 Y160M-4.功率为11kW2.1.3确定电动机转速取滚筒直径1.分配传动比〔1〕总传动比(2)分配动装置各级传动比取两级圆柱齿轮减速器高速级传动比则低速级的传动比2.1.4 电机端盖组装CAD截图图2.1.4电机端盖2.2 运动和动力参数计算2.2.1电动机轴2.2.2高速轴2.2.3中间轴2.2.4低速轴2.2.5滚筒轴3.齿轮计。