自行走輪椅設(shè)計(jì)

1、目 錄1 緒論 . 21.1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況 . 41.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容 .51.3 設(shè)計(jì)思路 .52 系統(tǒng)方案 .7 2.1 機(jī)械系統(tǒng)方案 .72.2 控制方案 .92.3 總體方案 .10 3 機(jī)械結(jié)構(gòu)計(jì) .113.1 鏈條的傳動(dòng)設(shè)計(jì) .113.2 電動(dòng)機(jī)的選用 .113.3 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) .124 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) .134.1 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .145 總結(jié) .145.1 設(shè)計(jì)總結(jié) . 145.2 展望 . 14參考文獻(xiàn) . 15 附錄 .18致謝 . 19 一、緒 論1.1 自行走輪椅國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況隨著社會(huì)的發(fā)展和人類(lèi)文明程度的提高，人們特別是殘疾人愈來(lái)愈需要運(yùn)用現(xiàn)代高新技術(shù)來(lái)改善他們的生

2、活質(zhì)量和生活自由度。因?yàn)楦鞣N交通事故、天災(zāi)人禍和種種疾病，每年均有成千上萬(wàn)的人喪失一種或多種能力（如行走、動(dòng)手能力等）。隨著人口的增長(zhǎng)和醫(yī)療技術(shù)的進(jìn)步，社會(huì)老齡化問(wèn)題已成為很多國(guó)家不得不認(rèn)真對(duì)待的重要問(wèn)題之一。智能輪椅能夠幫助老年人和殘障人士獨(dú)立的生活，節(jié)省家庭護(hù)理費(fèi)用，減輕社會(huì)負(fù)擔(dān)。許多國(guó)家投入較多資金研究智能輪椅，涌現(xiàn)出許多成果，但由于價(jià)格和實(shí)用性的原因使它們暫時(shí)只能作為實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品。智能輪椅作為移動(dòng)機(jī)器人的一種,主要用來(lái)輔助老年人和殘疾人的日常生活和工作,是對(duì)他們?nèi)趸臋C(jī)體功能的一種補(bǔ)償.智能輪椅在作為代步工具的同時(shí)又可以使用攜帶的機(jī)器手臂完成簡(jiǎn)單的日常活動(dòng).使他們重新獲得生活能力,找回自立

3、、自尊的感覺(jué),重新融入社會(huì).因而,智能輪椅的研究得到越來(lái)越多的關(guān)注 本設(shè)計(jì)的研究目標(biāo)：在最經(jīng)濟(jì)的條件下，設(shè)計(jì)出一件最實(shí)用、最簡(jiǎn)易操作的自行走輪椅，功能齊全、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適用于傷殘人士、且能達(dá)到消費(fèi)者需求水準(zhǔn)的一件市場(chǎng)普及化產(chǎn)品。 主要特色：功能齊全、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便、使用方便、價(jià)格適當(dāng)、安全系數(shù)強(qiáng) 電動(dòng)輪椅技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)化 1產(chǎn)品特點(diǎn)電動(dòng)輪椅作為一種安裝有傳感器，具有良好的智能控制功能的電動(dòng)輪椅，不但具有普通的當(dāng)前市面上電動(dòng)輪椅所具有的所有功能，而且可以實(shí)現(xiàn)更加友好的人機(jī)接口和良好的操作性能。例如，可以實(shí)現(xiàn)避碰功能和導(dǎo)航功能，甚至可以實(shí)現(xiàn)利用無(wú)線方式將使用者的位置和基本狀態(tài)傳送給醫(yī)護(hù)人員和家人實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控

4、。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)（含文獻(xiàn)綜述）： 自動(dòng)輪椅作為醫(yī)療護(hù)理領(lǐng)域的服務(wù)機(jī)器人，其應(yīng)用大量使用了移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)在自動(dòng)輪椅的研究中涉及到的關(guān)鍵技術(shù)有導(dǎo)航系統(tǒng)、控制和能源系統(tǒng)、人機(jī)接口 但由于整個(gè)輪椅系統(tǒng)以人為中心，所以在研究中要解決的核心是輪椅的安全導(dǎo)航問(wèn)題所謂導(dǎo)航即是指移動(dòng)機(jī)器人按照預(yù)先給定的任務(wù)命令，根據(jù)已知的地圖信息作出全局路徑規(guī)劃，并在行進(jìn)過(guò)程中，不斷感知周?chē)木植凯h(huán)境信息，自主地作出各種決策，并隨時(shí)調(diào)整自身位姿，引導(dǎo)自身安全行駛到達(dá)目標(biāo)位置 智能輪椅作為醫(yī)療護(hù)理領(lǐng)域的服務(wù)機(jī)器人，其應(yīng)用大量使用了移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)。在智能輪椅的研究中涉及到的關(guān)鍵技術(shù)有導(dǎo)航系統(tǒng)、控制和能源系統(tǒng)、人機(jī)接口，

5、但由于整個(gè)輪椅系統(tǒng)以人為中心，所以在研究中要解決的核心是輪椅的安全導(dǎo)航問(wèn)題。所謂導(dǎo)航即是指移動(dòng)機(jī)器人按照預(yù)先給定的任務(wù)命令，根據(jù)已知的地圖信息作出全局路徑規(guī)劃，并在行進(jìn)過(guò)程中，不斷感知周?chē)木植凯h(huán)境信息，自主地作出各種決策，并隨時(shí)調(diào)整自身位姿，引導(dǎo)自身安全行駛到達(dá)目標(biāo)位置。隨著社會(huì)的發(fā)展和人類(lèi)文明程度的提高，人們特別是殘疾人愈來(lái)愈需要運(yùn)用現(xiàn)代高新技術(shù)來(lái)改善他們的生活質(zhì)量和生活自由度。因?yàn)楦鞣N交通事故、天災(zāi)人禍和種種疾病，每年均有成千上萬(wàn)的人喪失一種或多種能力（如行走、動(dòng)手能力等）。因此，對(duì)用于幫助殘障人行走的機(jī)器人輪椅的研究已逐漸成為熱點(diǎn)，如西班牙、意大利等國(guó)，中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所也成功研制

6、了一種具有視覺(jué)和口令導(dǎo)航功能并能與人進(jìn)行語(yǔ)音交互的智能輪椅。近幾年來(lái)我國(guó)輪椅車(chē)的生產(chǎn)近幾年有了較大的發(fā)展，據(jù)中商情報(bào)網(wǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，目前全國(guó)規(guī)模以上輪椅生產(chǎn)企業(yè)約有30多家企業(yè)，主要集中在東部及沿海發(fā)達(dá)地區(qū)，外商投資輪椅生產(chǎn)企業(yè)在中國(guó)輪椅行業(yè)占絕對(duì)領(lǐng)導(dǎo)地位。近年來(lái)隨著人口老齡化到來(lái)及我國(guó)殘疾人康復(fù)事業(yè)的發(fā)展，這為輪椅生產(chǎn)企業(yè)提供了良好的空間和廣闊的市場(chǎng)前景。3同國(guó)外產(chǎn)品的綜合比較技術(shù)水平方面：與國(guó)外相比國(guó)內(nèi)已經(jīng)基本上沒(méi)有差距，在某些方面甚至還具有一定優(yōu)勢(shì)。生產(chǎn)工藝方面：雖然與國(guó)外相比還有一定差距，但通過(guò)分析解剖國(guó)外產(chǎn)品特點(diǎn)，利用自身優(yōu)勢(shì)可以在較短時(shí)間內(nèi)縮小這種差距。研發(fā)和生產(chǎn)成本方面：與國(guó)外相

7、比，國(guó)內(nèi)具有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)。市場(chǎng)潛力方面：國(guó)內(nèi)電動(dòng)輪椅市場(chǎng)剛剛啟動(dòng)，尚沒(méi)有強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，市場(chǎng)潛力非常大。 4國(guó)內(nèi)現(xiàn)有企業(yè)情況介紹首先，國(guó)內(nèi)尚無(wú)具備智能輪椅生產(chǎn)的企業(yè)，現(xiàn)有的輪椅生產(chǎn)企業(yè)還主要定位在電動(dòng)輪椅的生產(chǎn)上。且由于國(guó)內(nèi)目前上不具備研制開(kāi)發(fā)高性能電動(dòng)輪椅控制器的能力，國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)企業(yè)的電動(dòng)輪椅產(chǎn)品基本上都采用了國(guó)外的電動(dòng)輪椅控制器，甚至部分企業(yè)的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)總成也采用了外購(gòu)方式，因此國(guó)內(nèi)現(xiàn)有企業(yè)的產(chǎn)品成本居高不下，影響了市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)能力的形成。同時(shí)由于不得不采用價(jià)格昂貴的進(jìn)口控制器，國(guó)內(nèi)電動(dòng)輪椅產(chǎn)品的市場(chǎng)售價(jià)長(zhǎng)期以來(lái)居高不下，難以為普通用戶(hù)接受，也直接影響了電動(dòng)輪椅市場(chǎng)的啟動(dòng)。 5國(guó)家產(chǎn)業(yè)支持國(guó)家

8、科技發(fā)展部門(mén)已經(jīng)看到智能輪椅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展契機(jī)，已經(jīng)從國(guó)家的產(chǎn)業(yè)發(fā)展角度來(lái)對(duì)其未來(lái)的發(fā)展進(jìn)行支持。下圖是普通輪椅圖 下圖為設(shè)計(jì)的自行走輪椅產(chǎn)品圖1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容 本設(shè)計(jì)的是為殘疾人士和老年人設(shè)計(jì)一款自行走輪椅。 自行走輪椅作為老年人和殘疾人的代步工具,有著嚴(yán)格的技術(shù)要求。輪椅優(yōu)良的驅(qū)動(dòng)性能和嚴(yán)格的安全性保障是首要的技術(shù)要求。技術(shù)要求主要如下1. 基本驅(qū)動(dòng)功能 輪椅的模擬給定是由操縱桿發(fā)出的, 由速度檔位設(shè)置按鍵來(lái)設(shè)定輪椅最高和最低運(yùn)行速度。輪椅在起/制動(dòng)時(shí)必須平滑穩(wěn)定和安全。自行走輪椅對(duì)電機(jī)的起/制動(dòng)快速性沒(méi)有特殊要求, 但對(duì)機(jī)械特性有相對(duì)較高的要求。輪椅必須能夠至少爬行5的坡, 能夠在草地等比較

9、糟糕的路況下運(yùn)行, 能夠在左/右驅(qū)動(dòng)輪處于不同路面時(shí)正常運(yùn)行。2.故障檢測(cè)及保護(hù)控制器應(yīng)能自動(dòng)進(jìn)行故障診斷、定位和報(bào)警,并對(duì)一些常見(jiàn)故障進(jìn)行顯示。當(dāng)輪椅運(yùn)行時(shí)如果檢測(cè)出故障, 系統(tǒng)能夠使輪椅安全停止并鎖定;當(dāng)輪椅靜止時(shí)出現(xiàn)故障, 系統(tǒng)應(yīng)能夠立即鎖定輪椅1.3 設(shè)計(jì)思路 本品設(shè)計(jì)的路線是在普通輪椅上增加電路和電動(dòng)機(jī)，用電能來(lái)取代手動(dòng)，從而使傷殘人士和老年人更方便使用輪椅。電機(jī)選擇的是y160m1，連接電路來(lái)帶動(dòng)鏈條連接機(jī)構(gòu)。用單片機(jī)輸出、輸入信號(hào)，連接到輪椅扶手上的控制器，當(dāng)控制器給出命令的時(shí)候，單片機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，再通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)鏈條，使整個(gè)輪椅能運(yùn)動(dòng)起來(lái)。 本款自行走輪椅最快速度為10km/h,具

10、備轉(zhuǎn)向、加速、減速、剎車(chē)功能。二、系統(tǒng)方案2.1 機(jī)械系統(tǒng)方案 圖1自行走輪椅運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)示意圖 上圖1為輪椅運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)組成?？梢?jiàn), 自行走輪椅運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)主要由操縱桿信號(hào)處理部分、電機(jī)控制部分和輪椅狀態(tài)檢測(cè)分組成。操縱桿輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)操縱桿信號(hào)處理部分后被合成為帶起/制動(dòng)s曲線和死區(qū)的輪椅的速度和方向給定值。這個(gè)給定值就是用戶(hù)給控制器的控制指令。電機(jī)控制部分接收用戶(hù)的指令和反饋信號(hào)來(lái)合成電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)和其他控制信號(hào)。這部分是輪椅運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的核心部分。電機(jī)檢測(cè)部分檢測(cè)電機(jī)和控制器的工作狀態(tài)。這些檢測(cè)信號(hào)被用作電機(jī)的控制信號(hào)和其它部分的控制信號(hào)。1.1操縱桿輸出信號(hào)速度給定合成由于操縱桿輸出是

11、二維的隨著位置變化而成比例變化的電壓信號(hào), 故非常適合用來(lái)控制自行走輪椅。用戶(hù)前后推動(dòng)操縱桿可以控制輪椅的運(yùn)行速度, 左/右推動(dòng)可以控制輪椅的轉(zhuǎn)向方向和轉(zhuǎn)向速度的大小。下面介紹怎樣把一個(gè)二維的操縱桿輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為速度和轉(zhuǎn)向控制指令。如果把操縱桿的信號(hào)看作是二維輸出信號(hào),分別在二維坐標(biāo)系中用x軸和y軸表示 1 。 圖2操縱桿輸出信號(hào)矢量合成示意圖可以將x軸信號(hào)看作是輪椅的轉(zhuǎn)向速度給定信號(hào), 而y軸信號(hào)則可以看作是輪椅的前向和后向速度給定信號(hào)。因此, 如果用戶(hù)想要轉(zhuǎn)向和前進(jìn),則可將輪椅的運(yùn)動(dòng)方向看作是x和y的矢量合成,如圖2中所示f。而左/右電機(jī)的速度給定sl 和sr可從下式得出 2 : sl =

12、cx fx +cy fysmax(1) sr =- cx fx +cy fysmax(2)其中, 設(shè)smax為速度給定最大值, cx代表輪椅的轉(zhuǎn)向速度特性, 而cy 則代表輪椅在前向和反向的速度特性。如果以上公式的計(jì)算結(jié)果大于了輪椅最大轉(zhuǎn)向速度, 則用最大轉(zhuǎn)向速度代替計(jì)算結(jié)果。 圖3表示以不同角度旋轉(zhuǎn)操縱桿時(shí), 輪椅的左/右輪速度給定曲線。如果sl 和sr 的值都是正的, 則輪椅向前前進(jìn)轉(zhuǎn)向, 否則是后退轉(zhuǎn)向。當(dāng)輪椅向左轉(zhuǎn)時(shí), 右輪正向轉(zhuǎn)動(dòng), 左輪反向轉(zhuǎn)動(dòng)或保持不變; 相反, 當(dāng)輪椅向右轉(zhuǎn)時(shí), 左輪正向轉(zhuǎn)動(dòng), 右輪反向轉(zhuǎn)動(dòng)或保持不變。當(dāng)一個(gè)輪保持不轉(zhuǎn)動(dòng)而另外一個(gè)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí), 輪椅做原地360轉(zhuǎn)彎

13、。 圖3以不同角度旋轉(zhuǎn)操縱桿時(shí)輪椅的左/右輪的速度曲線1.2速度給定的s曲線設(shè)計(jì)(1) 設(shè)計(jì)思路。s曲線本身是一個(gè)非線性函數(shù),其合成和編程都非常復(fù)雜。s曲線的形狀如圖4虛線所示。在輪椅起動(dòng)時(shí)應(yīng)該是一個(gè)拋物線形狀, 然后是輪椅的加速過(guò)程, 直至輪椅最大速度后, 加速度為零, 輪椅以恒定最大給定速度運(yùn)行; 制動(dòng)時(shí),輪椅先以直線的斜率減速, 最后在拋物線段舒緩地停止。本文用圖4中的一個(gè)折線近似地代替s曲線,用三段折線用來(lái)模擬拋物線。這使得編程非常簡(jiǎn)單,實(shí)踐證明, 控制效果非常理想。 圖4輪椅速度給定的s曲線示意圖(2) 實(shí)現(xiàn)方法。利用中斷時(shí)間和人體對(duì)加速度變化率的敏感特性來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)人體對(duì)加速度和加

14、速度變化率的敏感特性知, 當(dāng)加速度或減速度最大值不大于1.5 m / s2、平均加減速度不低于0.5 m / s2、加速度變化率小于1.5 m / s3 時(shí), 人體的舒適感比較好。設(shè)系統(tǒng)的中斷周期為t, 直線的斜率為k, 規(guī)定輪椅在t時(shí)間內(nèi)加速到速度給定最大值smax , 則: k =smaxt/t=smaxtt (3)圖4中, 三段線段斜率比值為: k1 k2 k3 = 1 1.92 2.6。具體程序?qū)崿F(xiàn)見(jiàn)第四節(jié)。在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中, k1、k2、k3 都被設(shè)置為可編程調(diào)節(jié)參數(shù),用戶(hù)可以根據(jù)自己的舒適性要求來(lái)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。2.2 控制方案設(shè)計(jì)對(duì)調(diào)速系統(tǒng)來(lái)說(shuō), 用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋可以獲得比較滿(mǎn)意的靜、

15、動(dòng)態(tài)性能。但是, 在本文的自行走輪椅運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中要實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋是非常困難的, 因?yàn)闊o(wú)法安裝轉(zhuǎn)速檢測(cè)裝置。故在設(shè)計(jì)中采用電壓負(fù)反饋和電流補(bǔ)償?shù)目刂品椒?3 。如果忽略電樞壓降, 則直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速近似與電樞兩端電壓成正比, 所以電壓負(fù)反饋基本上能夠代替轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的作用。采用電壓負(fù)反饋和電流補(bǔ)償控制的調(diào)速系統(tǒng)原理圖如圖5所示 圖5電壓負(fù)反饋和電流補(bǔ)償控制的調(diào)速系統(tǒng)原理圖其中, v +、v - 分別為電動(dòng)機(jī)兩端的電壓。它們同時(shí)被送入dsp 的ad采樣通道中, 在軟件中對(duì)v +、v - 進(jìn)行差分得到電機(jī)兩端的電壓。這樣可以消除由于電源電壓波動(dòng)等因素引起的電機(jī)端電壓的誤差。r1、r2 是采樣電

16、阻, 之所以有兩個(gè)采樣電阻, 是因?yàn)槲闹兴懻摰碾妱?dòng)輪椅控制系統(tǒng)采用雙極性模式, 可在四象限運(yùn)行。由如圖5所示的h橋可知, r2、r1可分別檢測(cè)電機(jī)的正反向電流。對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)控制方框圖如圖6所示。2.3 總體方案：在多次觀察了普通輪椅之后，發(fā)現(xiàn)在普通輪椅的座位底部安裝雙電動(dòng)機(jī)，然后把鏈條安裝在雙電動(dòng)機(jī)的連桿上，利用單片機(jī)來(lái)輸出、輸入信號(hào)，在單片機(jī)和雙電動(dòng)機(jī)的電路連接下，使整個(gè)設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)有一個(gè)完整的回路。從而實(shí)現(xiàn)這款自行走輪椅的運(yùn)行。整個(gè)設(shè)計(jì)思路其實(shí)比較是簡(jiǎn)單的，在安裝了設(shè)計(jì)電路后，通過(guò)電動(dòng)機(jī)做功來(lái)帶動(dòng)鏈條傳動(dòng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)自行走輪椅行走、加速、減速、剎車(chē)的各項(xiàng)功能。三、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 鏈條傳動(dòng)設(shè)計(jì)雙

17、電機(jī)組合帶動(dòng)鏈條，以電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力，電帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)上的桿和錐齒輪，通過(guò)鏈條的連接機(jī)構(gòu)，而帶動(dòng)車(chē)輪連桿上的鏈輪，這樣形成一個(gè)整體機(jī)構(gòu)過(guò)程。開(kāi)啟電源后，當(dāng)控制器發(fā)出運(yùn)行命令時(shí)，信號(hào)通過(guò)單片機(jī)電路與電動(dòng)機(jī)連接，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始啟動(dòng)，通過(guò)鏈條的傳動(dòng)，帶動(dòng)車(chē)輪向前或者向后行駛。3.2 電動(dòng)機(jī)的選用 本設(shè)計(jì)用的是雙電機(jī)組合，所以在選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，依照自行走輪椅運(yùn)行時(shí)最大速度10km/h，來(lái)選擇電動(dòng)機(jī)。 = =選擇的電動(dòng)機(jī)是y160m1 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速720車(chē)輪的轉(zhuǎn)速：則： 實(shí)際功率：傳動(dòng)比： 3.3 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，選用的是st公司的l298n電機(jī)專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片的主要特點(diǎn)是：工作電壓高，最高工作電壓

18、可達(dá)46v；輸出電流大，瞬間峰值電流可達(dá)3a，持續(xù)工作電流為2a；內(nèi)含兩個(gè)h橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、繼電器、線圈等感性負(fù)載；采用標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平信號(hào)控制；具有兩個(gè)使能控制端，在不受輸入信號(hào)影響的情況下允許或禁止器件工作有一個(gè)邏輯電源輸入端，使內(nèi)部邏輯電路部分在低電壓下工作；可以外接檢測(cè)電阻，將變化量反饋給控制電路。圖中電源和地之間接入了去耦電容，在電機(jī)線圈兩端分別接入二極管進(jìn)行過(guò)流保護(hù)。四、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 輪椅運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)總的流程如圖7所示。本文設(shè)計(jì)的輪椅控制系統(tǒng)是純數(shù)字化控制。系統(tǒng)軟件采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě), 代碼運(yùn)行效率高; 采用模塊化

19、的程序設(shè)計(jì)方法, 各功能模塊之間除接口變量外互相獨(dú)立。 圖7輪椅運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)總程序流程圖五、總結(jié)5.1 設(shè)計(jì)總結(jié) 本文以自行走輪椅運(yùn)動(dòng)控制為背景,依據(jù)系統(tǒng)控制方案編制了相應(yīng)的控制軟件, 軟件模塊化并考慮了參數(shù)修改和運(yùn)行狀態(tài)顯示等功能。經(jīng)調(diào)試和試運(yùn)行, 技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了預(yù)期要求。從考慮人的舒適性和可靠性出發(fā), 提出了基于電壓檢測(cè)的功率管故障及主電路故障判斷、定位的實(shí)施方案, 并給出了速度給定s曲線計(jì)算公式和軟件編程算法。運(yùn)行效果良好。操縱桿是輪椅運(yùn)動(dòng)速度方向和大小的給定裝置。 通過(guò)分析其原理導(dǎo)出了計(jì)算公式, 并通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)取得了良好效果?？傊? 本文完成了輪椅運(yùn)動(dòng)控制器設(shè)計(jì)、調(diào)試和試運(yùn)行, 各項(xiàng)指

20、標(biāo)均達(dá)到了預(yù)期目標(biāo), 驗(yàn)證了硬、軟件方案正確性及可行性。 本文的項(xiàng)目設(shè)計(jì)以國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域“服務(wù)機(jī)器人”重點(diǎn)項(xiàng)目2006年度課題申請(qǐng)指南中課題l智能輪椅關(guān)鍵技術(shù)、單元部件及目標(biāo)產(chǎn)品的研發(fā)的主要考核指標(biāo)為參考技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，目標(biāo)是構(gòu)建一個(gè)為老年人和殘疾人服務(wù)的自行走輪椅。 從自行走輪椅功能的角度對(duì)輪椅的硬件系統(tǒng)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，將自行走輪椅分為機(jī)械結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)、控制三部分。重點(diǎn)介紹了自行走輪椅控制系統(tǒng)，最主要的是設(shè)計(jì)了da轉(zhuǎn)換平臺(tái)，成功接管了智能輪椅核心控制器。利用控制器，成功實(shí)現(xiàn)自行走控制系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)電路控制器的工作，讓單片機(jī)開(kāi)發(fā)板通過(guò)程序直接控制輪椅運(yùn)動(dòng)。5.2 展

21、望 如前所述，本課題設(shè)計(jì)自行走輪椅控制系統(tǒng)，基本達(dá)到了實(shí)用性的要求。但由于多方面的原因，該系統(tǒng)需要進(jìn)一步的改進(jìn)與完善，還存在著很多不足。 在采用輪椅控制器控制電機(jī)時(shí)沒(méi)有加入測(cè)速環(huán)節(jié)構(gòu)成閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。由于每個(gè)用戶(hù)的體重不同，且輪椅行駛的路面情況不同，根據(jù)直流電機(jī)負(fù)載特性曲線可知，輪椅的實(shí)際電機(jī)轉(zhuǎn)速將會(huì)與設(shè)定值不同，這在實(shí)際應(yīng)用中是不應(yīng)該出現(xiàn)的，雖然在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了低成本的控制，仍然無(wú)法達(dá)到最智能的效果。缺乏機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的應(yīng)用。本項(xiàng)目中圖像傳感器僅應(yīng)用于路徑跟蹤，沒(méi)有開(kāi)發(fā)復(fù)雜的圖像處理與識(shí)別算法，且此處僅適用于跟蹤白色路面上的黑色路標(biāo)，使用場(chǎng)合有限。應(yīng)用先進(jìn)的機(jī)器視覺(jué)技術(shù)能夠大大提高輪椅的自主

22、性和智能化。61參考文獻(xiàn)1j. 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 21890.2 h. m. sh im, j. p. hong, s. b. chung, et al. poweredwheelchair

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26、】李玲，鄒大勇，謝維達(dá)基于自適應(yīng)模糊人工勢(shì)場(chǎng)法的自動(dòng)引導(dǎo)小車(chē)路徑規(guī)劃長(zhǎng)沙電力學(xué)院學(xué)報(bào)200520(3)：1-3 。15】謝宏斌，劉國(guó)棟，李春光基于遺傳算法的機(jī)器人動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃的仿真武漢工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)2003，22(3)：1-3【16】劉成良，張凱，付莊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在機(jī)器人路徑規(guī)劃中的應(yīng)用研究機(jī)器人2001，23(7)：14【1 7】李磊，葉濤，譚民移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)研究現(xiàn)狀與未來(lái)機(jī)器人2005，24(5)：1-5【1 8】levent yenilmez,hakan temeltasreal time multi-sensor fusion and navigation formobile robotse

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29、術(shù)與應(yīng)用2008，24(8)：99-。1 02【28】王戰(zhàn)雷基于超盧波的智能輪椅避障的研究【d】河北，河北工業(yè)大學(xué)【29】張培r，張志堅(jiān)，高修峰十六位單片機(jī)微處理器原理及應(yīng)用(凌陽(yáng)spce061a)北京：清華大學(xué)出版社2005【30】侯嬡彬，袁益民，崔漢平凌陽(yáng)單片機(jī)原理及其畢業(yè)設(shè)計(jì)精選北京：科學(xué)出版社，2006【3l】李守軒輪椅機(jī)器人語(yǔ)音識(shí)別控制系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)【d】南昌：南昌人學(xué)，2007【32】李守軒，張華，劉繼忠基t-spce061a的智能輪椅語(yǔ)音控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)【j】計(jì)算機(jī)工程，2008(14)：2225【33】羅亞非凌陽(yáng)16位單片機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003【34】

30、何湘智語(yǔ)音識(shí)別的研究與進(jìn)展計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2002(3)：3-6【35】荊嘉敏，劉加，劉潤(rùn)生基于hmm的語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用電子技術(shù)應(yīng)用2003(10)：12-14【36】趙力語(yǔ)音信號(hào)處理北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003【37】王富中，黃文浩基于語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動(dòng)化與儀器，2006(4)：810【38】孫驍苗，周東輝，栗欣等移動(dòng)機(jī)器人的多傳感器測(cè)距系統(tǒng)設(shè)計(jì)2006，25(2)：50-一52【39】吳銀鳳，劉光聰紅外線接收電路cx20106及其應(yīng)用無(wú)線屯2004(499)：53【40】陳寧智能體機(jī)器人動(dòng)態(tài)路徑規(guī)劃研究d】武漢，華中科技大學(xué)【4 1】kfujimura,h

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33、浙江，浙江大學(xué)2001附錄al 主要尺寸及結(jié)構(gòu)參數(shù)a1. 1 外形尺寸:長(zhǎng)、寬、高,mm,al. 2 軸距，mm.a1. 3 輪距，mm,al. 4 離地間隙,mmoal. 5 轉(zhuǎn)彎半徑mm.al-6 重量,kg,al. 7 最大載荷，kg.al.8 前后輪規(guī)格。al-9 輪胎氣壓，kpa0a2 電氣參數(shù)a2.1 電動(dòng)機(jī):型號(hào);額定電壓 ， v;額定功率 ， w 0a2.2 蓄電池:型號(hào);額定容量 ,a h ;額定電壓 ， v;裝備數(shù)量 ，個(gè) 。a2.3 充電器:電源,v,hz;輸 出電 壓 ， v;最 大 輸 出 電 流 ，a 0a2.4 調(diào)速器:最大輸出電流，a;連 續(xù) 工 作 電 流 ,

34、a 0a2.5 速度調(diào)節(jié)方式:分級(jí)變速;無(wú) 級(jí) 變 速 。a2.6 電壓指示，v0a3 主要技術(shù)性能參數(shù)a3.1 最大速度，km/ha3.2 制動(dòng)性能，m0a3.3 爬坡能力，(。)。a3.4 耗電量,kw h/100 km.a3.5 縱向穩(wěn)定性，(。)。a3.6 側(cè)向穩(wěn)定性，(0)附錄說(shuō)明：本標(biāo)準(zhǔn)由中華人民共和國(guó)民政部提出。本標(biāo)準(zhǔn)由全國(guó)殘疾人康復(fù)和專(zhuān)用設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)歸口。本標(biāo)準(zhǔn)由民政部北京假肢科學(xué)研究所、上海輪椅車(chē)廠、河北省假肢廠和浙江省(iq肢廠負(fù)責(zé)起草。致謝 通過(guò)了近兩個(gè)月的時(shí)間，我們了解到了很多關(guān)于機(jī)構(gòu)類(lèi)設(shè)計(jì)的知識(shí)，本論文是在導(dǎo)師袁坤副教授的悉心指導(dǎo)下完成的。從論文的選題到每一個(gè)

35、階段性成果，再到畢業(yè)論文的最后形成無(wú)不凝聚著袁老師的悉心指導(dǎo)和親切關(guān)懷。袁老師忘我的工作精神，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，淵博的學(xué)識(shí)，給我留下了深刻的印象，使我終生受益。謹(jǐn)在論文完成之際，向袁老師表示衷心的感謝和崇高的敬意! 感謝本組的每一位同學(xué)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)工作中的真誠(chéng)協(xié)助與交流及生活上給予的諸多幫助。感謝機(jī)電分院的眾位老師對(duì)我的辛勤指導(dǎo)，是你們的悉心教誨讓我在大學(xué)期間不僅學(xué)到很多理論上的知識(shí)，也讓我懂得了很多的人生哲理。衷心感謝所有關(guān)心、支持和幫助過(guò)我的老師、同學(xué)和朋友們! 最后，謹(jǐn)向百忙之中抽出寶貴時(shí)間評(píng)審本論文的各位專(zhuān)家致以誠(chéng)摯的謝意!09/08 20:02 3kn微型裝載機(jī)設(shè)計(jì)09/20 15:0

36、9 45t旋挖鉆機(jī)變幅機(jī)構(gòu)液壓缸設(shè)計(jì)08/30 15:32 5噸卷?yè)P(yáng)機(jī)設(shè)計(jì)10/30 17:12 c620軸撥桿的工藝規(guī)程及鉆2-16孔的鉆床夾具設(shè)計(jì)09/21 13:39 ca6140車(chē)床撥叉零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程及夾具設(shè)計(jì)83100308/30 15:37 cpu風(fēng)扇后蓋的注塑模具設(shè)計(jì)09/20 16:19 gdc956160工業(yè)對(duì)輥成型機(jī)設(shè)計(jì)08/30 15:45 ls型螺旋輸送機(jī)的設(shè)計(jì)10/07 23:43 ls型螺旋輸送機(jī)設(shè)計(jì)09/20 16:23 p-90b型耙斗式裝載機(jī)設(shè)計(jì)09/08 20:17 pe10自行車(chē)無(wú)級(jí)變速器設(shè)計(jì)10/07 09:23 話機(jī)機(jī)座下殼模具的設(shè)計(jì)與制造09

37、/08 20:20 t108噸自卸車(chē)拐軸的斷裂原因分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)09/21 13:39 x-y型數(shù)控銑床工作臺(tái)的設(shè)計(jì)09/08 20:25 yd5141syz后壓縮式垃圾車(chē)的上裝箱體設(shè)計(jì)10/07 09:20 zh1115w柴油機(jī)氣缸體三面粗鏜組合機(jī)床總體及左主軸箱設(shè)計(jì)09/21 15:34 zxt-06型多臂機(jī)凸輪軸加工工藝及工裝設(shè)計(jì)10/30 16:04 三孔連桿零件的工藝規(guī)程及鉆35h6孔的夾具設(shè)計(jì)08/30 17:57 三層貨運(yùn)電梯曳引機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)10/29 14:08 上蓋的工工藝規(guī)程及鉆6-4.5孔的夾具設(shè)計(jì)10/04 13:45 五噸單頭液壓放料機(jī)的設(shè)計(jì)10/04 13:44

38、 五噸單頭液壓放料機(jī)設(shè)計(jì)09/09 23:40 儀表外殼塑料模設(shè)計(jì)09/08 20:57 傳動(dòng)蓋沖壓工藝制定及沖孔模具設(shè)計(jì)09/08 21:00 傳動(dòng)系統(tǒng)測(cè)繪與分析設(shè)計(jì)10/07 23:46 保護(hù)罩模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)09/20 15:30 保鮮膜機(jī)設(shè)計(jì)10/04 14:35 減速箱體數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)10/04 13:20 鑿巖釬具釬尾的熱處理工藝探索設(shè)計(jì)09/08 21:33 分離爪工藝規(guī)程和工藝裝備設(shè)計(jì)10/30 15:26 制定左擺動(dòng)杠桿的工工藝規(guī)程及鉆12孔的夾具設(shè)計(jì)10/29 14:03 前蓋板零件的工藝規(guī)程及鉆8-m16深29孔的工裝夾具設(shè)計(jì)10/07 08:44 加油機(jī)油槍手柄護(hù)套模具設(shè)計(jì)09/20 15:17 加熱缸體注塑模設(shè)計(jì)10/07 09:17 動(dòng)模底板零件的工藝規(guī)程及鉆52孔的工裝夾具設(shè)計(jì)10/08 20:23 包縫機(jī)機(jī)體鉆孔組合機(jī)床總體及夾具設(shè)計(jì)09/21 15:19 升板機(jī)前后輔機(jī)的設(shè)計(jì)09/09 22:17 升降式止回閥的設(shè)計(jì)09/22 18:52 升降桿軸承座的夾具工藝規(guī)程及夾具設(shè)計(jì)09/09 16:41 升降杠桿軸承座零件的工藝規(guī)程及夾具設(shè)計(jì)08/30 15:59 半自動(dòng)鎖蓋機(jī)的