麦克纳姆轮.ppt

电动轮椅的设计
电气1331
第99组
电动轮椅的简介
电动轮椅是在传统手动轮椅的基础上,叠加高性能动力驱动装置、智能操纵装置、电池等部件,改造升级而成的,具备人工操纵智能控制器,就能驱动轮椅完成前进、后退、转向、站立、平躺、等多种功能的新一代智能化轮椅,是现代精密机械、智能数控、工程力学等领域相结合的高新科技产品。
电动轮椅的研究意义
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。我国的轮椅发展比较缓慢,直到20世纪90年代后,随着中国人口的老龄化越来越严重,轮椅才有了较快的发展。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,存在一定不足,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性价比不高,普通家庭消费不起,部分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。
电动轮椅的研究方向
万向轮
全向轮(麦克纳姆轮)
优点
制造简单,价格便宜。
麦克纳姆轮技术的全方位运动设备可以实现前行、横移、斜行、旋转及其组合等运动方式。麦轮的承重更大,与地面的摩擦力更大,不容易打滑。
缺点
无法全向平移,有一定的局限性,不适合在地域狭窄的地方使用。
造价昂贵。
基于两种轮子的比较,为了预防各种突发事故,我们将采用万向轮。
轮椅控制系统逻辑图
电机
码盘
给定信号
单片机控制
控制器
放大器
轮子
电动轮椅的详细设计
1. 轮椅主架设计





7其他

在本轮椅中,主车架用来连接驱动直流电机与轮子,升降器与座椅,电池、控制器、传感器以及其他人机接口等重要部件,它的设计直接影响着轮椅的性能。设计过程中,首先确定电机及轮子与底架的连接方式,考虑到人机工程学的要求,轮椅应有减震效果以提高舒适性。但若减震器布置不合理将可能导致轮椅架构不稳定,考虑到合理的布置减震器需要大量的实验,且需要耗费大量的时间与精力,所以不做过多的设计。

驱动电机类型的选择需要综合考虑轮椅车动力性要求、电机的性能、重量、体积等技术水平因素和成本等经济因素。区别于手动轮椅,电动轮椅所有的动力都是通过驱动电机传递到车轮的,因而驱动电机的效率尤为重要。确定电机特性参数的主要依旧是满足车辆以最高载荷行驶时的连续功率要求,同时还要满足车辆以最大峰值转矩来加速或爬坡的要求。
对全方位轮椅移动机构的控制一般是通过控制驱动电机来实现的。由于直流电机凭借着其良好的调速特性,在电动轮椅的控制领域得到了广泛的应用,全方位轮椅的四个麦克纳姆轮采用了四个直流电机进行控制。
①.平地功率计算:
假设人和车的总重是200kg,轮椅在平地行走时需克服地面的摩擦力,,由于轮轮椅采用麦克纳姆轮结构,轮椅在直线前进功率的损耗最大,,。轮椅最大限速为6km/h,则电机功率为:
P=FV/η1η2=μmgV/η1η2=127W
②.爬坡功率计算:
设定轮椅可以爬坡度为12°的坡,爬坡速度为1km/h,则电机功率:
P=FV/η1η2=(μmgcosθ+mgsinθ)V/η1η2=250W
所以可以选用100W的电机四个,作为驱动电机使用。