1、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
2、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,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2.电机的计算和选型以及电机控制3.控制电路4.麦克纳姆轮的选择与结构5.
3、升降装置的选型6.电池的选型7其他,1.轮椅主架设计,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。,2.电机的计算和选型以及电机控制,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
4、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。,.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，选取一般路面的滚动摩擦系数为0.02，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，效率为0.70，同时传动机构的效率预估为0.75。轮椅最
5、大限速为6km/h，则电机功率为：P=FV/12=mgV/12=127W,.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/12=(mgcos+mgsin)V/12=250W所以可以选用100W的电机四个，作为驱动电机使用。,电机的选择,增量式编码器,增量式编码器轴旋转时，有相应的相位输出。其旋转方向的判别和脉冲数量的增减，需借助后部的判向电路和计数器来实现。其计数起点可任意设定，并可实现多圈的无限累加和测量。还可以把每转发出一个脉冲的Z信号，作为参考机械零位。当脉冲已固定，而需要提高分辨率时，可利用带90度相位差A，B的两路信号，对原脉冲数进行倍频。,
6、旋转编码器,3.控制电路,.驱动电路 为了使轮椅满足全方位移动的运动特性，麦轮需要能够正向和反向转动，这就要求直流电动机必须能够实现双向驱动。当直流电机需要双向驱动时，一般使用4个功率元件组成的全桥式驱动电路。 BTS7960的芯片内部为一个半桥。INH引脚为高电平，使能BTS7960。IN引脚用于确定哪个MOSFET导通。IN=1且INH=1时，高边MOSFET导通，OUT引脚输出高电平；IN=0且INH=1时，低边MOSFET导通，OUT引脚输出低电平。SR引脚外接电阻的大小，可以调节MOS管导通和关断的时间，具有防电磁干扰的功能。IS引脚是电流检测输出引脚。,BTS7960全桥驱动电路示
7、意图,.控制电路控制器用MC9S12XS128单片机为核心，并通过降压电路、通信电路等各种电路加以辅助。,4.麦克纳姆轮的结构与选择,麦克纳姆轮的全方位移动方式是基于一个有许多位于机轮周边的轮轴的中心轮的原理上，这些成角度的周边轮轴把一部分的机轮转向力转化到一个机轮法向力上面。依靠各自机轮的方向和速度，这些力的最终合成在任何要求的方向上产生一个合力矢量从而保证了这个平台在最终的合力矢量的方向上能自由地移动，而不改变机轮自身的方向。在它的轮缘上斜向分布着许多小滚子，故轮子可以横向滑移。小滚子的母线很特殊，当轮子绕着固定的轮心轴转动时，各个小滚子的包络线为圆柱面，所以该轮能够连续地向前滚动。麦克纳
8、姆轮结构紧凑，运动灵活，是很成功的一种全方位轮。有4个这种新型轮子进行组合，可以更灵活方便的实现全方位移动功能。,麦克纳姆轮的结构,麦克纳姆轮的移动方式,麦克纳姆轮的移动方式,全向轮的选择 QLM-15 6寸90度全向轮,5.升降装置的选型,假设座椅与人的共重150kg，并考虑一定的安全余量，选用推力为2000N升降的立柱，经过比较，选用捷昌牌电动升降立柱。,6.电池的选型,为了满足电路需求，我们的选择是铅酸蓄电池，因为这方面技术成熟，安全性高。为了保证电动轮子的行驶持久性。我们决定选择24V 45AH的铅酸蓄电池2个。,其他,操作杆,成本核算,ps:我们技术成熟欢迎各位土豪投资！,谢谢观赏,
