驾驶员座椅、智能轮椅一体化的结构优化与性能分析

摘要

为保证下肢残障人士能够驾车独立远行，能够像平常人那样享受现代科技赋予人们的便捷，本课题以下肢残疾人独立驾驶汽车出行的问题作为主要研究方向，设计了一款集智能轮椅和汽车驾驶员座椅的功能于一身的一体化轮椅。使残疾人可以在驾驶轮椅的情况下独立进入机动车并驾驶机动车远行，以此保证残疾人驾车远行的根本生理要求。课题研究的主要内容如下:
　　1.从下肢残疾人士驾车独立远行的需求分析入手，针对机动车驾驶室空间有限的实际状况和人体的姿势和形态在驾驶机动车时的相关规定，作者确立了一体化轮椅要实现的各项功能，提出了一体化轮椅总的机构方案，完成了各部分机构的综合，并且使用封闭矢量法对部分机构做了运动学的分析，确定了各构件位置关系，从而使各部分机构能够协同调节。
　　2.依据我国有关残疾人轮椅空间的规定及成年人身体指标的统计数据，并参考驾驶室空间和人机工程学，作者针对一体化轮椅的结构进行了设计。通过对轮椅的整体尺寸和结构方案进行分析，在SolidWorks中对一体化轮椅各个部件进行虚拟建模，并对虚拟装配好的虚拟样机进行干涉性验证，最终得到一个结构合理的一体化轮椅。
　　3.通过CATIA人机工程学的功能，导入调整参数的成年人模型，对一体化轮椅结构的舒适性和合理性进行设计和验证，通过对人体模型各关节角度关于舒适性的设定，检测到一体化轮椅和人体模型并未发生干涉，最终可以得出一体化轮椅符合舒适性要求的结论。
　　4.对一体化轮椅的工作状况进行分析，确定各种工作状况下轮椅的载荷情况，对轮椅主要受力部件前轮支架和后轮支架在各种工作状况下的力学环境做相关分析和仿真。结果表明，无论在何种工作状态下，一体化轮椅关键部件的力学性能都符合要求。
　　通过对一体化轮椅的参数和仿真结果进行验算，一体化轮椅的结构能够很好符合中国成年人身体的各项参数要求和狭小空间情况下的性能要求，可以满足下肢残疾人独立远行需求，其设计思路和流程能够为一体化轮椅今后的设计和改善提供很好的设计角度和方法。

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第一章 绪论

1.1课题研究目的和意义

1.2一体化轮椅概述

1.3本文主要内容

第二章 一体化轮椅的功能和机构设计

2.1一体化轮椅的需求分析

2.2国内外现有轮椅产品的机构分析

2.3一体化轮椅的功能要求

2.4一体化轮椅的机构构型

2.5轮椅各机构运动特性仿真

2.6本章小结

第三章 一体化轮椅的结构设计和虚拟模型建立

3.1一体化轮椅静态数据选取原则

3.2一体化轮椅的结构方案设计

3.3 SolidWorks环境下一体化轮椅的虚拟建模

3.4本章小结

第四章 基于人因工程学的一体化轮椅性能分析

4.1 CATIA的人因工程学模块简介

4.2三维人体模型的建立

4.3一体化轮椅的尺寸检测

4.4舒适性分析

4.5本章小结

第五章 一体化轮椅关键部件的力学性能分析

5.1一体化轮椅性能参数的设定

5.2关键部件金属结构设计计算

5.3基于SolidWorks的金属结构静力分析

5.4本章小结

第六章 结论

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢