可重构八足轮腿式爬楼梯轮椅机构设计及运动分析

摘要

医疗技术的飞速发展和交通的便利给人们的生活带来便利的同时，也使行动不便的老年人和残疾人数量呈现不断的上升趋势，因此轮椅就成了这一部分人的生活、工作和学习的必需品。然而现在国内外市场上的轮椅普遍都只能在平地上行走，当遇到楼梯、台阶等障碍物时，必须要借助他人的帮助，这就很大程度上限制了这些行动不便的人们的出行。基于以上情况，本课题研究出一种既可以平地行走，又可以上下楼梯、跨越障碍物的多功能电动轮椅，使残障人士可以乘坐其完全独立出行。
　　前腿机构和爬楼梯机构相互配合，共同辅助轮椅在上下楼及越障时完成动作，这两部分是本课题所研究轮椅的创新点之一。本文首先根据这两个机构各自要完成的功能确定出实现其功能的不同方案，然后用模糊综合评价法选出最优方案、完成构形设计并进行三维实体造型。
　　根据上下楼梯时给轮椅提供驱动力的部位的不同，将轮椅上下楼梯全过程看成是轮椅在四边形模型、五边形模型、六边形模型三个广义行为图模型间连续切换的过程，并利用机械原理知识对这三种广义行为图模型建立数学模型，以便于更全面地分析轮椅的运动学状态。
　　最后，根据轮椅上下楼过程不同驱动轮运动轨迹的特点以及轮椅整体的运动特点，对各驱动轮的运动轨迹作了规划，再利用MATLAB软件对轮椅上下楼梯运动情况进行仿真分析，得到模型中一些关键点和构件的（角）位移、（角）速度、（角）加速度的变化情况。通过这些数据，可以直观反应轮椅的运动情况，为后续轮椅运动规律的改进和轮椅的控制提供理论基础。

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第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本课题研究的主要内容及安排

第二章 轮腿式爬楼梯轮椅前腿机构与爬楼梯机构设计

2.1 引言

2.2 轮椅机械系统组成

2.3 轮椅前腿机构设计

2.4 轮椅爬楼梯机构设计

2.5 本章小结

第三章 爬楼梯轮椅运动过程轨迹规划

3.1 引言

3.2 轮椅上下楼梯广义行为图

3.3轮椅上下楼梯过程轨迹规划

3.4本章小结

第四章 轮椅上下楼梯过程运动学建模

4.1 引言

4.2轮椅上下楼梯运动学建模

4.3 本章小结

第五章 基于MATLAB的爬楼梯轮椅上下楼梯运动仿真

5.1 引言

5.2 轮椅上下楼梯运动仿真程序设计

5.3 轮椅上下楼梯过程运动仿真

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间取得的相关研究成果