轮腿式轮椅传动系统设计与爬楼过程仿真

摘要

轮椅作为老年人以及残疾人士的主要代步工具,大大提高了这类人群的生活质量,但普通轮椅缺乏攀爬楼梯和越障跨沟的能力,从而限制了轮椅的使用范围。本课题针对这一实际问题,在分析现有爬楼梯轮椅的基础上,提出并设计了一种经济实用、性能优越、功能全面的爬楼梯轮椅。其在平地运行时以普通轮椅的形式工作,而在上下楼梯和跨沟越障时,使用者可以独立操作轮椅的辅助机构实现特殊功能。
　　现代机械系统中,传动系统是系统设计的重要部分,是优化提高系统整体性能的关键。因此,本文首先介绍了利用键合图理论进行机械系统原理设计的基本方法。然后根据轮椅传动系统的功能以及性能要求,利用此方法对传动系统进行了方案设计。并利用直接评分法对所产生的方案进行了评价。
　　为了研究轮椅在上楼梯时的运动性能,利用运动学、机械原理等知识,结合轮椅自身的运动情况,建立了轮椅的机构运动学建模方法。利用该方法将轮椅上楼梯的过程分解为多个机构运动模型,通过分析每一个模型中机构的运动状态得到轮椅整体的运动性能。
　　同时,以所建立的机构模型运动分析为基础,利用MATLAB对轮椅的上楼梯过程进行了仿真。分析了轮椅上关键参考点和结构的运动规律,并根据这些结果讨论了轮椅在上楼梯过程中的运动性能,以及前腿机构的运动控制策略。
　　通过以上工作,为本文所涉及的爬楼梯轮椅的后续研究提供理论支持。

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第一章 绪论

§1-1 课题的来源及研究意义

§1-2 国内外研究现状与发展趋势

§1-3本课题的主要究内容及安排

第二章 基于键合图的机械传动系统方案设计方法

§2-1 引言

§2-2键合图的基础知识

§2-3产生多个方案的键合图方法

§2-4 多方案选择与评价

§2-5 本章小结

第三章 轮椅机械传动系统设计

§3-1引言

§3-2传动系统方案设计

§3-3 多方案评价与选择

§3-4 传动系统三维实体建模

§3-5本章小结

第四章 轮椅上楼梯过程运动学建模与分析

§4-1 引言

§4-2 轮椅上楼梯过程建模

§4-3轮椅上楼梯过程的运动学分析

§4-4 本章小结

第五章 基于MATLAB的轮椅上楼梯过程运动仿真

§5-1 引言

§5-2 MATLAB程序编程介绍

§5-3机构运动学仿真程序设计

§5-4 轮椅上楼梯过程运动学仿真

§5-5 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