可重构八足轮腿式轮椅前腿机构设计及上楼过程运动学仿真

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1、分类号：密级：UDC：编号：201321202034河北工业大学硕士学位论文可重构八足轮腿式轮椅前腿机构设计及上楼过程运动学仿真论文作者：宗保玲学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：机械工程指导教师：曹东兴职称：教授资助基金项目：国家自然科学基金(NO.51275152)可重构的八足轮腿混合式轮椅车设计理论及方法研究DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMechanicalEngineeringDESIGNFORFORELEGMECHANISMOFRECONFIGURABLEEIGHT-L

2、EGWHEEL-LEGGEDWHEELCHAIRANDUPSTAIRSPROCESSKINEMATICSSIMULATIONbyZongBaolingSupervisor:Prof.CaoDongxingMay2016ThisworksupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina.NO.51275152原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做

3、出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：摘要现代社会，越来越多的老年人及肢体残疾人选择电动轮椅作为出行工具，但普通电动轮椅

4、仅能在平地或小坡度地面上运行，当遇到台阶、沟壑、楼梯等障碍物时就变得无能为力了。为了使轮椅具有上下楼梯、越障、过沟的功能，在分析现有电动爬楼梯轮椅的基础上，本课题设计了一种轮腿复合式电动轮椅。本文主要研究内容是对轮椅前腿机构进行方案改进及设计，同时对轮椅上楼过程进行仿真。第一，针对前腿机构的不足，在原方案的基础上添加了一种升降机构。应用功能方法树模型获得了升降机构多种可行方案并采用直接评分法确定了最优方案，将其与原方案组合得到了前腿机构整体方案并对其构型进行了详细的设计。然后，将多层次虚拟装配模型与通口理论结合，给出了一种新的装配模型，利用本方法对前腿机构进行了装配分析并利用UG对其进行了虚

5、拟装配。第二，根据驱动轮组合方式的不同，轮椅爬楼的过程可以等效为四边形模型、五边形模型、六边形模型变换的过程。根据轮椅的整体结构及要完成的动作，给出轮椅上楼过程的运行策略。在此基础上，对各驱动轮的轨迹进行了规划并给出了轨迹方程。第三，利用封闭矢量法对三种行为图模型及前腿机构建立数学模型，并利用MATLAB软件对轮椅上楼梯运动情况进行仿真分析，得到了轮椅关键点及构件的运动规律。同时，利用VC测试软件搭建了平台，实现了MATLAB与VC的交互仿真并对前腿机构进行了仿真，进而验证了理论及仿真的正确性。通过以上分析，可以更加直观了解轮椅的运动规律，为后续轮椅改进及控制提供理论支持。关键词：轮椅，前腿

6、机构，功能方法树，装配，仿真IABSTRACTInthemodernsociety,wheelchairhasbeingchosenbymoreandmoreseniorsanddis-abledpersonasthetooloftransport.Butthetraditionalwheelchairscanonlyworkonflatorthesmallslopeoftheground,anditappearspowerlesswhenfacedtheobstaclessuchassteps,trenchandstairs.Inordertomakethewheelchairhasthe

7、functionofclimbingandtrench-striding,onthebasisoftheanalysisofexistingstair-climbingdevice,thistopicpresentedakindofwheel-leggedwheelchair.Thispapermainlystudyaboutimprovinganddesigningofforelegmechanismand