轮腿式爬楼轮椅前腿机构力学分析及优化设计

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1、分类号：TH122密级：UDC：621编号：201431204045河北工业大学硕士学位论文轮腿式爬楼轮椅前腿机构力学分析及优化设计论文作者：吕吕学生类别：全日制学科门类：工程硕士学科专业：机械工程指导教师：曹曹曹职称：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DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMechanicalEngineer

2、ingMECHANICSANALYSISANDOPTIMUMDESIGNOFWHEELCHAIRFORELEGMECHANISMINWHEELEDLEGbyLvHeSupervisor:Prof.CaoDongxingMay2017ThisworksupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina.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

3、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吕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

4、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：摘要随着我国老龄化时代的到来，越来越多的老年人出行都需要乘坐轮椅，但普通电动轮椅的功能有限，当遇到沟壑、楼梯等障碍物时就束手无措了。为了满足老年人和残疾人士对于多功能智能轮椅的需求，在已发明的电动爬楼梯轮椅的基础上，本课题对一种轮腿混合式电动轮椅进行研究。本文的主要内容是先对轮椅前腿机构的质心进行运动分析，然后在运动学分析的基础上对轮椅前腿机构进行力学分析以及优化设计。第一，

5、通过分析本文所研究的轮腿式爬楼轮椅的结构组成以及工作原理，进一步完善了前腿机构的运动学分析，即对前腿机构的各杆质心以及它的工作空间进行了研究并通过MATLAB仿真对机构运动学模型和分析的正确性进行了验证，为前腿机构后续的力学分析提供理论基础。第二，在运动学分析基础上利用动态静力分析法建立了轮腿式爬楼轮椅前腿机构的动力学模型，通过动力学方程组序列求解法进行求解得到前腿机构各关键点及各部件的力学规律，利用MATLAB软件进行仿真分析，得到前腿机构关键点的力学特性曲线。第三，根据腿机构的工作空间大小以及

6、其中心点C处在X方向的受力变化建立了优化模型，利用MATLAB优化工具箱对优化模型进行求解，得出前腿机构的最优杆长。通过对前腿机构改进前后的机构动力学特性以及工作空间仿真结果进行比较分析，能够得知机构结构改进后具有较佳的力学性能，同时前腿机构的工作空间得到提高。关键词：轮椅，前腿机构，力学分析，仿真，优化IABSTRACTWiththearrivalofChina'spopulationaging,moreandmoreoldpeopleneedwheelchairstotravel,butgen

7、eralelectricwheelchairhaslimitedfunctionalityanditwouldbewilderwhenthegully,stairsandotherobstaclesencountered.Inordertomeettheneedsofolderpersonsandpeoplewithdisabilitiesformultifunctionalandintelligentwheelchair,ourtopicstudysawheel-leghybridelectri

8、cwheelchairsbasedontheinventionoftheelectricstairclimbingwheelchair.ThecontentofthisarticleincludesCenterformotionanalysisofwheelchairfrontbodyandkinematicanalysisofmechanicalwheelchairfrontbodyonthebasisofanalysisanddesignoptimization.Firstly