爬楼轮椅后腿机构受力分析与优化设计

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1、分类号：TH122密级：UDC：621编号：201431203042河北工业大学硕士学位论文爬楼轮椅后腿机构受力分析与优化设计论文作者：刘增宝学生类别：全日制专业学位类别：工程硕士领域名称：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）DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMechanicalEngineeringFORCEANALYSISANDOPTIMIZATIONDESIGNOFTHEHIN

2、DLEGOFSTAIR-CLIMBINGWHEELCHAIRbyLiuZengbaoSupervisor:Prof.CaoDongxingMarch2017ThisworksupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina.No.51275152.摘要随着科技不断进步和发展，电动轮椅已经逐渐成为老年人及残疾人主要的代步工具。然而，由于人民生活水平的不断提高，对于生活质量也提出了更高的要求，市面上的普通电动轮椅已经无法满足人们出行要求，于是爬楼轮椅应运而生。爬楼轮椅不仅可以如普通轮椅一样

3、在平地上行驶，还可以完成爬楼梯、越障、跨沟等动作，扩大了残疾人及老年人的活动范围。由于市场上现有的爬楼轮椅价格过高，本课题设计一款结构与现有爬楼轮椅不同的轮腿混合式爬楼轮椅。本文主要研究内容是对轮椅后腿进行受力分析和优化设计。文中首先介绍了功能方法树设计方法与通口本体设计理论，利用以上两种理论对后腿的辅助装置进行概念设计，产生多个设计方案，并通过效用价值分析法对比较合理的方案进行评价和分析，从而得到最佳的设计方案。然后借助UG软件强大的虚拟建模和装配功能，采用混合式装配设计方法对浮动轮机构进行零件设计和装配。最后利用MATLAB对浮动轮辅助

4、下的轮椅上下台阶的路径进行仿真。其次，分析轮椅后腿的运动状态，把后腿的运动状态分为空载状态和工作状态。根据达朗贝尔原理，利用动静法分别对爬楼轮椅后腿的两种运动状态进行受力分析，通过仿真了解各个运动副受力的变化规律,确定需要优化的力。最后，利用MATLAB的遗传算法，以轮椅后腿受力及五杆机构的运动性能为评价指标，对后腿杆长进行优化，得到最优解。分别对优化前后运动轨迹、雅克比条件数及支点力大小进行比较，证明优化的后腿不仅受力情况得到改善，运动性能也得到明显提高。关键词：轮椅功能方法树仿真遗传算法雅克比条件数IABSTRACTWiththecon

5、tinuousprogressanddevelopmentofscienceandtechnology,electricwheelchairhasgraduallybecomethemainmeansoftransportfortheseniorsandthedisabled.However,duetothecontinuousimprovementoflivingstandards,thepeoplesetahigherrequesttothequalityoflife.Theordinaryelectricwheelchairinthe

6、markethasbeenunabletomeetpeople'stravelrequirements,soclimbingwheelchaircameintobeing.Climbingwheelchaircannotonlyworksonthegroundasanordinarywheelchair,butalsocanclimbthestairs,obstacles,andcrossditch.Climbingwheelchairgreatlyexpandedactivityboundariesofthedisabledandthee

7、lderly.Consideringthepriceofclimbingwheelchairinthemarketistoohigh,thissubjectpresentedadifferentkindofwheel-leggedwheelchair.Themainresearchcontentofthispaperistoanalyzeandoptimizethewheelchairhindlegs.Inthispaper,wefirstintroducethefunction-meanstreedesignmethodandthepor

8、t-basedontologydesigntheory,andusetheabovetwotheoriestodesigntheauxiliarydeviceofthehindl