腿轮复合式电动爬楼轮椅的设计与分析

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1、硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION论文题目腿轮复合式电动爬楼轮椅的设计与分析作者姓名何丽学科专业机械电子工程指导教师王洪波教授2015年5月中图分类号：TH789学校代码：10216UDC：621密级：公开工学硕士学位论文腿轮复合式电动爬楼轮椅的设计与分析硕士研究生：何丽导师：王洪波教授申请学位：工学硕士学科专业：机械电子工程所在单位：机械工程学院答辩日期：2015年5月授予学位单位：燕山大学ADissertationinMechanicalandElectronicEngineeringDESIGNANDANALYSISOFLEG-WHEELSTAIR

2、-CLIMBINGELECTRICWHEELCHAIRbyLiHeSupervisor:ProfessorHongboWangYanshanUniversityMay,2015燕山大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文《腿轮复合式电动爬楼轮椅的设计与分析》，是本人在导师指导下，在燕山大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字：日期：年月日燕山大学硕士学位论文使用授权书《腿轮复

3、合式电动爬楼轮椅的设计与分析》系本人在燕山大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归燕山大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解燕山大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权燕山大学，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要摘要轮椅是老年人、残疾人等下肢行动不便人群的首选代步工具，为改

4、善这一特殊人群的生活起到了不可替代的作用。然而，普通的手动和电动轮椅都不具备攀爬楼梯、翻越障碍的功能，限制了使用者的活动范围。针对这个问题，本文提出了一种腿轮复合式电动爬楼轮椅，并对其进行了设计与分析。该轮椅在相对平整的地面上以轮式方式移动，攀爬楼梯时采用腿式方式移动。本文首先设计了腿轮复合式爬楼轮椅的机械结构，并根据人机工程学理论对座椅尺寸进行了规划。提出了重心调整方案，座椅与第一移动模块固连，使重心调节系统成为移动系统的一部分，降低了控制难度。其次，对爬楼轮椅进行了爬楼步态和平台转向轨迹规划。设计了腿机构伸缩和移动系统协调运动的爬楼方式，并举例分析了腿机构的运动情况，

5、规划了足下小轮的运动，建立了爬楼轮椅平地运动的轨迹方程，确定了轮椅运动与电机转动之间的映射关系。再次，对爬楼轮椅模型进行了运动学和动力学分析。用齐次变换法解决了运动学正解问题，得到了模型的运动方程。运动学分析验证了爬楼步态规划的可行性，并为其提供理论依据，同时也为后续的控制系统设计提供了必要的数据。用拉格朗日法研究了爬楼轮椅的动力学问题，为电机选型、运动仿真、运动控制等方面提供了理论基础。在ADAMS虚拟样机软件中对爬楼轮椅简化模型进行了运动仿真分析，得到了质心、腿机构的位移随时间变化的曲线和腿机构的受力曲线，验证了模型建立和步态设计的正确性。最后，进行了楼梯参数测量实验

6、。根据测量原理搭建了实验硬件平台，基于LabVIEW设计了参数测量软件，并在MATLAB中进行了实验数据处理。关键词：轮椅；腿轮复合；爬楼；步态；AdamsI燕山大学工学硕士学位论文AbstractWheelchairsarethefirstchoiceofthetransportationforlowerlimbdisabledpeopleliketheelderly,whichplayanirreplaceableroleinraisinglivingstandardsofthisspecialcrowd.However,neithermanualwheelchair

7、norordinaryelectricwheelchairhasthefunctionofstairs-climbingorobstacle-crossing,whichlimitsactivitiesoftheusers.Aimingatthisproblem,akindofleg-wheelstair-climbingelectricWheelchairisproposedinthispaper.Thiswheelchairmoveswithwheelswhenthegroundisflat,andwalkswithleg