輪椅機械升降控制系統(tǒng)的設(shè)計

輪椅機械升降控制系統(tǒng)的設(shè)計,輪椅,機械,升降,控制系統(tǒng),設(shè)計 計算機輔助繪圖、設(shè)計和制造 CADDM 2號卷24日,2014年6月,頁43 輪椅機械升降控制系統(tǒng)的設(shè)計 ZHAO Cong1, WANG Zheng-xing2, JIANG Shi-hong1, ZHANG Li1，3, LIU Zheng-yu1.3 1合肥工業(yè)大學機械汽車工程學院，合肥230009，中國 2浙江恒林椅業(yè)股份有限公司，安吉313300，中國 3工程安全性至關(guān)重要的行業(yè)研究中心教育部的測量和控制技術(shù)。合肥 230009中國 摘要：為實現(xiàn)輪椅升降功能,本文設(shè)計一種三剪刀機制。通過所謂的h形傳輸和l型擺動桿,三個剪刀機制提升在同一速度只有一個班輪電機同時確保電梯的穩(wěn)定。在ANSYS進行有限元分析驗證了材料強度。凌陽科技的控制系統(tǒng)單片機實現(xiàn)的語音控制輪椅行走和升降。 關(guān)鍵詞：輪椅升降,剪刀機制;ANSYS分析;凌陽科技SCM 1介紹： 作為一個功能性的智能輪椅,升降功能可以為殘疾人解決許多問題。在現(xiàn)實生活中,不同的需求和不同的條件，需要不同的輪椅坐板的高度。因此,設(shè)計一個自動解升降結(jié)構(gòu)，可以滿足不同的需求，簡單的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性條件變得越來越重要。 目前,實現(xiàn)輪椅升降主要包含兩種方法。其中一種是將直線電動機直接垂直推動坐板的底部,輪椅上升和下降是通過直線電機的長度變化。使用這種方法就是只有一個推動力量，這將導致應(yīng)用程序點穩(wěn)定性差。輪椅升降距離有限,這一點方法不能使用所有長度的直線電動機。如果我們增加穩(wěn)定性增加直線的數(shù)量。這將增加的成本，不可行。另一種方法,在輪椅的左右安裝兩個剪刀機構(gòu)。這將增加穩(wěn)定性，雖然也有一些致命的缺點。一方面,為了輪椅的穩(wěn)定,輪椅上安裝移動范圍的剪刀機構(gòu)，最高和最低的位置范圍盡可能小;另一方面,為了使升降過程順利,速度穩(wěn)定,輪椅安裝的剪刀機構(gòu)在最高的移動范圍位置和最低的位置盡可能大。這兩個要求是相互矛盾和難以平衡。 本文設(shè)計一種三剪刀機構(gòu)，只使用一個直線電機驅(qū)動三個剪刀機構(gòu)升降。為了達到相同的三個剪刀機構(gòu)升降的速率相同,本文還設(shè)計一個所謂的H形傳輸和I型桿擺動。這種解決輪椅升降的問題的方法并不是增加直線電機的數(shù)量，也不會增加輪椅的成本。 2設(shè)計的輪椅升降機制 2.1剪刀機制的基本結(jié)構(gòu) 剪刀機構(gòu)的基本結(jié)構(gòu)在圖1。機構(gòu)是5和7低副和0高副,自由度的計算公式: F = 3n-2p-q 其中n, p和q分別的數(shù)量。移動副、低副和高副。 讓n = 5,p = 7,q= 0,那么F = 3×3×4 - 0 = 1,即只有一個自由度的機構(gòu) 圖1.剪刀機制示意圖 我們運用三個剪刀機構(gòu)來升降,其中兩個放在輪椅兩側(cè)對稱,另一個放在后側(cè)。三個剪刀起升機構(gòu)必須同速度，為了達到一個穩(wěn)定的三點結(jié)構(gòu)。剪刀的左右位置在設(shè)計上是對稱的，它們沿滑槽固定鉸接底盤和尾部滑動。由相同的直線電機驅(qū)動，容易實現(xiàn)升降。第三個剪刀起重機構(gòu)是放在后外側(cè)。以確保穩(wěn)定的輪椅的穩(wěn)定性,我們需要讓剪刀機構(gòu)的支撐中心總是坐在輪椅上的縱向中心平面。和兩邊的剪刀不同的是,第三個剪刀需要相反的方向，速率必須是兩邊的一半。 2.2傳動機構(gòu)和擺動桿設(shè)計 在圖2中可以看到,我們用設(shè)計的H和L型擺動桿來實現(xiàn)前面描述的功能。H型輸送的核心部分與直線電動機相連，電動機的另一端連接到L型擺桿滑塊。直線電機的伸長和收縮將推動H輸送。這會讓左右剪刀滑動，驅(qū)動L型擺動桿旋轉(zhuǎn)。因為L型擺桿上的任何點共享相同的角速度，由于特殊的l型擺動桿,這意味著L型擺桿上的任何點的速度與這個點之間的距離成正比。在同一個模型上，使用滑塊作為指導機制，我們可以傳遞橫向速度的垂直速度。那么可以調(diào)節(jié)第三個剪刀的距離嗎？ 圖2 H型傳輸和l型桿擺動機制示意圖 2.3輪椅升降機制設(shè)計 包括智能輪椅升降機構(gòu)，H型傳輸機構(gòu),L型桿擺動機構(gòu)、剪刀機構(gòu)和直線電機。剪刀的頂部驅(qū)動輪椅升降機構(gòu)，底部的剪刀機構(gòu)安裝在輪椅的三個滑塊上。兩個滑塊縱向放置在雙方的框架，前部分鉸接，后部分滑動。第三個滑塊橫向放置在后面，滑向兩端與中間剪刀。直線電機旋轉(zhuǎn)時,其將結(jié)束將推動H向前輸送。前面的部分H型傳輸驅(qū)動兩個滑塊沿著底部的鏈接和后方，它的一部分驅(qū)動L型擺動桿旋轉(zhuǎn)沿一對主動滑塊移動前進。另一部分L型擺動桿驅(qū)動后面滑出對稱的滑塊槽,以使輪椅上升。 在這個裝置中,有兩個特別的設(shè)計。首先,兩邊的底部運動的距離兩倍鏈接。第二個的距離滑塊之間的傳導機制。主要特征是滑塊之間的距離的兩倍鏈接。前者的目的是保證平等的剪刀把距離和，第二個是為了保證平等的剪刀提升速度。這兩個是在一起,在所有的進展中，保證設(shè)計的剪刀提升穩(wěn)定。 基于上述設(shè)計思想,作者用SolidWorks機制建立了數(shù)字模型的輪椅升降，經(jīng)檢驗,不干涉發(fā)生在升降移動機制，輪椅總是在相同的模型上保持其速度穩(wěn)定。這時電梯意味著達到了設(shè)計的標準。 3應(yīng)力應(yīng)變分析 為了驗證設(shè)計的強度，為后續(xù)的機構(gòu)建立一個基礎(chǔ)和優(yōu)化設(shè)計。應(yīng)力應(yīng)變分析，在ANSYS進行。執(zhí)行壓力和應(yīng)變，分析一些典型零件和程序。結(jié)果在圖3 -8 圖3支撐節(jié)點彈性應(yīng)變 圖4支撐節(jié)點位移的結(jié)果 圖5關(guān)節(jié)彈性應(yīng)變 圖6聯(lián)合位移結(jié)果 圖7支撐位移的結(jié)果 圖8輪椅彈性應(yīng)變 通過結(jié)果文件,我們可以知道最大位移和最大壓力。通過結(jié)果，我們可以知道最大應(yīng)力組件發(fā)生在兩個軸的剪刀提升機制。最大應(yīng)變在壓強270 mpa的軸,通過材料表，我們選擇45 #鋼，45 #鋼的屈服強度在正常的溫度是不少于355 mpa。實際的應(yīng)力小于最大允許壓力。高安全系數(shù)意味著設(shè)計要求已經(jīng)滿足。 4控制系統(tǒng)設(shè)計 本文選擇聲音控制智能輪椅。在所有語音控制芯片,凌陽科技SPEC061A語音控制模塊強和高可靠性，體積小,高集成和高擴展性的特點。 4.1模塊控制電路 圖9是一個智能輪椅驅(qū)動電路，使用微分的方法來實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。在本文中,一個全橋驅(qū)動電路用于控制車輪的方向和速度。通過調(diào)整大小的轉(zhuǎn)速差異，我們可以控制轉(zhuǎn)向半徑。轉(zhuǎn)速越小,轉(zhuǎn)向半徑越大,而轉(zhuǎn)速大,轉(zhuǎn)向半徑越小。如圖9,四個晶體管Q1、Q2、Q3和Q4， 構(gòu)成了四橋臂全橋電路。Q2和Q3由Q5控制。Q1和Q4控制的方法。 圖9驅(qū)動電路 語音輸入電路圖10所示。VMIC是電力電纜的麥克風。VCM是參考電壓。VSS是模擬系統(tǒng)的地面。腳1和腳2是麥克風的正極的和負極的輸入密碼。 圖.10語音輸入電路 語音輸出電路圖11所示。VSS是模擬系統(tǒng)的地面。VDDH參考電壓。音頻信號是由SPCE061A單片機和輸入語音輸出電路通過腳DAC J9。R9機型是音量電位器和它可以集成音頻信號放大器SPY0030調(diào)整后的信號放大的音頻和輸出。SPY0030外部揚聲器。 圖11語音輸出電路。 光電檢測電路所示。光電電路使用E18-D80NK-N光電傳感器類型。它是一組光電傳感器由發(fā)射機和接收機。輸出信號調(diào)制后發(fā)出和接收方。解調(diào)反映輸出可以避免可見光的干擾。 圖12光電檢測電路 4.2控制系統(tǒng)設(shè)計 整個控制系統(tǒng)電路所示型材。我們可以實現(xiàn)協(xié)調(diào)操作。通過連接每個模塊的不同功能，凌陽SPCE061A單片機的相應(yīng)接口。端口1和端口2的后輪驅(qū)動電路。連接到腳IOB8 IOB9 SPCE061A單片機。端口1和端口2伺服電機的驅(qū)動電路，連接到腳IOB10 IOB11 SPCE061A單片機。 語音輸入電路的端口1和端口2，連接到腳MICP MICN SPCE061A單片機。端口9語音輸出電路連接腳DAC1 SPCE061A單片機。光電檢測電路連接到腳IOB12 SPCE061A單片機。 圖13控制系統(tǒng)的設(shè)計 5結(jié)論 在本文中,我們分析的共同特征，輪椅升降機構(gòu)和設(shè)計剪刀式升降機構(gòu)。通過所謂的H形傳輸和L型擺動桿,三個剪刀機制合理的安裝位置來在相同的速度下提升并且穩(wěn)定這個設(shè)計的優(yōu)點是在不增加成本的同時保證機構(gòu)穩(wěn)定。我們用ANSYS分析建立最優(yōu)化的設(shè)計，用凌陽科技單片機來實現(xiàn)語音控制輪椅的行走和升降。 引用 [1]秦海春,趙琮、吳博等.護理床使用在智能家居環(huán)境中[J]。計算機輔助起草,設(shè)計和制造,2013,(23):58 - 61。 [2]李奢靡,王正興,張帥,等.設(shè)計的多功能護理輪椅[J]。電腦輔助起草、設(shè)計和制造,2013,(23):68 - 70。 [3]AhmadS, Tokhi M O,Toha s f .遺傳算法優(yōu)化模糊控制的輪椅升降和平衡[J]。2009年計算機建模與仿真,(97):25日至27日。 [4] Ahmad S, Tokhi M O.線性二次調(diào)節(jié)器(等)方法提升和穩(wěn)定的兩個輪子輪椅[J]。機電一體化,2011,(1):17 - 19。 [5] Hashino S.發(fā)展爬行式樓梯電梯輪椅用戶[J]。工程在醫(yī)學和生物學社會,1996,(2):533 - 534。 [6]龍錦逸,楊元慶，王洪濤，等.混合大腦計算機接口控制方向和速度模擬的或真實的輪椅[J]。神經(jīng)系統(tǒng)和康復(fù)工程,2012,(20):720 - 729。 [7]庫珀R a .智能控制權(quán)力的輪椅[J]。工程在醫(yī)學和生物學雜志,1995,(14):423 - 431。 [8]Sehoon Oh, Hata N, Hori Y.人性化的建議運動控制:控制設(shè)計力量援助工具和它的應(yīng)用程序輪椅[J]。工業(yè)電子產(chǎn)品社會,2004,(1):436 - 441。 [9]Sermeno-Villalta H,Spletzer j .應(yīng)用控制的智能輪椅自動傳輸和檢索系統(tǒng)[J]。機器人與自動化,2006(34):15 - 19。