《智能輪椅的結(jié)構(gòu)計算設(shè)計與選型案例綜述》3000字

智能輪椅的結(jié)構(gòu)計算設(shè)計與選型案例綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u21538智能輪椅的結(jié)構(gòu)計算設(shè)計與選型案例綜述 120501.1基于人機(jī)工程學(xué)的尺寸設(shè)計 171771.1.1人體基本尺寸數(shù)據(jù) 1128481.1.2輪椅尺寸參數(shù)的確定 254951.2剪叉結(jié)構(gòu)承載能力分析 3258881.3電動推桿計算選型 424561.1.1底部電動推桿設(shè)計 487131.1.2上部電動推桿設(shè)計 518075d2=355?l6 6207111.4電機(jī)的計算和選型 617643(1)平地行駛下的功率和轉(zhuǎn)矩 632594(2)爬坡行駛下的功率和轉(zhuǎn)矩 71.1基于人機(jī)工程學(xué)的尺寸設(shè)計1.1.1人體基本尺寸數(shù)據(jù)在智能輪椅的最大設(shè)計中，應(yīng)該考慮輪椅的公差空間，即輪椅應(yīng)該能夠適合大多數(shù)用戶。設(shè)計尺寸時，該標(biāo)準(zhǔn)為中國成人人體尺寸標(biāo)準(zhǔn)GB10000-88，其中，輪椅設(shè)計的參考尺寸為人體座椅尺寸和水平尺寸。主要尺寸如圖3-1和圖3-2所示。圖3-1人體坐姿尺寸圖圖3-2人體水平尺寸圖1.1.2輪椅尺寸參數(shù)的確定智能輪椅的尺寸設(shè)計應(yīng)考慮人體和坐姿的不同尺寸數(shù)據(jù)，以使輪椅的尺寸可以與人體相對應(yīng)。結(jié)合人體工程學(xué)理論，使輪椅上的人體強(qiáng)度適應(yīng)人體的生理結(jié)構(gòu)，并提高舒適度。根據(jù)對人體姿勢的生理結(jié)構(gòu)特征的分析，在舒適的坐姿下，人的大腿應(yīng)與地板平行，而兩只腳應(yīng)自然而輕松地踩在踏板上。當(dāng)將手臂放在扶手上時，它們可以承受身體的重量而不會施加力，并且可以靈活地改變姿勢。本文從以下主要部分確定了輪椅尺寸參數(shù)的選擇。（1）座椅高度：考慮到永久支撐輪的設(shè)計和安裝尺寸，為了盡可能適合大多數(shù)人，最新開發(fā)的座椅高度為566mm。（2）座椅深度：考慮到座椅支架的尺寸，為了適合大多數(shù)人群，最新開發(fā)的座椅深度為430mm。（3）座椅寬度：為了滿足大多數(shù)人的需求，考慮到人類座椅位置的兩個肘部寬度，座椅的寬度太大，以至于兩側(cè)的肘部都難以支撐。座椅寬度為420mm。（4）扶手高度：如果設(shè)計扶手高度，如果扶手高度設(shè)計得太低，則會失去支撐；如果設(shè)計太大，則會增加手臂的疲勞度，因此最終設(shè)計尺寸為250mm。（5）靠背的高度和寬度：由于靠背和座椅表面之間有一定距離，所以靠背的最終設(shè)計尺寸為5501mm。背部的寬度與肩寬和最大肩寬有關(guān)。如果考慮到輪椅的總寬度和座椅的寬度，則椅背的最后寬度為440毫米。（6）其他尺寸：此外，必須考慮輪椅的整體尺寸。根據(jù)電動輪椅國家標(biāo)準(zhǔn)GBT12996-2012的外形尺寸要求，室外電動輪椅的總長度≤1200mm，總寬度≤700mm，總高度≤1090mm。最新開發(fā)的輪椅尺寸（和座椅位置）的總長度為922mm，總寬度為570mm，總高度為1050mm，符合國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。（7）移動范圍：靠背的可移動角度為0?0.5π，以鉸鏈的形式連接至座椅夾。為了防止人體在穩(wěn)定狀態(tài)下向前傾斜，座椅移動角度為0?0.47π，該角度以折疊的方式連接到框架。1.2剪叉結(jié)構(gòu)承載能力分析數(shù)字設(shè)計參數(shù)設(shè)計是選擇系統(tǒng)中所有參數(shù)（包括原材料，零件，組件等）的最佳水平組合，然后最小化外部，內(nèi)部和產(chǎn)品方面的干擾影響，設(shè)計產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定。較小的波動。因此，在設(shè)計工藝參數(shù)中，選擇滿足環(huán)境條件的質(zhì)量等級最低，加工密度高，性價比高的組件進(jìn)行設(shè)計，可以理解地提高了產(chǎn)品質(zhì)量和成本。如果參數(shù)設(shè)計基于復(fù)合剪切機(jī)械手的基本結(jié)構(gòu)，則必須根據(jù)工程比例和幾何關(guān)系來提出設(shè)計要求。為了盡可能滿足設(shè)計要求，不僅必須考慮尺寸和工程參數(shù)的初始值，而且每次更改這些設(shè)計參數(shù)時都必須保持這些基本條件。其次，幾何元素之間連接的幾何信息應(yīng)為不變參數(shù)。參數(shù)化設(shè)計可以大大提高模型修改的速度。作為一種新型驅(qū)動桿，所連接的剪力型提升機(jī)構(gòu)在設(shè)計參數(shù)時應(yīng)通過其基本結(jié)構(gòu)優(yōu)化所有參數(shù)的組合，以減少干擾的影響并提高輪椅椅面的適用性和穩(wěn)定性。圖4-4剪叉結(jié)構(gòu)剪叉結(jié)構(gòu)的材料是7075-T651鋁合金。該鋁合金的密度為2.81g/cm2。彈性模頭為72GPa，拉伸強(qiáng)度為570MPa。修整管芯為26.9GPa。1.3電動推桿計算選型1.1.1底部電動推桿設(shè)計底部電動推桿如圖3-3所示。AB是坐墊電動推桿，長度為l3。OC是座橋，點0和A分別是座圈，框架和坐墊電動推桿的樞軸點，點B是坐墊電動推桿的主體與插頭之間的樞軸點。沿X0軸的實線是座椅支架的初始位置，OC是444mm，OA是180mm，OB是388mm，η是56°，并且δ是坐墊圖3-3電動推桿簡圖由相關(guān)文獻(xiàn)可得公式：l躺姿下，座椅支架水平即θ1=0，此時l3d對長度公式求導(dǎo)可得va伸長量d1、速度v1、速度a底部電動推桿電動推桿的力F1提供。圖3-4底部電動推桿受力圖由平面幾何可知，F(xiàn)1的力臂為h由力矩公式可得F從公式可以看出，在改變握持位置的過程中，底部電動推桿的最大推力約為2000N，最小推力約為494N，總體趨勢是連續(xù)下降而沒有突然變化。鍛煉開始時，坐墊電動推桿的推力最大，最后則最小。1.1.2上部電動推桿設(shè)計上部如圖3-5所示。CG為椅背支架,C點為座椅與椅背支架的鉸接點。EF為背部電動推桿,長度為l6圖3-5背部電動推桿簡圖由相關(guān)文獻(xiàn)可得公式：l坐姿下，椅背支架垂直座椅支架即θ1=0.5π，此時l6d對長度公式求導(dǎo)可得速度和加速度公式。伸長量d2、速度v2、速度對椅背支架進(jìn)行受力分析，如圖3-6所示。P點為其重心點，F(xiàn)x和Fy為鉸接點C處沿x和y軸方向的受力，h2為背部電動推桿的力F2的力臂。F圖3-6椅背支架受力圖從公式可知，電動推桿2的最大推力為1766N，并且變化趨勢同F(xiàn)1一致。由于腿部電動推桿的受力較小，這里不過多計算，采用型號為LAM3-S3-200-DC24V，額定推力為750N，行程為200mm的電動推桿。1.4電機(jī)的計算和選型電動輪椅的驅(qū)動力來自驅(qū)動后輪旋轉(zhuǎn)的電動機(jī)。發(fā)動機(jī)的選擇必須考慮諸如性能，成本，壽命周期和發(fā)動機(jī)體積之類的因素。發(fā)動機(jī)選擇的主要依據(jù)是功率和扭矩，它不僅必須滿足在平坦地面上的最大功率和最大扭矩的要求，而且還必須滿足支架下的最大功率和最大扭矩的要求。(1)平地行駛下的功率和轉(zhuǎn)矩根據(jù)GBT12996-2012對移動輪椅的性能要求，戶外電動輪椅的最大速度必須小于6km/h，即最大速度v1=1.67m/s。本文開發(fā)的后輪輪椅是一個12英寸的PU實心后輪，當(dāng)在平坦地面上行駛時，可以獲得后輪的最大速度n假設(shè)用戶的輪椅總重量為m=150kg，輪椅輪胎的材料為橡膠。通常，橡膠與混凝土板之間的滾動摩擦系數(shù)為0.01?0.02。在此，滾動效果效率為最大值μ＝0.02。以發(fā)動機(jī)為例，變速器的總傳動效率為η=0.8，由此可以在平坦地面上以最大速度行駛所需的力為P根據(jù)公式T=9550PT(2)爬坡行駛下的功率和轉(zhuǎn)矩根據(jù)GBT12996-2012電動輪椅性能要求，戶外電動輪椅的爬坡能力應(yīng)至少為6°。當(dāng)您認(rèn)為斜率越大時，所需的電力就越大，重心的波動就越大。v2=0.5m/s，最大速度為n2=0.5/1.14/0.4*60=21.9r/min，其他