履带折叠式自主轮椅机器人研究

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随着社会的发展和城镇化水平不断提高,人口老龄化问题日益严重,同时越来越多的人住进楼房,年老体弱者以及下肢残障者的出行问题越来越突出,受到了广泛关注。爬楼轮椅为解决以上问题提供了可能,成为一个研究热点,具有重要的意义。而目前现有爬楼轮椅普遍存在楼梯半层平台处通过性不好、爬楼机构复杂、成本高等不足,经查阅文献资料并对国内外爬楼轮椅的研究现状及发展动态进行了综合分析,研究了一种履带折叠式自主轮椅机器人。  首先,根据轮椅机器人的设计要求,进行了总体方案研究,提出了一种基于行走轮摆动的履带折叠式轮椅机器人方案,然后进行机械系统方案研究和控制系统方案研究,并对相应的具体结构进行详细设计。其次,对轮椅机器人进行了运动学分析,分析了轮式移动运动学,确定出轮椅机器人平地运动的半径,同时为轮椅机器人机械系统的优化和控制系统的精确控制姿态奠定理论基础;对轮椅机器人爬楼的动态稳定性进行了仿真分析,提出了一种多轮代替柔性履带的仿真方法,分别在最陡峭均匀楼梯工况、最平缓均匀楼梯工况、突高台阶工况、突低台阶工况下进行动态稳定性分析,验证了轮椅机器人对常见楼梯尺寸的适用性和爬楼过程的安全性,得到研究轮椅机器人爬楼动态稳定性的方法,为进一步优化轮椅机器人的方案提供参考。再次,对轮椅机器人进行了动力学分析,分析了爬坡和爬楼梯动力学,得出轮椅机器人在爬坡时和爬楼梯时最大驱动力;进行了驱动零部件的选型,选出了驱动电机和减速机;对关键零部件进行了有限元分析,确定了零部件的刚度与强度等功能符合设计要求。最后,对轮椅机器人进行了技术性和经济性进行了分析,制作了轮椅机器人的成本表,分析出轮椅机器人具有良好的应用前景,同时轮椅机器人具有重要的社会意义,对后续进一步研究轮椅机器人提供了重要的参考。履带折叠式自主轮椅机器人具有良好的应用前景。
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