两轮式爬楼梯电动轮椅设计毕业论文

两轮式爬楼梯电动轮椅设计两轮式爬楼梯电动轮椅设计摘 要轮 椅 是 老 年 人 和 残 疾 人 生 活 中 非 常 重 要 的 工 具 。 随 着 无 障 碍 设 施 的 增 多 ， 轮 椅使 用 者 的 活 动 范 围 逐 步 加 大 ， 但 楼 梯 却 使 轮 椅 受 到 很 大 限 制 。 国 内 外 发 明 了 多 种 星 型 轮 式 爬 楼 梯 轮 椅 ， 美 国 发 明 家 发 明 的 一 种 能 自 动 调 节 重 心 的 两 轮 组 式 轮 椅 -IBOT， 这 个 轮 椅 不 仅 是 目 前 该 领 域 中 性 能 最 高 的 产 品 ， 也 是 今 后 轮 椅 发 展 的 方 向 。 通 过 借 鉴 IBOT 4000 的 爬 楼 梯 方 式 的 研 究 ， 本 文 在 普 通 轮 椅 的 基 础 上 安 装 了 电 机 ， 使 轮 椅 能 调 节 速 度 和 转 弯 ， 还 安 装 了 爬 楼 装 置 、 驱 动 装 置 以 及 控 制 系 统 ， 设 计 了 一 种 简 单 的 爬 楼 梯 电 动 轮 椅 。 本 设 计 能 很 好 的 解 决 楼 梯 或 路 障 对 老 年 人 和 残 疾 人 生 活 造 成 的 不便，提高行动自由度，重新更好的融入社会。关键词：轮椅，控制系统，两轮式，机械系统I两轮式爬楼梯电动轮椅设计两轮式爬楼梯电动轮椅设计AbstractWheel-chair is an important tool for the elderly and the disabled. With the increased of barrier-free facilities, wheelchair users enlarged gradually the scope of activities, but staircase limited the wheelchair using .Inventors invented a variety of star-wheel stair climbing wheelchair at home and abroad, the US inventor invented a wheelchair_IBOT which can automatically adjust the focus of two rounds of group-type . The IBOT 4000 not only the realm neuter genders tallest product of ability currently, but also will develop from now on of direction. Through draw lessons from IBOT 4000 of climb the research of stairs method, this text installed electrical engineering on the foundation of common wheel chair, which made the wheel chair able to regulate speed and turn. Installed to climb building device and drive to equip and control system, designed a kind to in brief climb the stairs dynamoelectric wheel chair. This design made a good solution to stairs or roadblocks which bring of inconvenience for the disabled, helping them enhance the freedom of action and make better to integrate intothe community.Key words：Wheelchair, control system, two-wheeled type, mechanical structureII两轮式爬楼梯电动轮椅设计两轮式爬楼梯电动轮椅设计目 录第一章 前言 .11.1 研究背景- 1 -1.2 研究意义 21.31.41.5第二章2.12.22.3第三章3.13.23.33.43.53.6第四章4.14.24.34.4第五章5.15.25.35.4国内外爬楼梯轮椅的优缺点及发展趋势 .2研究的主要问题及解决的主要问题 .7本章小结 .8总体设计 .9概述 .9总体结构设计 .10本章小结 .15机械结构设计 .16两轮式爬楼梯电动轮椅结构组成 .16两轮式爬楼梯电动轮椅功率计算 .16平地行走的机械结构 .18爬楼梯装置的机械结构 .25两轮式爬楼梯电动轮椅装配图 .28本章小结 .29重要部件的校核 .30从动轴的校核计算 .30键的校核 .36轴承的校核 .36本章小结 .38电气控制设计 39两轮式爬楼梯电动轮椅电机选型 .39电池选择 .40控制系统设计 .40本章小结 .49两轮式爬楼梯电动轮椅设计两轮式爬楼梯电动轮椅设计第六章 结论与展望 .506.16.26.3第七章7.17.27.37.4结论 .50展望 .50本章小结 .50技术经济分析 51市场前景分析 .51技术经济效益分析 .51社会效益分析 .52本章小结 .52参考文献 .53致 谢 .55附 录 .56两轮式爬楼梯电动轮椅设计两轮式爬楼梯电动轮椅设计第一章 前 言1.1 研究背景智能轮椅的相关研究开始于 1986 年 。 经 过 20 多 年 的 研 究 ， 世 界 各 国 的 研 究 者相 继 开 发 了 多 种 智 能 轮 椅 平 台 。 但 是 目 前 的 智 能 轮 椅 基 本 上 采 用 与 移 动 机 器 人 相 同 的技术方案，因而成本很高，难以进入普通家庭 1。随 着 社 会 的 不 断 发 展 ， 楼 梯 的 出 现 是 人 类 建 筑 史 上 一 个 重 要 的 成 就 ， 它 不 仅 缩 小 了 房 屋 的 建 筑 面 积 、 利 用 了 有 限 的 生 存 空 间 ， 而 且 为 进 出 高 层 建 筑 物 提 供 了 方 便 的 通 道 。 尤 其 是 在 人 口 量 日 益 增 长 、 经 济 飞 速 发 展 的 现 代 化 社 会 中 ， 为 了 提 高 人 均 住 房 面 积 ， 改 善 人 们 的 生 活 质 量 ， 高 楼 别 墅 不 断 涌 现 ， 然 而 楼 梯 在 发 挥 优 势 的 同 时 ， 它 也 对 老 年 人 、 肢 体 残 障 人 士 出 行 带 来 了 很 多 不 便 ， 对 他 们 的 行 动 造 成 了 障 碍 ， 影 响 了 他 们 与 外 界 的 沟 通 和 交 流 。 这 个 问 题 随 着 老 年 人 和 残 疾 人 数 量 的 增 多 显 得 日 益 突出。一 方 面 ， 人 口 老 龄 化 问 题 越 来 越 严 重 。 联 合 国 经 济 和 社 会 事 务 部 发 表 的 2007 年界经济和社会调查报告指出:“由于人口出生率下降和寿命增长，全球大多数 国家迅速老龄化，从 2005 年到 2050 年，世界人口增加的一半将为 60 岁以上的老年人，岁以上人口将从 9000 万增加到 4 亿。”我国也己经步入了老龄化社会，目前我国 60 及以上的老年人己达 1.44 亿，预计到 2050 年老龄人口将超过 4 亿，占社会总人口的 3 左右。 另 一 方 面 ， 残 疾 人 的 数 量 也 在 大 幅 增 加 。 据 联 合 国 统 计 ，全 球 残 疾 人 占 世 界 总人的 10%。截至 2006 年，我国第二次残疾人抽样调查显示，全国各类残疾人总数 己达 82 万人，占全国总人口的 6.34%，较 1987 年增加了 2132 万人。值得注意的 是 ， 由 于 工 和 交 通 事 故 、 体 育 运 动 伤 和 自 然 灾 害 等 原 因 造 成 的 肢 体 残 障 者 的 数 量 大 幅上升，约占有残疾人数量的 30%。在 2008 年“5.12”地震中全国受伤人数高达 37 万多，这些数都表明了残疾人数量的显著增大。老 年 人 和 残 疾 人 比 例 的 显 著 增 加 给 经 济 、 社 会 的 发 展 都 带 来 了 很 大 的 影 响 ， 医 疗 护 理 、 社 会 服 务 等 各 方 面 需 求 的 压 力 也 越 来 越 大 。 为 关 心 老 年 人 、 残 疾 人 的 生 活 ， 改 善 他 们 的 生 活 质 量 ， 减 轻 医 疗 护 理 事 业 的 压 力 ， 各 式 各 样 的 助 老 、 助 残 运 动 装 置也应运而生 25。- 1 -两轮式爬楼梯电动轮椅设计两轮式爬楼梯电动轮椅设计1.2 研究意义目 前 ， 大 多 数 年 老 体 弱 者 及 肢 体 伤 残 者 都 选 择 轮 椅 作 为 他 们 的 代 步 工 具 ， 尤 其是 随 着 无 障 碍 设 施 的 增 多 ， 轮 椅 的 使 用 范 围 越 来 越 广 。 轮 椅 也 由 手 动 轮 椅 、 电 动 轮 椅 趋 向 智 能 轮 椅 的 方 向 发 展 ， 但 是 它 们 一 般 仅 适 合 在 平 地 上 使 用 ， 很 少 有 具 备 爬 楼 和 翻 越 路 障 的 能 力 ， 楼 梯 和 路 障 使 轮 椅 的 使 用 受 到 了 很 大 的 限 制 ， 而 国 内 城 市 以 多 层 公 寓 式 楼 房 居 多 ， 尤 其 是 在 中 小 城 市 中 ， 电 梯 的 使 用 还 没 有 普 及 到 所 有 的 居 民 住 宅，这也给轮椅用户造成不便 2。为 了 给 老 年 人 和 残 疾 人 提 供 性 能 优 越 的 代 步 工 具 ， 解 决 楼 梯 或 路 障 对 他 们 生 活 造成的不便，帮助他们提高行动自由度，重新融入社会 3，研究轮椅已成为现代社 会最为重要的事情。轮椅是年老体弱者以及下肢伤残者必不可少的最优代步工具， 随 着 无 障 碍 设 施 的 增 多 ， 轮 椅 使 用 者 的 活 动 范 围 逐 步 加 大 ， 楼 梯 却 使 轮 椅 受 到 很 大 限 制 ， 这 促 使 人 们 迫 切 的 研 究 轮 椅 。 连 续 型 爬 楼 梯 轮 椅 工 作 效 率 高 ， 爬 楼 梯 的 速 度 较 快 ； 间 歇 型 的 爬 楼 梯 轮 椅 因 两 套 支 撑 装 置 交 替 支 撑 ， 爬 楼 梯 的 速 度 慢 一 些 ； 星 形 轮 式 爬 楼 梯 轮 椅 的 活 动 范 围 广 ， 运 动 灵 活 ， 但 是 上 下 楼 梯 时 平 稳 性 不 高 ； 履 带 型 爬 楼梯轮椅的技术比较成熟，传动效率比较高，行走重心波动很小，运动非常平稳， 但是运动不够灵活，对楼梯有一定的损坏，这限制了其在日常生活中的推广应用45。国 内 外 尚 没 有 体 积 小 巧 、 操 作 简 单 、 价 格 低 廉 ， 适 用 于 居 民 楼 梯 和 广 大 残 疾 人 及老年人的爬楼梯轮椅。尽管 IBOT4000 这种多功能高智能的轮椅是发展方向，我 国“863”等国家计划也支持一些单位研发了具有视觉、声音及语音控制等功能的 智 能 轮 椅 6， 但 是 从 我 国 经 济 发 展 水 平 和 需 求 人 群 的 经 济 条 件 来 看 ， 研 究 一种 价 格 适宜、小巧轻便的多功能爬楼梯装置才具有重大的意义和实用价值。1.3 国内外爬楼梯轮椅的优缺点及发展现状1.3.1 国内外爬楼梯轮椅的优缺点智 能 轮 椅 是 智 能 型 电 动 轮 椅 的 简 称 。 智 能 轮 椅 的 种 类 很 多 ， 目 前 尚 没 有 一 个 统一 的 或 权 威 性 的 定 义 。 高 性 能 智 能 轮 椅 通 常 同 时 具 有 电 动 轮 椅 与 智 能 机 器 人 的 多 种 功 能 。 作 为 一 种 典 型 的 服 务 机 器 人 ， 智 能 轮 椅 不 但 可 以 为 老 年 人 和 残 疾 人 提 供 一 种 良 好 的 代 步 工 具 ， 而 且 可 以 具 有 自 主 导 航 、 自 主 避 障 、 人 机 对 话 等 服 务 机 器 人 所 具- 2 -两轮式爬楼梯电动轮椅设计两轮式爬楼梯电动轮椅设计有的各种功能，因而可以帮助残疾人和老年人提高自己的生活自理能力和工作能力 ， 使 他 们 更 好 地 融 入 社 会 。 智 能 轮 椅 是 以 人 为 中 心 的 系 统 ， 因 此 其 控 制 系 统 的 设 计 并 不 是 自 主 性 越 高 越 好 ， 而 是 应 该 考 虑 到 使 用 者 的 具 体 需 要 ， 不 但 要 考 虑 到 使 用 者 对 各 种 功 能 的 需 要 ， 而 且 需 要 考 虑 到 使 用 者 的 经 济 负 担 能 力 。 中 国 开 展 智 能 轮 椅 的 研 究 较 晚 ， 但 也 根 据 自 己 的 技 术 优 势 和 特 点 ， 开 发 出 了 有 特 色 的 智 能 轮 椅 。 轮 椅 平台包括中科院自动化所的多模态交互智能轮椅、采用嵌入式控制系统智能轮椅， 上 海 交 通 大 学 的 多 功 能 智 能 轮 椅 ， 中 科 院 深 圳 先 进 技 术 研 究 院 基 于 头 部 动 作 的 智 能 轮椅等等。国外对爬楼梯装置的研究开始得相对较早，最早的专利是 1892 年美国的Bray 发 明 的 爬 楼 梯 轮 椅 7。 此 后 ， 各 国 纷 纷 开 始 投 入 此 项 研 究 ， 其 中 美 国 、 英 国 、德 国 和 日 本 占 主 导 地 位 ， 技 术 相 对 比 较 成 熟 ， 且 有 一 些 产 品 已 经 投 入 市 场 使 用 。我 国 对 此 类 装 置 的 研 究 虽 然 起 步 较 晚 ， 但 近 年 来 也 涌 现 了 很 多 这 方 面 的 专 利 ， 然而 投 入 实 际使用的还很少 8。下面对国外、国内各种类型装置的发展作简要介绍，并分析其各自优缺点。1履带式爬楼梯轮椅 履 带 式 爬 楼 梯 装 置 的 原 理 类 似 于 履 带 装 甲 运 兵 车 或 坦克 ， 其 原 理 简 单 ， 技 术 也比较成熟。英国 Baron mead 公司开发的一种电动轮椅车，底部是履带式的传动结 构 ， 可 爬 楼 梯 的 最 大 坡 度 为 35， 上 下 楼 梯 速 度 为 每 分 钟 15-20 个 台 阶 。 法 国 Top chair 公 司 生 产 的 电 动 爬 楼 梯 轮 椅 ， 它 的 底 部 有 四 个 车 轮 供 正 常 情 况 下 平 地 运 行 使 用 ， 当 遇 到 楼 梯 等 特 殊 地 形 时 ， 用 户 通 过 适 当 操 作 将 两 侧 的 橡 胶 履 带 缓 缓 放 下 至 地 面 ， 然 后 把 这 四 个 车 轮 收 起 ， 依 靠 履 带 无 需 旁 人 辅 助 便 能 自 动 完 成 爬 楼 等 功 能 。 日 本 长 崎 大 学 更 在 普 通 单 履 带 轮 椅 的 基 础 上 ， 研 究 了 一 种 代 号 为 “Sakadankun”的 双 履 带 式 的 爬 楼 梯 装 置 ， 即 左 右 两 侧 各 有 两 组 履 带 相 互 连 接 在 一 起 ， 解 决 了 在 水 平 状 态 与 楼 梯倾角切换时，座椅倾角过大而影响使用安全的问题，如图 1.1 所示。履 带 式 结 构 传 动 效 率 比 较 高 ， 行 走 时 重 心 波 动 很 小 ， 运 动 非 常 平 稳 ， 且 使 用 地 形 范 围 较 广 ， 在 一 些 不 规 则 的 楼 梯 上 也 能 使 用 。 它 除 了 具 备 爬 楼 梯 功 能 外 ， 也 能 作 为 普 通 的 电 动 轮 椅 使 用 。 但 是 这 类 装 置 仍 存 在 很 多 不 足 之 处 ： 重 量 大 、 运 动 不 够 灵 活 、 爬 楼 时 在 楼 梯 边 缘 造 成 巨 大 的 压 力 ， 对 楼 梯 有 一 定 的 损 坏 ， 且 平 地 使 用 时 所 受阻力较大，而且转弯不方便，这些问题限制了其在日常生活中的推广使用 912。- 3 -两轮式爬楼梯电动轮椅设计两轮式爬楼梯电动轮椅设计（a）BARONMEAD （英国） （b）Topchair （法国） （c）Sakadankun（日本）图 1.1 履带式爬楼梯轮椅2轮组式爬楼梯轮椅轮 组 式 爬 楼 梯 装 置 按 轮 组 中 使 用 小 轮 的 个 数 可 分 为 两 轮 组 式 、 三 轮 组 式 以 及 四 轮 组 式 。 按 照 所 使 用 的 轮 组 的 对 数 不 同 又 可 分 为 单 轮 组 式 和 双 轮 组 式 。 单 轮 组 式 是 指 装 置 中 仅 使 用 了 一 对 轮 组 ； 而 双 轮 组 式 是 指 在 装 置 的 前 后 各 使 用 了 一 对 轮 组 。 每 个 轮 组 依 照 星 形 轮 系 的 运 动 方 式 ， 各 个 小 轮 既 可 以 绕 各 自 的 轴 线 自 转 ， 又 可 以 随 着 系 杆 一 起 绕 中 心 轴 公 转 。 平 地 行 走 时 ， 各 小 轮 自 转 ， 而 爬 楼 梯 时 ， 各 小 轮 一 起 公 转 。 单 轮 组 式 结 构 稳 定 性 较 差 ， 在 爬 楼 过 程 中 需 要 有 人 协 助 才 能 保 证 重 心 的 稳 定 ； 而 双 轮组式虽能实现自主爬楼，但由于其体积庞大且偏重，影响了它的使用范围。美国著名发明家 Dean Kamen 发明的一种能自动调节重心的两轮组式轮椅 IBOT3000。它有 6 个轮子，前面有一对实心脚轮，后面有两对行星结构的充气轮 胎，通过两后轮交替翻转可以上下楼梯。IBOT3000 几乎能适用于所有楼梯，此外 它 也 能 在 沙 滩 、 斜 坡 和 崎 岖 的 路 面 上 行 驶 ， 而 且 后 轮 可 以 直 立 行 走 ， 为 使 用 者 提 供 了 更 多 方 便 之 处 ， 帮 助 他 们 能 达 到 正 常 人 的 高 度 。 它 最 大 的 优 点 就 是 在 轮 椅 重 心 安 装 了 陀 螺 仪 ， 控 制 器 根 据 陀 螺 仪 的 信 号 调 整 重 心 的 位 置 ， 使 轮 椅 能 在 不 同 状 态 下 保 持平衡。经过数十年的研究开发，它己经由 IBOT3000 发展到了 IBOT400O，功能 也越来越强大，是目前该领域中性能最高的产品，它的售价在 3 万 美 元 左 右 ， 相 当于一辆中档桥车的价格，难以被普通使用者接受。- 4 -两轮式爬楼梯电动轮椅设计两轮式爬楼梯电动轮椅设计我国在上世纪八十年代对轮组式爬楼梯装置已有研究，1987 年专利号为86210653 的国家专利中介绍了一种平地、楼梯运行多用轮椅，前滚轮和后滚轮都 用 多 个 星 形 轮 组 成 ， 除 自 转 外 还 绕 滚 轮 轴 公 转 而 实 现 上 下 楼 。 国 内 外 发 明 了 多 种 星 型 轮 式 爬 楼 梯 轮 椅 ， 除 了 IBOT4000 外大多数都采用 3 个或者 3 个 以 上 星 型 轮 1316。内蒙古民族大学物理与机电学院的苏和平等人借鉴了 IBOT 的爬楼方式，采用星形 轮 系 作 为 爬 楼 梯 机 构 ， 设 计 了 一 种 双 联 星 形 机 构 电 动 爬 楼 梯 轮 椅 。 改 进 轮 椅 爬 楼时 需 要 人 工 辅 助 或 者 楼 梯 扶 手 的 辅 助 支 撑 ， 使 其 能 调 整 重 心 的 位 置 ， 安 全 爬 楼 。 东南 大 学 机 械 学 院 设 计 的 爬 楼 轮 椅 采 用 了 四 组 星 形 轮 ， 每 三 个 一 组 ， 共 十 二 个 轮 子 ，除 能爬楼梯外还具有遥控的功能，如图 1.2 所示。轮 组 式 爬 楼 梯 装 置 的 活 动 范 围 广 ， 运 动 灵 活 ， 但 是 上 下 楼 梯 时 平 稳 性 不 高 ， 重 心 起 伏 较 大 ， 会 使 乘 坐 者 感 到 不 适 。 此 外 ， 轮 组 式 爬 楼 梯 装 置 体 积 较 大 ， 很 难 在 普通住宅楼梯上使用。（a）两轮组式 （b）三轮组式 （c）四轮组式 （d）双轮组式图 1.2 轮组式爬楼梯轮椅3步行式爬楼梯轮椅早期的爬楼梯轮椅一般都采用步行式，其爬楼梯执行机构由铰链杆件机构组 成 。 上 楼 时 先 将 轮 椅 抬 高 ， 再 水 平 向 前 移 动 ， 如 此 重 复 这 两 个 过 程 直 至 爬 完 一 段 楼 梯 。 步 行 式 爬 楼 梯 装 置 模 仿 人 类 爬 楼 的 动 作 ， 外 观 可 视 为 足 式 机 器 人 ， 采 用 多 条 机 械腿交替升降、支撑座椅爬楼的原理。- 5 -两轮式爬楼梯电动轮椅设计两轮式爬楼梯电动轮椅设计日本早稻田大学理工学术院高西淳夫教授的研究室以及日本机器人开发风险企业 Tmsuk 联合开发的双足行走机器人“WL-16R”，它由两条机械腿支撑一个 座椅构成，每条机械腿有 6 个 自 由 度 ， 可 向 前 、 后 、 侧 面 移 动 ， 座 椅 底 部 装 有 陀 螺 仪 ， 每 条 腿 上 装 有 压 力 传 感 器 ， 通 过 传 感 器 采 集 信 息 ， 控 制 其 实 时 调 整 姿 态 保 持 重 心 平 稳 。 “WL-16R ”两 腿 前 后 伸 展 距 离 最 长 为 1.02 米 ， 左 右 最 长 1.36 米 ， 每 条腿上下运动幅度最大 0.34 米，如图 1.3 所示。 日 本 长 崎 大 学 机 械 工 程 系 研 究 了一 种 高 阶 爬 楼 梯 装 置 ， 它 由 一 系 列 液 压 操 作 杆和 前 后 两 组 星 型 轮 构 成 ， 集 步 行 式 与 轮 组 式 设 计 理 念 于 一 体 。 装 置 通 过 星 型 轮 的 翻 转 上 下 楼 梯 ， 座 椅 底 部 的 传 感 器 检 测 装 置 的 平 衡 情 况 ， 控 制 操 作 杆 自 动 调 节 使 装 置 在爬楼过程中始终位于稳定裕度内。在平地使用时，操作杆可以折叠于座椅底部， 节省了使用空间。它的最大优点是爬楼幅度较高，甚至能自行上下货车。步 行 式 爬 楼 梯 装 置 爬 楼 时 运 动 平 稳 ， 适 合 不 同 尺 寸 的 楼 梯 ， 但 它 对 控 制 的 要 求 很 高 ， 操 作 比 较 复 杂 ， 在 平 地 行 走 时 运 动 幅 度 不 大 ， 动 作 缓 慢 。 此 外 ， 座 椅 距 地 面的高度较大，易给使用者造成心理恐惧，距离实际应用还有很大的距离 17。图 1.3 步行式爬楼梯轮椅 WL-16R从 以 上 不 难 看 出 ， 履 带 型 爬 楼 梯 轮 椅 的 技 术 比 较 成 熟 ， 传 动 效 率 比 较 高 ， 行 走重 心 波 动 很 小 ， 运 动 非 常 平 稳 ， 但 是 运 动 不 够 灵 活 ， 对 楼 梯 有 一 定 的 损 坏 ， 这 限 制 了 其 在 日 常 生 活 中 的 推 广 应 用 ； 轮 组 式 爬 楼 梯 轮 椅 的 活 动 范 围 广 ， 运 动 灵 活 ， 但 是 上 下 楼 梯 时 平 稳 性 不 高 ； 步 行 式 爬 楼 梯 轮 椅 因 两 套 支 承 装 置 交 替 支 承 ， 爬 楼 梯 的 速 度一般较慢。- 6 -两轮式爬楼梯电动轮椅设计两轮式爬楼梯电动轮椅设计国 内 外 尚 没 有 体 积 小 巧 、 操 作 简 单 、 价 格 低 廉 ， 适 用 于 居 民 楼 梯 和 广 大 残 疾 人及老年人的爬楼梯轮椅。尽管 IBOT4000 这种多功能高智能的轮椅是发展方向，我 国“863”等国家计划也支持一些单位研发了具有视觉、声音及语音控制等功能的 智 能 轮 椅 ， 但 是 从 我 国 经 济 发 展 水 平 和 需 求 人 群 的 经 济 条 件 来 看 ， 结 构 紧 凑 、小 巧 轻便，如 IBOT4000 大小，功能单一的低价格爬楼梯轮椅，以及在现有轮椅上加装 简 单 的 辅 助 装 置 就 可 以 爬 楼 梯 的 轮 椅 ， 将 会 比 多 功 能 高 价 格 的 智 能 轮 椅 更具 有 市 场 潜力和社会价值 5。1.3.2 国内外爬楼梯轮椅的发展趋势综 上 所 述 ， 应 用 智 能 技 术 于 智 能 轮 椅 取 得 了 一 定 的 成 效 ， 研 制 出 了 很 多 面 向 行动不便人群的辅助行走电动轮椅，功能多样化，基本上满足了行动不便人士要求， 但 也 要 看 到 智 能 轮 椅 还 停 留 在 实 验 室 或 是 少 数 定 做 ， 并 没 有 真 正 产 业 化 ， 所 以 在 研 究上仍有许多空间。未来的研究将会向以下几个方向发展：1智能化 智 能 轮 椅 要 走 向 实 际 应 用 ， 必 须 综 合 应 用 智 能 技 术 ， 优 化 控 制 算 法 ，增 强 自 动规 划 和 基 于 传 感 智 能 ， 如 实 现 自 然 语 言 控 制 、 视 觉 平 滑 控 制 、 恶 劣 环 境 下 自 如 行 走 等。也应结合一些新科技如计算机通讯、网络等技术开发适应远程通讯的需要。2人性化 系 统 设 计 者 应 充 分 考 虑 行 动 不 便 者 需 求 ， 从 细 微 处 出 发 ， 设 计 安 全 、舒 适 、 合理 的 智 能 轮 椅 ， 如 增 加 轮 椅 可 以 上 升 的 功 能 ， 以 便 使 用 者 和 正 常 人 对 话 ； 选 择 透 气 性好的坐垫；安装报警装置；使轮椅操作方式尽可能简单等。3模块化 智 能 轮 椅 要 批 量 生 产 ， 必 须 实 现 模 块 化 ， 整 个 系 统 应 由 基 本 模 块 和各 个 功 能 模块 构 成 ， 每 个 功 能 模 块 负 责 一 种 功 能 ， 用 户 可 以 根 据 需 求 选 择 ， 配 置 最 合 适 的 轮 椅 ， 同时模块化也能降低成本，提高性价比。随 着 人 工 智 能 、 模 式 识 别 、 图 像 处 理 、 计 算 机 技 术 和 传 感 器 技 术 的 发 展 ， 智 能轮椅的功能将更为完善、丰富，也将真正进入老年人和残障人士的生活 8。1.4 研究的基本问题和解决的问题1.4.1 研究的基本问题- 7 -两轮式爬楼梯电动轮椅设计两轮式爬楼梯电动轮椅设计轮 椅 是 年 老 体 弱 者 以 及 下 肢 伤 残 者 必 不 可 少 的 代 步 工 具 ， 随 着 无 障 碍 设 施 的 增多 ， 轮 椅 使 用 者 的 活 动 范 围 逐 步 加 大 ， 但 楼 梯 却 使 轮 椅 受 到 很 大 限 制 。 国 内 外 发 明 了 多 种 星 型 轮 式 爬 楼 梯 轮 椅 ， 其 中 比 较 著 名 的 是 美 国 发 明 家 发 明 的 一 种 能 自 动 调 节 重心的两轮组式轮椅IBOT，是目前该领域中性能最高的产品，也是今后轮椅发 展 的 方 向 。 而 国 内 的 爬 楼 梯 装 置 在 这 方 面 的 研 究 较 少 ， 通 过 对 两 轮 组 式 爬 楼 装 置 机 构 的 研 究 ， 设 计 一 种 简 单 的 两 轮 式 星 型 爬 楼 梯 装 置 ， 从 而 将 其 应 用 于 轮 椅 方 面 ， 解 决轮椅爬楼越障的难题。1.4.2 解决的问题本 题 目 “两 轮 式 爬 楼 梯 电 动 轮 椅 设 计 ”， 要 求 了 解 两 轮 式 爬 楼 梯 电 动 轮 椅 的 结构，掌握其组成和工作方式，完成两轮式爬楼梯电动轮椅结构的设计。1.5 本章小结本 章 首 先 对 轮 椅 这 个 不 可 缺 少 的 代 步 工 具 进 行 了 简 单 的 背 景 介 绍 ， 然 后 说 明 了研 究 两 轮 式 爬 楼 梯 电 动 轮 椅 的 重 要 意 义 ， 并 且 根 据 爬 楼 梯 轮 椅 的 发 展 现 状 和 趋 势 分 析 了 各 类 爬 楼 梯 轮 椅 的 优 缺 点 。 履 带 式 爬 楼 梯 装 置 对 楼 梯 损 坏 太 大 ， 且 体 积 大 、 质 量 重 ， 不 适 于 家 居 使 用 ； 步 行 式 爬 楼 梯 装 置 不 仅 体 积 庞 大 ， 缺 乏 灵 活 性 且 控 制 复 杂 ， 技 术 要 求 较 高 ； 其 他 附 加 的 辅 助 装 置 虽 然 稳 定 性 相 对 较 好 ， 然 而 由 于 其 不 能 和 轮 椅 融 为 一 体 ， 限 制 了 它 的 使 用 范 围 。 综 合 考 虑 以 上 这 些 因 素 ， 采 用 轮 式 结 构 的 方 案 相 对而言更加实际。- 8 -两轮式爬楼梯电动轮椅设计两轮式爬楼梯电动轮椅设计第二章 总体设计2.1 概述轮 椅 是 年 老 体 弱 者 以 及 下 肢 伤 残 者 必 不 可 少 的 代 步 工 具 ， 随 着 无 障 碍 设 施 的 增多 ， 轮 椅 使 用 者 的 活 动 范 围 逐 步 加 大 ， 但 楼 梯 却 使 轮 椅 受 到 很 大 限 制 。 国 内 外 发 明 了 多 种 星 型 轮 式 爬 楼 梯 轮 椅 ， 其 中 比 较 著 名 的 是 美 国 发 明 家 发 明 的 一 种 能 自 动 调 节 重心的两轮组式轮椅IBOT，如图 2.1 所示，是目前该领域中性能最高的产品，也 是今后轮椅发展的方向。图 2.1 美国 IBOT轮 组 式 爬 楼 梯 装 置 按 轮 组 中 使 用 小 轮 的 个 数 可 分 为 两 轮 组 式 、 三 轮 组 式 以 及 四轮 组 式 。 按 照 所 使 用 的 轮 组 的 对 数 不 同 又 可 分 为 单 轮 组 式 和 双 轮 组 式 。 单 轮 组 式 是 指 装 置 中 仅 使 用 了 一 对 轮 组 ； 而 双 轮 组 式 是 指 在 装 置 的 前 后 各 使 用 了 一 对 轮 组 。 每 个 轮 组 依 照 星 形 轮 系 的 运 动 方 式 ， 各 个 小 轮 既 可 以 绕 各 自 的 轴 线 自 转 ， 又 可 以 随 着 系 杆 一 起 绕 中 心 轴 公 转 。 星 型 轮 多 的 优 点 是 轮 椅 爬 楼 梯 时 的 稳 定 性 好 ， 缺 点 是 体 积 较 大 ， 很 难 在 普 通 住 宅 楼 梯 上 使 用 ， 这 也 是 星 型 轮 式 爬 楼 梯 轮 椅 尽 管 发 明 专 利 很 多 ， 真 正 实 施 和 推 广 很 少 的 主 要 原 因 。 目 前 IBOT4000 是星型轮机构爬楼梯轮椅中性能 指 标 最 高 的 产 品 ， 它 结 构 非 常 紧 凑 、 运 动 灵 活 、 操 作 简 便 。 而 国 内 的 爬 楼 梯 装 置 在- 9 -两轮式爬楼梯电动轮椅设计两轮式爬楼梯电动轮椅设计这 方 面 的 研 究 较 少 ， 考 虑 到 我 国 的 基 本 国 情 以 及 使 用 与 开 发 条 件 的 限 制 ， 通 过 借 鉴IBOT4000 的爬楼梯方式的研究，设计一种简单的两轮组式星型爬楼梯装置，从而 将其应用于轮椅方面，解决轮椅爬楼越障的难题。2.2 总体结构设计两 轮 式 爬 楼 梯 电 动 轮 椅 主 要 由 以 下 四 部 分 组 成 ： 车 身 、 机 械 传 动 机 构 、 执 行 电机 及 其 驱 动 控 制 系 统 。 车 身 包 括 座 椅 和 支 撑 座 椅 的 框 架 ， 机 械 传 动 机 构 主 要 由 齿 轮 组 成 。 装 置 底 部 安 装 两 组 车 轮 ， 前 后 各 一 组 。 前 面 一 组 是 驱 动 轮 ， 通 过 电 机 分 别 驱 动左右两个轮子，来实现调节轮椅速度和轮椅转向问题。后面四个是爬楼辅助轮， 通过后置电机独立驱动，完成翻转过程。两轮式爬楼梯电动轮椅设计简图如图 2.2 所示图 2.2 两轮式爬楼梯电动轮椅设计简图多功能爬楼梯装置的外形参数如下：总体长度：1020 一 1090 mm； 总体宽度：550 一 600 mm； 平地驱动轮直径：350 mm； 爬楼辅助轮直径：290 mm。2.2.1 平地行走结构设计- 10 -两轮式爬楼梯电动轮椅设计两轮式爬楼梯电动轮椅设计装 置 在 平 地 无 障 碍 情 况 下 运 动 时 类 似 于 普 通 的 电 动 轮 椅 。 传 统 的 电 动 轮 椅 普 遍采 用 后 轮 驱 动 的 方 式 ， 即 前 轮 采 用 万 向 轮 ， 后 轮 作 为 驱 动 轮 ， 前 万 向 轮 根 据 后 驱 动 轮 的 行 进 方 向 及 时 自 动 调 整 以 使 其 与 后 驱 动 轮 保 持 一 致 。 这 种 设 计 方 法 存 在 一 个 不 足 之 处 ； 由 于 此 时 前 轮 肩 负 转 向 的 功 能 ， 驱 动 力 作 用 于 后 轮 ， 在 改 变 车 体 的 运 动 状 态 时 ， 如 由 静 止 到 启 动 ， 或 者 行 进 方 向 发 生 变 化 的 情 况 下 ， 前 万 向 轮 不 能 立 即 切 换 方 向 ， 必 须 有 一 段 自 我 调 节 的 时 间 ， 这 样 会 造 成 车 头 摇 摆 、 晃 动 ， 影 响 使 用 的 安 全 性 。 本 装 置 采 用 前 轮 驱 动 的 设 计 方 法 ， 即 驱 动 力 作 用 于 前 轮 ， 后 轮 为 从 动 轮 ， 在 前 轮 的 作 用 下 被 动 前 进 。 由 此 ， 前 轮 既 是 驱 动 轮 又 是 转 向 轮 ， 转 向 时 的 行 进 方 向 便 容 易 控 制 ， 转 向 性 能 得 到 改 善 ， 不 容 易 出 现 过 度 转 向 的 现 象 ， 使 用 安 全 性 得 到 了 提 高2， 18。前驱动轮通过两个电机分别驱动，经过蜗轮蜗杆减速器减速，实现轮子运行。 通 过 调 节 两 个 电 机 的 转 速 ， 来 实 现 轮 椅 的 调 速 和 转 向 ， 使 装 置 转 向 灵 活 ， 易 于 控 制 。 当 两 个 电 机 的 转 速 相 同 时 ， 轮 椅 直 行 ； 由 于 轮 椅 的 平 地 运 行 速 度 不 大 ， 本 文 采 用 原 地 转 弯 方 式 ， 即 左 转 弯 的 时 候 ， 左 电 机 停 止 ， 右 电 机 保 持 转 速 不 变 ， 从 而 实 现 左 转 弯 ； 轮 椅 右 转 ， 反 之 亦 然 。 它 的 使 用 简 化 了 机 械 结 构 ， 并 且 降 低 了 系 统 的 重 量 和 成 本，如图 2.3 所示。图 2.3 前驱动轮示意图- 11 -两轮式爬楼梯电动轮椅设计两轮式爬楼梯电动轮椅设计2.2.2 爬楼梯结构设计1爬楼结构两 轮 式 爬 楼 梯 电 动 轮 椅 的 爬 楼 装 置 由 四 个 辅 助 轮 翻 转 实 现 。 四 个 爬 楼 辅 助 轮 的 设 计 采 用 双 联 星 形 轮 机 构 ， 装 置 的 操 作 开 关 在 扶 手 上 ， 上 面 装 有 控 制 开 关 ， 它 用 于 切换主电源，完成平地与爬楼功能的转换，并实现平地运行时的速度与方向控制。星 形 轮 式 爬 楼 梯 电 动 轮 椅 的 爬 楼 梯 机 构 由 均 匀 分 布 在 “Y”形 或 “ ”字 形 系 杆 上 的 若 干 个 小 轮 构 成 。 各 个 小 轮 既 可 以 绕 各 自 的 轴 线 自 转 ， 又 可 以 随 着 系 杆 一 起 绕 中 心 轴 公 转 。 在 平 地 行 走 时 ， 各 小 轮 自 转 ， 而 在 爬 楼 梯 时 各 小 轮 一 起 公 转 ， 从 而 实现爬楼梯的功能。本文轮椅采用了双联星形轮机构，设计了 2K-H 型行星轮系为 轮椅爬楼梯的翻转机构。爬 楼 辅 助 轮 尺 寸 相 同 ， 同 侧 的 两 个 后 轮 轴 是 相 联 的 ， 左 右 两 侧 也 是 相 连 的 。 四 个爬楼辅助轮的连接示意图和行星轮系工作原理如图 2.4 所 示 ， 通 过 电 机 直 接 相 连 、外啮合式定轴轮系、内啮合式定轴轮系和行星轮系 4 个 结 构 形 式 的 对 比 ， 选 择 设 计了 2K-H 型行星轮系。电机和太阳齿轮 1 相连，通过两者转速的匹配，使行星轮 2（2 ）和转臂 H 按一定的角速度围绕中心太阳轮 1 做公转运动，转臂和星形轮两轴 之间的连杆采用固定连结构，从而使两轴发生翻转 19。1、中心齿轮；2（2）、行星齿轮；3、中心内齿轮；H、转臂；M、专用电动机图 2.4 电动爬楼梯轮椅翻转原理图- 12 -两轮式爬楼梯电动轮椅设计两轮式爬楼梯电动轮椅设计2爬楼过程分析爬 楼 运 动 时 ， 前 轮 离 开 地 面 ， 仅 由 四 个 爬 楼 辅 助 轮 支 撑 着 地 。 以 上 楼 梯 方 向 为 例，装置在台阶上运动时，在驱动轴的作用下，所有后轮由中轴上的电动机驱动， 随 中 轴 进 行 公 转 ， 两 对 轮 交 替 进 行 翻 爬 楼 梯 。 在 爬 楼 过 程 中 ， 每 个 时 刻 都 至 少 有 两 个车轮着地，且受力点对称。图 2.5 为两轮式爬楼梯电动轮椅的爬楼过程图，本文设计的爬楼装置上楼运动 过程与 IBOT4000 一样。正常行驶情况，由前面两个驱动轮带动四个爬楼辅助轮运 行 ， 四 个 爬 楼 辅 助 轮 并 列 成 为 一 排 ， 此 时 后 置 电 机 不 工 作 。 在 遇 到 楼 梯 的 时 候 ， 使 用 者 按 操 作 手 柄 上 的 切 换 按 钮 ， 使 平 地 行 走 电 机 停 止 同 时 爬 楼 电 机 启 动 ， 通 过 系 杆带动车轮旋转，随中轴进行公转，两对轮交替进行翻爬。图 2.5 装置上楼运动过程3爬楼梯性能分析目前，在国际上处于领先地位的爬楼梯装置是美国的 IBOT，原理是基于传统 的 星 形 轮 系 的 运 动 方 式 ， 两 个 车 轮 既 可 以 绕 各 自 轴 线 自 转 ， 也 可 以 随 着 系 杆 一 起 绕 中 心 轴 公 转 。 IBOT 爬楼辅助轮的直径是 301mm，本文设计的爬楼辅助轮的直径为 290mm，图 2.6 为运动轨迹图，轨迹半径约等于车轮的半径，爬楼速度较快，星形轮每公转 1 周能翻越 2 个台阶。- 13 -两轮式爬楼梯电动轮椅设计两轮式爬楼梯电动轮椅设计图 2.6 运动轨迹图由于采用与 IBOT4000 类 似 的 爬 楼 梯 原 理 ， 因 此 在 爬 楼 梯 时 也 像 IBOT4000 那样 ， 但 是 需 要 有 楼 梯 扶 手 或 者 一 个 助 手 辅 助 ， 其 主 要 作 用 是 提 供 一 个 辅 助 支 撑 ， 使 得 在 爬 楼 梯 过 程 中 能 够 安 全 地 调 整 位 置 和 重 心 。 由 于 重 心 较 低 ， 轮 子 较 大 ， 所 以 助 手 需 要 提 供 的 辅 助 支 撑 力 比 较 小 。 尽 管 轮 椅 在 爬 楼 梯 时 需 要 提 供 辅 助 支 撑 ， 但 是 这 却 使 得 轮 椅 结 构 更 紧 凑 ， 而 且 也 不 存 在 过 去 设 计 的 不 需 要 辅 助 支 撑 的 自 主 爬 楼 梯 轮 椅 、 车 轮 和 台 阶 之 间 定 位 困 难 、 重 心 不 好 控 制 、 导 致 安 全 性 不 高 、 难 以 推 广 使 用 的 问题，本文设计的双联星形轮机构爬楼梯轮椅结构简单，体积小巧，实用性强。为使这款装置能满足普通居民的使用需求，需要了解我国普通住宅的楼梯尺 寸 。 根 据 中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准 住 宅 设 计 规 范 （ GB5009 吞一 1999） 的 规 定 ： “住宅楼梯梯段净宽不应小于 1.10 米 ， 6 层及 6 层 以 下 住 宅 ， 一 边 设 有 栏 杆 的 梯 段净宽不应小于 1 米 （ 楼 梯 梯 段 净 宽 系 指 墙 面 至 扶 手 中 心 之 间 的 水 平 距 离 ） 。 住 宅 楼 梯踏步宽度不应小于 260mm，踏步高度不大于 175mm，坡度为 33.940，为接近舒 适性标准”。普通住宅的层高一般为 2.80m，按一级台阶高度是 145mm 计算，共 19 个台阶 2。装 置 与 车 轮 尺 寸 的 设 置 以 上 述 普 通 住 宅 楼 梯 尺 寸 的 要 求 为 基 准 。 装 置 的 总 体 宽 度应小于梯段净宽并留有余量:爬楼辅助轮的直径应不大于楼梯踏步宽度，从而确 保 楼 梯 有 足 够 的 空 间 放 置 此 装 置 ， 而 装 置 运 动 时 所 能 达 到 的 最 高 点 （ 约 为 车 轮 半 径 与驱动轴之间距离的和）应大于踏步的高度。本文设计的装置总体宽度是550-600mm，爬楼辅助轮的直径为 290mm。- 14 -两轮式爬楼梯电动轮椅设计两轮式爬楼梯电动轮椅设计2.3 本章小结本 章 首 先 对 两 轮 式 爬 楼 梯 电 动 轮 椅 进 行 了 简 单 的 概 述 ， 给 出 了 两 轮 式 爬 楼 梯 电动 轮 椅 的 总 体 结 构 设 计 方 案 ， 总 体 设 计 方 案 里 分 别 介 绍 了 平 地 行 走 结 构 和 爬 楼 梯 结 构 ， 并 且 重 点 介 绍 了 爬 楼 部 分 的 组 成 与 构 造 ， 还 对 爬 楼 的 机 理 和 过 程 进 行 了 详 细 分 析。- 15 -两轮式爬楼梯电动轮椅设计两轮式爬楼梯电动轮椅设计第三章 机械结构设计3.1 两轮式爬楼梯电动轮椅结构组成结 构 主 要 包 括 车 架 、 座 椅 、 平 地 行 走 装 置 、 爬 楼 装 置 四 部 分 。 这 些 是 轮 椅 的 重要支撑体，相当于人的躯体、手和脚。下面分别介绍四部分的结构和材料构成。 车架：车架是轮椅的支撑体，主要由 30mm 的圆钢管焊接而成，底下安有六 个 车 轮 ， 两 个 前 轮 为 350mm， 四 个 爬 楼 梯 辅 助 轮 为 290mm。 在 距 地 面 850mm处有一扶手，用来推动爬楼车时方便扶手。 座椅：座椅是支撑人的构件，其材料为高强度工程材料制成。 平地行走装置：前驱动轮通过两个电机分别驱动，经过蜗轮蜗杆减速器减速，实 现 轮 子 运 行 。 通 过 调 节 两 个 电 机 的 转 速 ， 来 实 现轮 椅 的 调 速 和 转 向 ， 使 装 置 转 向 灵 活 ， 易 于 控 制 。 当 两 个 电 机 的 转 速 相 同 时 ，轮 椅 直 行 ； 由 于 轮 椅 的 平 地 运 行 速 度 不 大 ， 本 文 采 用 原 地 转 弯 方 式 ， 即 左 转 弯的 时 候 ， 左 电 机 停 止 ， 右 电 机 保 持 转 速 不 变 ， 从 而 实 现 左 转 弯 ； 轮 椅 右 转 ， 反之 亦 然 。 它 的 使 用 简 化 了 机 械 结 构 ， 并 且 降 低 了系统的重量和成本。减速器主要是用铝合金材质，小巧轻便。爬楼装置：电机直接与设计的 2K-H 型行星轮系相连。电机和太阳齿轮相连， 通过两者转速的匹配，使行星轮和转臂按一定的角速度围绕中心太阳轮做公转运动，转臂和星形轮之间的系杆采用固定连接结构，从而使两轴发生翻转。3.2 两轮式爬楼梯电动轮椅功率计算根据装置平地和爬楼两种不同的运动情形，分别计算两种驱动电机所需的功率。轮椅本身的质量大约为 50kg，承载人员的最大体重平均为 80kg，因此车体和 人员的总质量大约为 130kg。该总质量由两个前驱动轮和四个后辅助爬楼梯轮共同 分 担 ， 设 定 前 两 个 驱 动 轮 承 受 总 质 量 的 60%， 四 个 辅 助 爬 楼 梯 轮 承 受 总 质 量 的 40%， 取轮胎与地面之间的摩擦系数为 0.71 2。3.2.1 平地所需功率前 驱 动 轮 在 电 机 驱 动 下 ， 克 服 与 地 面 之 间 的 摩 擦 力 F1 旋 转 前 进 ， 同 时 带 动 四个爬 楼 辅 助 轮 旋 转 前 进 ， 爬 楼 辅 助 轮 克 服 与 地 面 之 间 也 存 在 一 定 的 摩 擦 力 F2。 装 置在 平地上能够正常行驶的条件是：F 1 2 F2。- 16 -两轮式爬楼梯电动轮椅设计两轮式爬楼梯电动轮椅设计前驱动轮承受的正压力：N 1= 0. 5(G 车 +G 人 ) 60 382.2 N后辅助轮承受的正压力：N 2= 0.25(G 车 +G 人 ) 40 127.4 N前驱动轮承受的水平摩擦力：F 1= N1= 271.4 N后辅助轮承受的水平摩擦力：F 2= N2= 90.5 NF12F 2，满足正常行驶条件。前驱动轮的直径 D1 为 350 ， 后 辅 助 轮 的 直 径 D2 为 290 。 根 据 装 置 运 行 速度和车轮直径，可计算得各参数如下。平地运动最大速度为：V 1= 1.67 m/s前驱动轮所需最大转速为：n 1= 60V1/ D1= 91 r/min 前驱动轮最大角速度为： 1 2 n1/60= 9.52 rad/s 前驱动轮最大切向加速度为：a= F1/m= 6.96 m/s2 前驱动轮最大角加速度为：= a/(D 1/2)= 39.77 rad/s2 前驱动轮转动惯量为：J= m 1r2/2= m1D12/8= 0.0459 kgm2( 取驱动轮质量m1=3kg )前驱动轮所需的转矩为：M 1 J= 1.825 kgm= 17.89 Nm前驱动轮所需的功率为：P 1=M1 1/= 340.6 W（由于采用蜗轮蜗杆减速器所以设电机的机械效率 50）3.2.2 爬楼梯所需功率装 置 在 爬 楼 时 需 要 克 服 车 体 和 人 的 重 力 做 功 ， 车 体 和 人 组 成 的 整 个 系 统 的 重 心位于整车的后半部分，估算重力作用线与驱动轴之间的垂直距离 L100 处爬楼梯运动最大速度为：V 2= 0.2 m/s所需克服阻力矩为：M 2= GL=(50+80)9.80.1= 127.4 Nm爬楼最快转速：n 2= 60V2/ D2= 13.18 r/min驱动轮最大角速度为： 2 2 n2/60= 1.38 rad/s- 17 -两轮式爬楼梯电动轮椅设计两轮式爬楼梯电动轮椅设计爬楼时驱动电机最大所需功率为：P 2= M2 2/= 195.3 W（设电机的机械效率90)3.3 平地行走的机械结构3.3.1 减速器选型通 常 选 用 的 电 机 转 速 非 常 大 ， 尤 其 是 直 流 电 机 的 转 速 通 常 都 在 几 千 转 以 上 ， 而通过上面公式求得，平地行走时所需要的最大转速是 91 r/min，所以本文采用蜗轮 蜗杆减速器，降低电机的转速，来带动两个前驱动轮行走。通过简单的查找，RV 系 列 蜗 轮 蜗 杆 减 速 器 ， 材 质 为 铝 合 金 ， 而 且 小 巧 轻 便 ， 非 常 适 合 作 为 两 轮 式 爬 楼 梯 电 动 轮 椅 的 减 速 器 。 上 节 计 算 了 驱 动 轮 所 需 的 电 机 功 率 ， 本 文 初 步 选 定 了 一 款 功 率 为 370 W，转速为 1400 r/min 的 RV 蜗轮蜗杆减速器。1求出