《智能轮椅的结构计算设计与选型案例综述》3000字

智能轮椅的结构计算设计与选型案例综述目录TOC\o"1-2"\h\u21538智能轮椅的结构计算设计与选型案例综述 120501.1基于人机工程学的尺寸设计 171771.1.1人体基本尺寸数据 1128481.1.2轮椅尺寸参数的确定 254951.2剪叉结构承载能力分析 3258881.3电动推杆计算选型 424561.1.1底部电动推杆设计 487131.1.2上部电动推杆设计 518075d2=355−l6 6207111.4电机的计算和选型 617643(1)平地行驶下的功率和转矩 632594(2)爬坡行驶下的功率和转矩 71.1基于人机工程学的尺寸设计1.1.1人体基本尺寸数据在智能轮椅的最大设计中，应该考虑轮椅的公差空间，即轮椅应该能够适合大多数用户。设计尺寸时，该标准为中国成人人体尺寸标准GB10000-88，其中，轮椅设计的参考尺寸为人体座椅尺寸和水平尺寸。主要尺寸如图3-1和图3-2所示。图3-1人体坐姿尺寸图图3-2人体水平尺寸图1.1.2轮椅尺寸参数的确定智能轮椅的尺寸设计应考虑人体和坐姿的不同尺寸数据，以使轮椅的尺寸可以与人体相对应。结合人体工程学理论，使轮椅上的人体强度适应人体的生理结构，并提高舒适度。根据对人体姿势的生理结构特征的分析，在舒适的坐姿下，人的大腿应与地板平行，而两只脚应自然而轻松地踩在踏板上。当将手臂放在扶手上时，它们可以承受身体的重量而不会施加力，并且可以灵活地改变姿势。本文从以下主要部分确定了轮椅尺寸参数的选择。（1）座椅高度：考虑到永久支撑轮的设计和安装尺寸，为了尽可能适合大多数人，最新开发的座椅高度为566mm。（2）座椅深度：考虑到座椅支架的尺寸，为了适合大多数人群，最新开发的座椅深度为430mm。（3）座椅宽度：为了满足大多数人的需求，考虑到人类座椅位置的两个肘部宽度，座椅的宽度太大，以至于两侧的肘部都难以支撑。座椅宽度为420mm。（4）扶手高度：如果设计扶手高度，如果扶手高度设计得太低，则会失去支撑；如果设计太大，则会增加手臂的疲劳度，因此最终设计尺寸为250mm。（5）靠背的高度和宽度：由于靠背和座椅表面之间有一定距离，所以靠背的最终设计尺寸为5501mm。背部的宽度与肩宽和最大肩宽有关。如果考虑到轮椅的总宽度和座椅的宽度，则椅背的最后宽度为440毫米。（6）其他尺寸：此外，必须考虑轮椅的整体尺寸。根据电动轮椅国家标准GBT12996-2012的外形尺寸要求，室外电动轮椅的总长度≤1200mm，总宽度≤700mm，总高度≤1090mm。最新开发的轮椅尺寸（和座椅位置）的总长度为922mm，总宽度为570mm，总高度为1050mm，符合国家标准的要求。（7）移动范围：靠背的可移动角度为0〜0.5π，以铰链的形式连接至座椅夹。为了防止人体在稳定状态下向前倾斜，座椅移动角度为0〜0.47π，该角度以折叠的方式连接到框架。1.2剪叉结构承载能力分析数字设计参数设计是选择系统中所有参数（包括原材料，零件，组件等）的最佳水平组合，然后最小化外部，内部和产品方面的干扰影响，设计产品的质量稳定。较小的波动。因此，在设计工艺参数中，选择满足环境条件的质量等级最低，加工密度高，性价比高的组件进行设计，可以理解地提高了产品质量和成本。如果参数设计基于复合剪切机械手的基本结构，则必须根据工程比例和几何关系来提出设计要求。为了尽可能满足设计要求，不仅必须考虑尺寸和工程参数的初始值，而且每次更改这些设计参数时都必须保持这些基本条件。其次，几何元素之间连接的几何信息应为不变参数。参数化设计可以大大提高模型修改的速度。作为一种新型驱动杆，所连接的剪力型提升机构在设计参数时应通过其基本结构优化所有参数的组合，以减少干扰的影响并提高轮椅椅面的适用性和稳定性。图4-4剪叉结构剪叉结构的材料是7075-T651铝合金。该铝合金的密度为2.81g/cm2。弹性模头为72GPa，拉伸强度为570MPa。修整管芯为26.9GPa。1.3电动推杆计算选型1.1.1底部电动推杆设计底部电动推杆如图3-3所示。AB是坐垫电动推杆，长度为l3。OC是座桥，点0和A分别是座圈，框架和坐垫电动推杆的枢轴点，点B是坐垫电动推杆的主体与插头之间的枢轴点。沿X0轴的实线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是坐垫图3-3电动推杆简图由相关文献可得公式：l躺姿下，座椅支架水平即θ1=0，此时l3d对长度公式求导可得va伸长量d1、速度v1、速度a底部电动推杆电动推杆的力F1提供。图3-4底部电动推杆受力图由平面几何可知，F1的力臂为h由力矩公式可得F从公式可以看出，在改变握持位置的过程中，底部电动推杆的最大推力约为2000N，最小推力约为494N，总体趋势是连续下降而没有突然变化。锻炼开始时，坐垫电动推杆的推力最大，最后则最小。1.1.2上部电动推杆设计上部如图3-5所示。CG为椅背支架,C点为座椅与椅背支架的铰接点。EF为背部电动推杆,长度为l6图3-5背部电动推杆简图由相关文献可得公式：l坐姿下，椅背支架垂直座椅支架即θ1=0.5π，此时l6d对长度公式求导可得速度和加速度公式。伸长量d2、速度v2、速度对椅背支架进行受力分析，如图3-6所示。P点为其重心点，Fx和Fy为铰接点C处沿x和y轴方向的受力，h2为背部电动推杆的力F2的力臂。F图3-6椅背支架受力图从公式可知，电动推杆2的最大推力为1766N，并且变化趋势同F1一致。由于腿部电动推杆的受力较小，这里不过多计算，采用型号为LAM3-S3-200-DC24V，额定推力为750N，行程为200mm的电动推杆。1.4电机的计算和选型电动轮椅的驱动力来自驱动后轮旋转的电动机。发动机的选择必须考虑诸如性能，成本，寿命周期和发动机体积之类的因素。发动机选择的主要依据是功率和扭矩，它不仅必须满足在平坦地面上的最大功率和最大扭矩的要求，而且还必须满足支架下的最大功率和最大扭矩的要求。(1)平地行驶下的功率和转矩根据GBT12996-2012对移动轮椅的性能要求，户外电动轮椅的最大速度必须小于6km/h，即最大速度v1=1.67m/s。本文开发的后轮轮椅是一个12英寸的PU实心后轮，当在平坦地面上行驶时，可以获得后轮的最大速度n假设用户的轮椅总重量为m=150kg，轮椅轮胎的材料为橡胶。通常，橡胶与混凝土板之间的滚动摩擦系数为0.01〜0.02。在此，滚动效果效率为最大值μ＝0.02。以发动机为例，变速器的总传动效率为η=0.8，由此可以在平坦地面上以最大速度行驶所需的力为P根据公式T=9550PT(2)爬坡行驶下的功率和转矩根据GBT12996-2012电动轮椅性能要求，户外电动轮椅的爬坡能力应至少为6°。当您认为斜率越大时，所需的电力就越大，重心的波动就越大。v2=0.5m/s，最大速度为n2=0.5/1.14/0.4*60=21.9r/min，其他