《智能助老座椅结构设计6900字（论文）》

PAGE2智能助老座椅结构设计目录TOC\o"1-2"\h\u15563智能助老座椅结构设计 124424摘要 110982引言 2109741.《智能助老座椅》课题简介 4200451.1国内外研究现状 4300841.2.课题的目的和意义 4181331.3主要研究内容 521072.智能助老座椅的整体介绍 6324902.1智能助老座椅三维图 665032.2座椅创新点 71952.3座椅设计准则 8202003.智能助老座椅各个部分结构设计 876143.1座椅部分 8295943.2机械抓部分 982843.3座椅底部框架部分 11283613.4座椅传动部分 1298164.部分零件的校核 14297854.1链传动部分的校核 14216871.选择链轮的齿数量 1469532.确定计算功率 14320373.选择链条型号和节距 15131644.计算链节数和中心距 15182585.计算链速v，确定润滑方式 15176936.计算压力轴 15179727.主要设计结论 1578604.2轴的校核 15246634.3键的校核 17242515.总结 1727547参考文献 18摘要随着当今社会的飞速发展，全球人口总数在不断增加，其中人口老龄化的现象也越发严重，已经逐步成为了世界各国所要面对的一个难题，而中国作为当今世界上的人口大国，人口老龄化该现象也是我国在发展道路上所要面临的一个严峻考验。然而与人口老龄化的发展趋势相对应的，关于帮助老年人的产品设计就显得相形见绌了，远远要低于老年人市场的需求。针对于老年人而言，行动能力的不足成为了困扰他们日常生活的一个问题，老人行动中摔倒的例子也屡见不鲜；同时，老年人还面临着记忆力衰退的问题。现如今在众多助老服务机构和服务设施中，人手短缺，物资匮乏，产品功能单一、使用性能较差，给老年人没有感觉到一个全面的舒适照顾，并不能很好的解决这些问题，不能满足老年人生活中的需求，所以新型智能服务型产品显得尤为重要。对于本篇论文而言，目的是对助老用具市场进行研究，设计出更好的符合老人心理和生理的智能助老座椅，从而解决这一特殊市场的要求，更好的帮助老年人。关键词：座椅；助老；智能引言截至2020年末，我国老年人口已突破2.5亿。国内老年化程度的加深，而与老龄化最直观的便是人们身体各项机能的下降，其中影响比较严重的便是老年人的行动能力大幅下降；养老已经成为一大社会性问题，对于那些些行动不便的老人，他们的孩子不可能做到随时随地的看护，就有可能造成严重、无法挽回的后果。在如今我国面临的日趋严重的老龄化情况下，只有提升社会上的总体养老服务水平，才可以给老年人有更好的养老环境，才能解决老龄化所带来的问题。然而，我国各类老年福利机构能提供的服务数量与需要提供服务的数量相差甚远，所以，老年智能产品逐渐成为提供及时有效护理的主体而老年智能产品作为符合当下时代发展的新型产品，可以为老年人提供及时和有效的护理。近年来，我国人民生活水平不断提高，在人们满足基本生活水平的同时，开始追求物质生活上的提高.座椅作为日常生活中很常见的物品，但是其功能太过于单一，而且也有一定的弊端，比如老人久座之后无法起身行走，也会导致老年人一定程度上肌肉损伤，在舒适和便捷程度上都不是很完善。智能助老座椅相对于其就是功能更加丰富，舒适程度更好，在保留了老式座椅的好处同时，也加入一些新的设计来对老年人进行更好的辅助，本文也将会介绍智能助老座椅的设计和完善。1.《智能助老座椅》课题简介1.1国内外研究现状目前我国老年人市场正处于初级阶段，与国外市场仍有不少的差距，助老座椅的设计与开发方面都不是很成熟，市场上绝大多数的产品都是普遍适用型，限制条件很多，不能做到产品因人而异，助老产品的类型和生产商家也不是很多，安全和使用程度都不能满足老年人的需求。而且许多关于助老产品的研究也只是处在实验阶段，不能推向市场，不过随着国内对助老产品的关注逐渐加大，以后的国内助老产品技术会不断提高和完善。而国外相对于国内的助老产品的研究就显得成熟许多，各个国家对于助老座椅方面都有比较深度的研究。1.2.课题的目的和意义针对老年人中的可能出现问题设计坐椅模型，帮助老年人在日常生中有更好的体验；使用绘图软件完成装置的三维建模，从而筛选出符合老年人审美的座椅；并对其进行运动仿真根据其实际使用性能对设计装置进行结构设计通过三维仿真，分析设计装置的可行性和安全性，让老年人有舒适和安全的操作环境。目前我们的国家，人口老龄化的趋势正在不断增加。而对于在老年人而言，特别是一些高龄老人，行动能力不变是个很严重的问题，经常会出现地面光滑导致摔倒，上下楼梯时突发意外等的事故；除此之外，因老年人的记忆力退化等因素，导致忘记吃药也是时常发生的。而由于家人无法做到长期陪伴的照顾，可能也会导致老年人出现一些问题。所以智能助老产品的推出会促进我国老年人的养老环境。1.3主要研究内容本课题首先以首先根据老年人生活中可能遇到问题进行分析，比如老年人行动能力不便，记忆力退化，久坐之后可能导致不适之类的因素等，然后对其进行进行设计；该智能座椅是辅助老年人日常生活的助老产品，主要解决老年人因行动不便等造成的一系列生活上的问题，同时也满足部分生活不能自理的老年人生活需求。本产品需要通过结合自计算机技术和自动化技术为一体的智能化产品，本课题主要对以下内容进行研究：智能助老座椅的整体设计思路；智能助老座椅的三维图，及其主要组成部分的简介；智能助老座椅的选材，驱动部分的选择；（4）智能助老座椅的部分零件强度校核。2.智能助老座椅的整体介绍2.1智能助老座椅三维图图1智能助老座椅三维图1——电机2——车轮3——蓄电池4——机械抓5——操控台6——摄像头7——靠背8——扶手9——坐垫10——链11——脚踏板智能助老座椅的三维图如图，本设备通过结合人工智能技术来实现成智能助老老年人只需要坐上座椅然后使用右手上的操作台便可以控制整个装备的运行，老人如果不满意座椅的靠背角度，也可以通过调节来达到符合他们意向的角度；产品配备有摄像头和机械抓，可以依据环境提醒老年人也可以帮助老年人拾取一定高度的物品；座椅的轮子方面考虑到老年人的行动能力有限，采取四个轮子相同的构造，可以提高产品稳定；驱动部分和座椅轮胎之间采用了挡板间隔的设计，可以很好的防止老年人与设备驱动装置之间的误触；同时该设备配有双电池的结构，防止因为电力不足够导致整个设备停止运行的情况。图2助老座椅三视图2.2座椅创新点1.与市面上的所售的座椅相比，该座椅可以自由调节靠背，只需通过操作扶手便可以调整出想要的角度，可以给使用者很大程度上的使用体验，提高了舒适度；取消了两个大轮子的设计，采用了四个相同尺寸的加宽防滑小轮结构，重心更低，大大提高了产品的稳定性，让设备在更崎岖的地形也可以运行。2.本座椅采取了人工智能技术和机器人技术，座椅两侧配备的机械手可以帮助老年人拾取一定高度的物品，并且该座椅顶部配备摄像头，可以通过观察周围环境自动识别与报警，还可以定时提醒老年人吃药。3.该座椅使用的是蓄电池驱动，并且配备有两个蓄电池，该装置主要通过链传动来带动后轮，使得整个座椅获得动力；不同于市场上的手推轮椅，老人只需要一个人便可以进行操作，且操控简单，只需要使用座椅扶手右侧的操控台便可以控制座椅的运动，并且座椅底部采取了双蓄电池的构造，假如一个电池没电的话也可以更换另一个电池为整个座椅供电。2.3座椅设计准则在所有设计准则中，产品的安全性是尤为重要的。因为老年人的反应能力和身体素质都有所下降,所以助老产品考虑非安全性是十分重要的。产品需要确保质量强硬，并且在日常生活中可以保证他们的安全，才可以获得消费者的信赖。在确保了安全性的情况下，产品的操作难度也需要适当，产品的操作界面需要很轻易的就能看到,并且不需要复杂的操作便可以完成。操作简单的座椅不仅方便老年人的日常使用，还能大大提高老年人的使用感受，会更加受到老年人群体的青睐，本产品通过简单的操作便可以运行，可以为老年消费群体提供更好的服务。当前的社会科技和财富都在快速发展，科技提高的同时，我国居民的整体生活水准也在不断上升,如今的消费者眼光已经不仅仅局限于产品本身的质量，也开始注意到产品的舒适度。所以就需要助老产品在设计的时候围绕更加有利于老年人的操作和使用方面进行设计,进而可以达到老年人的活动便捷、使用安逸、缓解疲劳等目标，在确保了生理需求的同时，还能使老年人心情更加愉悦。3.智能助老座椅各个部分结构设计3.1座椅部分如图所示，整个座椅部分采用了靠背扶手一体化的结构设计，在座椅的正面可以很好的看到座椅的顶部安装有摄像头，该摄像头可以自动根据周围的环境很好的进行识别和分析；同时座椅上也配备了喇叭，在摄像头分析之后，可以通过喇叭来实现报警和提醒的功能，可以在日常的生活中帮助到老年人。图3座椅部分三维图同时，从座椅的侧视图可以看见，座椅的扶手下方配有分布均匀的卡扣扶手末端连接与座椅，该连接部分也是可以进行旋转的，座椅和坐垫之间，由固定的杆进行固定，保证靠椅和坐垫之间可以进行旋转，该部分不同于现在大多数的靠椅，不是利用弹簧装置来进行座椅的调节，而是主要是仿造于市场上的木制靠椅；正常情况下，座椅与坐垫之间呈90度夹角；然而久坐之后，难免会使老年人产生一定的疲劳感，所以这个时候如果老年人不满意这个角度，他们可以通过调节座椅而如果消费者不满意的情况下的话，可以通过上提座椅扶手来调节靠背的高度，从而使靠背与坐垫的角度扩大，让他们可以躺在靠椅上,大大提高产品的舒适程度。3.2机械抓部分图4机械抓俯视图座椅的机械抓部分主要依靠杆的伸缩来实现机械抓的抓取指令；当杆伸张时，机械抓呈收缩状态，当杆收缩时，机械抓呈扩张状态，当使用者下达命令后，座椅会依据摄像视角范围内的物品来实现自动抓取的功能；机械抓是通过模仿人手和臂的某些动作的功能，然后按照固定的程序抓取或者操作工具的自动操作装置，机械手主要由执行机构，驱动机构，还有控制系统三个主要部分构成。在助老座椅上加入机械手的成分，主要是希望通过机械手帮助一些行动不便人群拿取日常物品的和掉落的东西，机械该部分主要需要，通过人工智能技术，可以在一定程度上帮助老年人进行物品的拿取。同时也可以从图5中可以看到，座椅的机械抓部分可以360度自由旋转，有很高的灵活度。图5机械抓活动图3.3座椅底部框架部分图6智能助老座椅底部框架在图6中可以看到，整个座椅的底部是依靠不锈钢制作而成，整个部分虽然是中空的，但是却具有足够的强度，可以承受住老年人的重量，在确保了座椅的安全性的同时也减小了整个座椅的重量；座椅配备有脚踏板，采用的也是镂空的设计，可以防止污渍的遗留也可以启到一定的防滑作用；座椅的底部安装有两个蓄电池，采取的是螺栓固定，具有足够的稳定程度，这样做的目的是防止老年人在使用产品的时候因为座椅电池没电导致整个装置瘫痪的情况；底部右端靠近电池部分的一端就是电机，作为整个座椅的动力来源，座椅配备四个同样大小的轮子，提高了产品的整体稳定性。3.4座椅传动部分图7智能助老座椅侧视图在图7中可以清晰的看到整个座椅是依靠链传动进行驱动；链轮部分作为整个座椅的动力来源，链传动是一种挠性传动，它由链条和链轮组成。通过链轮轮齿与链条链节的啮合来传递运动和动力。链传动在机械中应用广泛。与摩擦型的带传动相比，链传动无弹性滑动和整体打滑现象，因而能保持准确的平均传动效率较高;又因链条不需要像带那样张得很紧，所以作用于轴上的径向压力较小;链条采用金属材料制造，在同样的使用条件下，链传动的整体尺寸较小，结构较为紧凑;链传动能在高温和潮湿的环境中工作。与齿轮传动相比，链传动的制造与安装精度要求较低，成本也低，在远距离传动时，它比齿轮传动轻便得多。该座椅的操作也十分便捷，只需要老年人坐上座椅之后启动座椅的电源开关，然后再通过座椅右扶手上的操作台便可以控制运动，当老年人通过控制台进行操作之后，然后依靠电机的正反转来实现整个座椅的前进和后退。图8链传动部分驱动部分主要由电机、大小链轮、传动轴和轮胎构成，为了更好的观察，该图片省略了和大连轮相连接的电机部分，还有与小链轮相连接的传动轴部分，为的是可以更好地看到座椅的驱动机构。座椅运行的工作方式如下：当使用者用座椅扶手上的操控台来进行前进或后退时，电机便会进行相应的转动，继而为大链轮来提供动力，然后通过链条来实现小链轮的转动，然后由于小链轮和传动轴是固定的，便带动了整个后轮的运行，进而实现了整个座椅的运行。图9小链轮三维图从图9中可以看见，小链轮的挖取了键槽，并且在齿轮的一边侧面做成了凸起的构造，并且在凸起的部分采取了穿孔的结构，主要用于键和开口销的加入。图10轴的剖视图如图所示，轴采取的是直轴中的阶梯轴，选取实心轴。轴的中部直径大于小链轮的中心孔的直径，轴中心靠左有键槽，键槽的左边有一个打穿的孔。轴与链轮之间采用平键配合，选取的是平头平键，主要用于径向的固定，该配件具有结构简单的特点，可以很好的进行装置之间的组装和拆卸，轴与链轮之间的固定采取销连接的方式，该连接主要是用于固定零件与零件之间的相对位置，选用开口销，装配时只需将其尾部分开，防止其脱出，可以很好的固定小链轮和轴。4.部分零件的校核4.1链传动部分的校核该部分主要是用来校核作为座椅驱动模块的链传动部分，首先产品使用大链轮作为主动链轮，设置如下参数传动比i=2，额定功率P=1kW,主动链轮转速为60r/min。1.选择链轮的齿数量因为该产品的是老年消费群体，所以产品的速度不宜过快，取小链轮的齿数=17,传动比i=2，可有大链轮的齿数为:=i=34（4-1）2.确定计算功率阅资料得工作情况系数=1.0，主动链轮齿系数==0.53单排链根据其功率计算公式有=P=0.53kW（4-2）3.选择链条型号和节距依据=0.53kW，=60r/min，和，查阅A系列单排滚子链额定功率曲线图可得到选择链号12A。查阅滚子链规格和主要参数表得到链条节距为p=19.05mm。4.计算链节数和中心距初选中心距：30*19.05=571.5mm，50*19.05=952.5mm。取=900mm。相应的链长节数为=120.2（4-3）取链长节数=122。查中心距计算系数表，采用线性插值，计算并结合表得到中心距计算系数=0.24958，可有链传动最大中心距为：=p=918mm（4-4）5.计算链速v，确定润滑方式V==0.65m/s（4-5）根据v=0.65m/s和链号12A,根据润滑范围选择图选择定期人工润滑。6.计算压力轴有效圆周力为：=1000P/v=1538N（4-6）7.主要设计结论链条型号12A；链轮齿数=17，=34；链节数=122；中心距a=900mm。4.2轴的校核（1）选择轴的材料由于该轴需要作为整个座椅的传动元件，所以需要足够的强度和韧性，固选用40Cr作为材料，并进行调质处理。按扭转强度条件计算有，按如下公式可有τT=TWT≈≤τT（4式中：τT—扭转切应力，；T—轴所受的扭矩，N∙mm；WTn—轴的转速，r/min；P—轴传递的功率，kW；d—计算截面处轴的直径，mm；τT—许用扭转切应力，，可以查轴常用几种材料的τT和值。由上式可得轴的直径d≥39550000P0.2τTn=3955000通过查阅资料可有40Cr的材料取τT=35，A0dmin=112=22.7mm（4-9）取d=24mm。轴的扭矩计算T1=9.55×106×Pn=7.96N.mm（校核轴的强度σca=σ²+4ατ²=（MW）²+4ατ2W²式中：σcaM—轴所受的弯矩，N∙mmT—轴所受的扭矩，N∙mmW—轴的抗弯截面系数，㎣；σ−1—对称循环应力时轴的许用弯曲应力，MPa；根据表15-1轴的常用材料及其主要力学性能取σ校核检验轴的强度符合标准。4.3键的校核小齿轮与轴之间采取平键连接的方式，选取平头平键，该键具有结构简单，拆装方便之类的优点，由于轴的直径取24mm，所以根据普通平键尺寸表选取键宽b=8mm,键高h=7mm，键的长度L在18mm到90mm之间。普通平键的失效形式主要为工作面被压溃。除非有严重的过载否者不会有键剪断的问题出现，所以只需要按照工作面上的挤压力进行强度校核计算。载荷在键的工作面分布均匀的情况下，普通平键的强度条件为：（4-12）其中T—传递的转矩k—键与轮毂键槽的接触高度，k0.5h，有k=3.5mml—键的工作长度,L=3cm。d——轴的直径，d=24mm。校核计算得出，强度条件符合。5