多功能电动轮椅关键机构设计与仿真分析

多功能轮椅的结构设计与研究解析＊吴晓慧【摘要】轮椅是残障人士的代步工具，其在帮助残障人士出行和参与康复训练、社交活动等方面发挥着重要的作用，但目前市面上销售的轮椅大多不能解决残障人士在日常生活中遇到的问题，比如上下楼梯、取高处物品等。

因此，设计一款更加人性化的多功能轮椅便变得十分重要。

结合工作经验，浅析了多功能轮椅的结构设计。

【期刊名称】《科技与创新》【年(卷),期】2016(000)017【总页数】1页(P106-106)【关键词】轮椅;多功能结构设计;驱动机构;转向机构【作者】吴晓慧【作者单位】[1]吉林工程技术师范学院,吉林长春 130052【正文语种】中文【中图分类】TH789多功能轮椅是一种以医学理论为设计依据，以帮助使用者参与康复训练及恢复运动机能为目的的自动化康复医疗设备。

本文讨论的多功能轮椅可供肢体残障人士参与康复训练所用，具体体现在不同运动方向的定位和动力驱动，以满足使用者在日常生活中升降、移动和改变姿态等需求，从而提高其生活质量。

换而言之，在功能设计上，多功能轮椅应满足自主移动、升降、康复训练、转接、座椅回收和脚蹬收放功能。

文文所述的多功能轮椅采用的是中空铝合金型材焊接结构，具有施工简便、结构设计灵活、生产周期短、质量轻、刚度大和强度高等优点。

这一多功能轮椅的技术参数为：最大运行速度小于等于4.5 km/h、长度小于等于1 200 mm、宽度小于等于700 mm、高度小于等于2 000 mm、方向轮200 mm、驱动轮300 mm、承重80 kg；爬坡能力大于等于8°、越障高度大于等于25 mm、最小回转直径900 mm、加速时间小于等于2 s、一次充电最大行程大于等于10 km及耗电量在厂家规定标准的15%以下。

笔者分别介绍了多功能轮椅的座椅机构、转向机构、驱动机构和座椅升降机构的设计。

多功能轮椅的座椅机构包括座椅靠背部分、扶手部分和支撑部分。

其中，支撑部分是整个轮椅的基体，其作用是支撑和保护使用者，同时，轮椅的其他功能部件都会通过紧固件与支撑部分联接为一体，从而实现这一轮椅的全部功能；设在支撑部位上的扶手部位主要用来保护使用者的安全；靠背部位同样设在支撑部位上，其与支撑部件的角度可通过调节来满足使用者对体位和坐姿的要求，比如将轮椅靠背部件与支撑部件的角度调为95°，以便使用者坐立使用这一多功能轮椅，或将角度调为180°，以便使用中仰躺使用轮椅等。

电动轮椅车的仿真模拟与优化设计随着社会的发展，无障碍出行问题越来越受到人们的重视。

电动轮椅车作为一种重要的便携工具，为行动不便的人群带来了更多的自由和独立，因此越来越多的人开始关注电动轮椅车的仿真模拟与优化设计。

电动轮椅车的仿真模拟是通过利用计算机技术对电动轮椅车进行模拟运行，以验证其可行性和效果。

通过仿真模拟，我们可以模拟不同的场景，如不同的道路条件、坡度、载重等，以及不同的用户需求，以评估车辆的性能和表现。

仿真模拟可以帮助我们在实际制造和组装之前，快速检验设计，并且在设计中进行改进和优化。

在电动轮椅车的仿真模拟中，要考虑到的因素很多，例如车辆的动力系统、控制系统、底盘结构、电池性能等。

首先，动力系统是电动轮椅车的核心部分之一，它决定了车辆的动力输出和续航能力。

在仿真模拟中，我们可以模拟不同的电机和驱动系统，从而选择最适合的动力系统。

其次，控制系统是电动轮椅车的灵魂，它决定了车辆的操控性能和安全性。

通过仿真模拟，我们可以测试控制系统的精度和鲁棒性，从而提高车辆的操控性能。

此外，底盘结构和电池性能也是影响电动轮椅车性能的重要因素，在仿真模拟中同样需要进行优化设计。

在电动轮椅车的优化设计中，我们可以采用多种方法来改进车辆的性能和使用体验。

首先，可以通过优化车辆的结构和材料来提高车辆的稳定性和耐久性。

例如，采用轻量化的材料，可以降低车辆的重量，提高能耗效率。

其次，可以通过优化动力系统和控制系统的设计来提高车辆的动力输出和操控性能。

例如，采用高效的电机和先进的控制算法，可以提高车辆的加速性能和制动性能。

此外，还可以通过优化电池和电源管理系统的设计来提高车辆的续航能力。

例如，采用更高能量密度的电池和智能的电源管理系统，可以延长电动轮椅车的续航里程。

除了在设计过程中进行优化，我们还可以通过实际测试和用户反馈来不断改进电动轮椅车的设计。

通过与使用者的沟通和合作，了解他们的需求和体验，我们可以更好地满足用户的期望。

多功能智能轮椅设计-运动控制系统的设计与实现多功能智能轮椅设计-运动控制系统的设计与实现v>多功能智能轮椅设计—运动控制系统的设计与实现多功能智能轮椅设计-运动控制系统的设计与实现摘要在现如今智能化高速发展的时代，智能、科技已然成为时代的主题之一，智能产品也被越来越多运用到各行业中。

而正是由于不断发展的科技，人们也越来越追求高智能化的产品。

基于为残障人士与老年人服务，本着操作简单，方便使用者的观念，这次的设计在现有轮椅的基础上优化了轮椅原有的设计，实现了轮椅的自主导航以及避障的功能，极大的方便了使用者的使用，同时也解决了这些人中大多数人都由于出行问题而无法体验到生活的乐趣，领略祖国美好河山的问题。

本设计采用 arduino 单片机 MEGA2560 作为控制的核心，通过摇杆模块、电机驱动模块、推杆模块、继电器模块等，实现了电机的正反转以及调速，同时利用电机的正反转实现轮椅整体的行进方向，以及对推杆电机的控制进而实现轮椅背部与脚架的角度控制，最终实现可让使用者根据自己需求选择自己舒服的角度。

全文讲述了个人设计智能轮椅的软件方案与硬件的电路设计控制实现的全部过程，包含各元器件选择、电气原理图设计、程序编写，硬件调试以及控制实现过程心得体会等。

关键词：智能轮椅；arduino 单片机；程序设计；Multi-functional intelligent wheelchair design - design and implementation of motion control system Abstract In today＇s era of rapid development of intelligence, intelligence, technology has become one of the themes of The Times, intelligent products have been increasingly used in various industries. And just because of the constant development of science and technology, people are also more and more in pursuit of high intelligent products. Based on the service for the disabled and the elderly, in line with simple operation, convenient user＇s concept, Based on the original design, the existing wheelchair was optimized, realized the wheelchair autonomous navigation and obstacle avoidance function, greatly convenient for the user＇s use, but also solved the problems of most of these people are due to travel to experience the fun of the life, appreciate the problem of the motherland beautiful country side. This design makes the arduino microcontroller MEGA2560 as control core,through the rocker arm module, motor driver module, a push rod module, relay module, realize the positive &negative and speed of the motor, at the same time using of the motor and reversing the wheelchair overall direction, and the push rod motor to realize the control of the wheelchair back and legs Angle control, finally realize can make users according to their own needs to choose their own comfortable angle. This paper describes the entire process of personal design of intelligent wheelchair software scheme and hardware circuit designand control, including the selection of components, electrical schematic design, programming, hardware debugging and control of the realization process experience. .Keywords: Intelligent wheelchair; Arduino microcontroller; Program design; 目录 1 绪论 1 1.1 研究的意义1 1.2 现今智能轮椅研究的现状 1 1.3 研究的基本思路与设计方案 2 2 安全性能要求以及电气控制原理 4 2.1 轮椅设计安全性能要求 4 2.2 智能轮椅的电气控制设计原理 5 3 硬件设计 8 3.1 直流电机模块 8 3.2 继电器模块 13 3.3 推杆电机模块 16 3.4 摇杆模块 18 4 软件设计 21 4.1 程序流程图 21 4.2 继电器模块程序设计 22 4.3 摇杆程序设计 23 4.4 直流电机控制程序设计 24 4.5推杆程序设计 28 5 软硬件的联合调试及效果验证 31 5.1 软硬件的联合调试31 5.2 软硬件的效果验证 33 6 结论与展望 37 参考文献 38 致谢 39 附录 40 附录 1 40 附录 2 41 附录 3 44 1 绪论 1.1 研究的意义智能轮椅的产生，是为了服务与行动不便的老年人和残障人士这一类群体。

电动轮椅车动力转向的仿真与模拟分析随着社会的发展和科技的进步，电动轮椅车作为一种重要的辅助交通工具，为有行动障碍的人群提供了极大的便利。

其中，动力转向是电动轮椅车设计中非常重要的一环，可以让用户更加便捷地使用车辆。

因此，进行电动轮椅车动力转向的仿真与模拟分析是设计和优化车辆性能的关键步骤。

一、电动轮椅车动力转向的原理电动轮椅车的动力转向系统是通过电机来驱动车辆转向使之满足用户的指令。

其原理是通过控制电机转速方向，实现车辆的转向操作。

动力转向系统由控制器、电机、传动机构和转向系统组成。

控制器通过接收用户输入的指令，控制电机的转速和方向，将力传递给传动机构，最终带动转向系统实现车辆的转向。

二、电动轮椅车动力转向的仿真分析1. 建立动力转向模型为了对电动轮椅车动力转向进行仿真分析，我们首先需要建立一个准确的动力转向模型。

该模型需要包含电机、转向系统、传动机构等关键组成部分，并考虑各个组成部分之间的关联性。

2. 设定仿真参数在进行仿真分析时，我们还需要设定一些关键参数，如电机转速、转向角度、控制策略等。

通过调节这些参数，可以模拟不同运行条件下电动轮椅车的动力转向性能。

3. 进行仿真分析基于建立的动力转向模型和设定的参数，我们可以进行电动轮椅车的动力转向仿真分析。

通过模拟不同的转向操作和路况条件，评估车辆的转向性能，如转向灵敏度、转向稳定性、转向时的能耗等。

同时，还可以分析不同控制策略对转向性能的影响，以优化电动轮椅车的控制系统。

三、电动轮椅车动力转向的模拟分析除了进行仿真分析外，对于电动轮椅车动力转向的模拟分析也是非常重要的一部分。

模拟分析可以通过实际装配和测试的方式，验证仿真结果的准确性，并进一步优化车辆的动力转向性能。

1. 实际装配在模拟分析中，我们需要根据仿真结果进行实际装配，组装电动轮椅车的动力转向系统。

通过选择合适的电机、传动机构等零部件，并进行正确的安装和连接，确保系统的工作正常。

2. 进行模拟测试装配完成后，我们可以对电动轮椅车的动力转向系统进行模拟测试。

轮椅机器人设计思路1.功能需求分析首先，设计师需要对轮椅机器人的功能需求进行分析。

这包括基本的行动能力，如行进、转向和停止等，同时还需要考虑更高级别的功能，如防碰撞、避开障碍物、上下坡、爬楼梯等。

此外，还要考虑舒适性需求，如调节座椅高度、倾斜角度、座椅材质等。

2.控制系统设计轮椅机器人的控制系统是关键部分。

设计师需要选择适当的传感器和执行器，并确定它们的安装位置和使用方式。

传感器可以包括超声波传感器、红外线传感器、视觉识别传感器等，用于感知环境并提供导航信息。

执行器可以包括电机和液压控制系统，用于控制轮椅的运动和座椅的调节。

控制系统还需要考虑用户界面的设计，如按钮控制、语音识别或者手势控制等。

3.导航和路径规划为了使轮椅机器人能够自主地导航和规划路径，设计师需要使用合适的算法和技术。

这可以包括使用地图和位置定位系统，通过识别障碍物、设计安全路径和避免碰撞等方式，使机器人能够自主导航和规划路径。

4.硬件和材料选择设计师需要选择合适的硬件和材料，以确保轮椅机器人具备足够的稳定性和耐久性。

例如，选择合适的轮胎和底盘结构，以提供稳定的移动和平衡能力。

此外，还需要选择轻量化、防水和易于清洁的材料，以提高机器人的使用寿命和舒适性。

5.安全性和紧急情况处理6.用户体验和人机交互一个好的轮椅机器人设计应该能够提供良好的用户体验和人机交互。

这包括友好的用户界面设计、定制化的设置和用户偏好记忆功能等。

此外，还可以考虑添加娱乐功能，如音乐播放器、语音助手或者电视屏幕等，以提高用户的愉悦感和生活品质。

7.可维护性和软件升级最后，轮椅机器人的设计需要考虑可维护性和软件升级。

这可以通过模块化设计和易于替换的零部件来实现。

同时，还需要提供远程软件升级功能，以方便机器人软件的更新和功能的扩展。

总结起来，轮椅机器人的设计需要兼顾功能需求、控制系统设计、导航和路径规划、硬件和材料选择、安全性和紧急情况处理、用户体验和人机交互以及可维护性和软件升级等方面。

手动转向的电动轮椅车的整车结构设计与强度分析随着人们对于无障碍出行的需求逐渐增加，电动轮椅车作为一种重要的出行工具，成为了许多行动不便人士的必备设备。

然而，传统的电动轮椅车在转向方面存在一定的不足，为了解决这个问题，设计一种手动转向的电动轮椅车成为一个迫切需求。

整车结构设计是手动转向的电动轮椅车开发过程中一个重要的环节，它包括车架结构设计、转向系统设计、座椅设计等。

在整车结构设计过程中，需要考虑车辆整体的功能、稳定性、舒适性等方面的要求，同时要确保车辆的强度能够满足正常使用的需求。

在车架结构设计方面，要考虑到车辆整体的稳定性和强度。

首先，车架应当具备足够的强度，以承受行驶过程中的各种载荷和震动；其次，车架设计应合理分布荷载，使得车辆的质量均匀分布，提高整车的稳定性。

此外，还需要考虑车架的重量，过重的车架会影响整车的操控性能，因此在设计过程中要尽可能减少车架的重量。

转向系统设计是实现手动转向的关键，它需要满足转向精度高、操控灵活等要求。

首先，选择合适的转向传动机构，可以采用齿轮传动、链传动等结构，以达到较高的转向精度；其次，设计合理的转向操纵杆，使得用户可以轻松地操控转向系统；最后，考虑到电动轮椅车的特殊需求，还需要设计防止误操作的安全措施，以确保用户的安全。

座椅设计是电动轮椅车中关键的组成部分，它对用户的舒适性和安全性有着重要的影响。

座椅应当设计符合人体工程学的形状，以提供舒适的乘坐体验；同时，座椅材料应选择高品质的防滑材料，确保用户在行驶过程中不会滑动或者摔倒。

此外，座椅高度的可调节性和椅背角度的可调节性也需要考虑到不同用户的需求。

强度分析是保证电动轮椅车正常使用的重要环节。

在强度分析中，需要将车辆加载到不同的工况下进行测试，并根据测试结果进行设计的调整。

首先，要对车架进行强度分析，以确保它能够承受行驶过程中的各种载荷和震动；其次，要对转向系统进行强度分析，以保证它能够满足手动转向的要求；最后，要对座椅进行强度分析，以确保它能够承受用户的负荷。

多功能轮椅毕业设计的主要方法
在设计多功能轮椅时，可以考虑以下主要方法：
1. 用户需求分析：首先，进行用户需求分析，了解用户对轮椅的具体需求和使用场景，如老年人、残疾人、运动员等不同用户群体的需求。

这有助于确定多功能轮椅的设计方向和功能特点。

2. 方案设计：根据用户需求，制定设计方案，包括轮椅的整体结构、尺寸、材料、颜色等方面的设计。

在方案设计阶段，需要综合考虑功能、安全性、舒适性和易用性等方面。

3. 功能设计：多功能轮椅的核心在于其多功能性。

根据用户需求，可以设计不同的功能模块，如电动驱动、手动助力、按摩、储物、座椅升降等。

在设计功能模块时，需要考虑到模块的实用性、易用性和安全性。

4. 结构设计：轮椅的机构设计是实现其功能的基础。

需要合理设计轮椅的框架结构、传动机构、座椅结构等，以确保轮椅的稳定性和舒适性。

同时，还需要考虑到轮椅的折叠收纳和便于搬运的需求。

5. 材料选择：根据设计方案和功能需求，选择合适的材料，如金属、塑料、皮革等。

材料的选择应考虑到强度、重量、耐久性、舒适性和美观性等因素。

6. 制作与测试：根据设计方案和选定的材料，进行轮椅的制作。

制作完成后，需要进行各项性能测试和用户体验测试，以确保轮椅的质量和满足用户需求。

7. 优化改进：根据测试结果和用户反馈，对设计方案和功能模块进行优化改进，以提高轮椅的性能和用户体验。

总之，多功能轮椅的毕业设计需要综合考虑多个方面，包括用户需求、方案设计、功能设计、结构设计、材料选择、制作与测试以及优化改进等。

这些方法有助于完成一款符合用户需求的多功能轮椅。

一种全新的多功能智能电动轮椅系统设计刘薇摘要：给出了一种具有基本行走移动、健康监护、多媒体、休闲娱乐、安全避障、导航定位等多功能的全新的智能电动轮椅设计方法，可极大拓展老、伤残人士社会交流的深度和广度，对我国智慧型养老社会的实现具有重要意义。

关键词：智能；电动轮椅；智慧养老；多功能；系统设计： TP249 ： A ：1009-3044（2017）36-0155-02Abstract： Proposed a new design method of intelligent electric wheelchair with multifunction of basic walking movement， health monitoring， multimedia， entertainment， safe obstacle avoidance，navigation and positioning， etc. it can greatly expand the depth and scope of social communication of the old and disabled people， and ithas important significance for the realization of intelligent endowment society in our country.Key words：Intelligence； Electric wheelchairs； A wise old age；Multifunction system design智能轮椅是将智能机器人技术应用于电动轮椅，融合多种领域技术，包括机器视觉、机器人导航和定位、模式识别、多传感器融合及用户接口等，涉及机械、控制、传感器、人工智能等技术，具有自主导航、避障、人机对话以及提供特种服务等多种功能的一种服务型机器人。

随着社会老龄化进程的加快以及由于各种疾病、工伤、交通事故等造成下肢损伤人数的增加，为老年人和残疾人提供性能优越的代步工具已成为整个社会重点关注的问题之一[1]。

传统轮椅在平地上运动比较灵活，但当遇到障碍物时其运动会受到很大限制，给使用者带来了极大的不便。

我国智能轮椅研究起步较晚，在结构的复杂性和灵活性上和国外相比有一定差距。

虽根据自身特色研制出了技术指标接近国外先进水平的智能爬楼轮椅，但整体来说轮椅的越障能力较差。

国外的智能爬楼轮椅发展速度较快，技术性能高，但是对于国内大多数的老年人和残疾人等人群来说价格昂贵。

为了提高传统轮椅的越障、爬楼能力，解决老年人和残疾人等人群行动不便的难题，研究并设计了一款智能爬楼轮椅，进而改变我国智能爬楼轮椅发展落后的状况，满足人们现代生活质量日益提高的需求。

1　运动过程分析与方案设计1.1　运动过程分析根据老年人和残疾人等人群的实际需求，结合现实生活中轮椅乘坐者可能遇到的路面情况，综合考虑实际需求、现实情况、结构和功能等因素，确定智能爬楼轮椅的运动过程。

1.1.1　平地行驶当轮椅在平地行驶时，其效率与普通轮式车辆相同。

当前后变速电机转速相同时，轮椅能够克服地面摩擦力直线行驶，当前后变速电机存在转速差时可实现轮椅转弯。

1.1.2　跨越障碍当轮椅直线行进遇到较低的障碍物时，可利用行驶机构车轮的尺寸优势直接通过，当前进的车轮碰上较高障碍而不能直接通过时，行驶机构伸展装置运动，行驶机构伸展，翻转越过障碍。

1.1.3　爬楼当在爬楼梯时，行驶机构伸展装置的驱动杆带动固定盘远离驱动盘，使行走轮轴线与固定盘轴向的间距逐渐增大，此时行走轮在轴向上靠近驱动盘，提高支撑能力，增大公转半径，提高越障能力，实现爬楼梯的功能。

1.2　方案设计为满足智能爬楼轮椅的上述运动过程，设计了相应的机械结构和控制系统，整体设计如图1所示。

图1　整体设计方案图智能爬楼轮椅的尺寸应该适合不同人群，因此轮椅的大小设计必须要以人体测量的实际数据为依据，参考人机工程学[2]中关于我国成年人人体主要尺寸得到智能爬楼轮椅的主要设计尺寸，如表1所示。