基于双自由度自适应轮系多功能代步车

论文摘要

基于双自由度自适应轮系的多功能代步车是集智能爬阶轮系与智能控制系统于一体的小型化设备。其执行机构—“双自由度自适应轮系”可解决车体上下台阶的难题,也可应用于其它功能体的走行部分(如全方位爬阶越障底盘、侦察机器人、军工排爆机器人、星球控测车等),具有很大的实用价值。此爬阶轮系为代步车的主要创新点,该轮系为“双自由度系统”,即一种转动形式的输入可产生轮架的整体旋转和小轮转动两种形式的输出,此两种转动形式的组合可使轮系具有多种运动状态,增大了轮系对台阶的柔性适应。两自由度组合状况受小轮影响,仅凭轮体的受力情况即可实现走平地与上下台阶的自行转换,小轮相当于传感器,具有很高的机械智能性。轮系能较平稳地上下台阶及走平地,并且对台阶尺寸具有较大的的适应范围。为防止代步车上、下楼梯时发生倾倒,设计并制作出了一套重心实时调整装置,并在智能轮椅中加以应用。在轮椅上楼过程中,可在保持椅面角度不变的同时加大前后支撑点的距离,即使在坡度很大的楼梯上也可保持平稳上下,并且解决一些现有轮椅必须背向上楼的问题,本论文中提到的这种重心调整方式在国内外也是很少见的。控制部分以单片机为主控元件,实现了语音识别、PID控制无级调速、路况判断、语音提示、速度及状态显示等基本功能。可通过增加调频无线收、发装置对语音进行无线传输。克服了声波传送距离近,易受干扰,无法在真空等环境下传播的缺点,扩大了语音控制距离及应用范围。还能通过播放录音文件的方式可实现动作的重现,类似于示教再现。此外通过无线视频传输装置,为代步车增加视觉和听觉功能,代步车可将看到和听到的传回给远程操控者。以上所提代步车样机制作现已完成,并达到了预期效果,上述功能均可实现。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及应用环境
• 1.2 现有国内外发展现状
• 1.2.1 国外专利查新情况与分析
• 1.2.2 国内专利查新情况与分析
• 1.3 代步车主要功能
• 1.4 本课题主要工作
• 第2章 双自由度自适应爬阶轮系设计
• 2.1 轮系组成及工作原理
• 2.1.1 轮系的结构与智能性分析
• 2.1.2 轮系的三种运行状态
• 2.1.3 轮系爬阶过程中的运动趋势
• 2.2 现有类似专利行走机构爬台阶情况
• 2.2.1 现有专利GB719048行走机构爬最适合型台阶
• 2.2.2 现有专利GB719048行走机构爬宽度略小的台阶
• 2.2.3 现有专利GB719048行走机构爬宽台阶
• 2.2.4 现有专利GB719048行走机构爬矮长台阶
• 2.3 双自由度自适应轮系的上台阶过程
• 2.3.1 双自由度自适应轮走平地
• 2.3.2 双自由度自适应轮系爬普通台阶
• 2.3.3 双自由度自适应轮系爬矮长台阶
• 2.3.4 双自由度自适应轮系高短台阶
• 2.4 双自由度自适应轮系性能分析
• 2.4.1 双自由度自适应轮系受力分析
• 2.4.2 双自由度自适应轮系上台阶时平稳性分析
• 第3章 支架及重心调整机构的方案设计
• 3.1 重心调整的必要性与设计难点
• 3.2 车辆倾倒的原因分析
• 3.2.1 静力学分析
• 3.2.2 惯性力分析
• 3.2.3 导致车体翻转的原因分析
• 3.3 常见的重心调整方法
• 3.3.1 移重心
• 3.3.2 平移支点
• 3.3.3 移重心与平移支点二者结合
• 3.3.4 现存重心调整装置存在的主要缺点
• 3.4 重心调整方案的提出
• 3.4.1 相似等腰三角形法
• 3.4.2 双斜线伸缩缸法
• 3.4.3 折叠式曲柄滑块法
• 3.5 本章小节
• 第4章 多功能代步车智能控制主系统
• 4.1 主控部分原理概况
• 4.2 中央处理单元
• 4.3 电机驱动与电机控制
• 4.3.1 电机驱动部分
• 4.3.2 电机速度控制算法
• 4.4 重心实时调整控制部分
• 4.4.1 倾角传感器的选择
• 4.4.2 倾角传感器的特性与原理
• 4.4.3 设计要点及电路图
• 第5章 人机交互子系统
• 5.1 人机交互子系统概述
• 5.2 语音识别原理
• 5.3 硬件电路
• 5.4 程序设计
• 5.4.1 初始化部分
• 5.4.2 训练部分
• 5.4.3 识别部分
• 5.5 本章小结
• 第6章 课题实际完成情况与外延产品介绍
• 6.1 智能爬阶底盘
• 6.2 智能型轮椅式多功能代步车
• 6.3 外延产品
• 6.3.1 全方位爬阶越障底盘
• 6.3.2 侦察机器人
• 6.3.3 军工排爆机器人
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学科研成果
• 附录