内容发布更新时间 : 2024/12/23 22:47:20星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

目录

1 绪论 .......................................................................................................................................................... 4

1.1 课题研究原因和意义 .................................................................................................................... 5

1.1.1 课题研究的原因 ................................................................................................................. 5 1.1.2 课题研究的意义 ................................................................................................................. 5 1.2 目前国内外研究状况 .................................................................................................................... 5

1.2.1 轮组式................................................................................................................................. 6 1.2.2 履带式................................................................................................................................. 7 1.2.3 腿式 .................................................................................................................................... 8 1.2.4 复合式................................................................................................................................. 8 1.3 目前研究中所存在问题 ................................................................................................................ 9 2 系统方案设计 ........................................................................................................................................... 11

2.1 系统方案确定................................................................................................................................. 11 2.2智能电动越障爬楼轮椅系统构成 ................................................................................................. 12

2.2.1底盘系统 .......................................................................................................................... 12 2.2.2座椅姿态调整系统 ........................................................................................................ 17 2.2.3驱动控制系统 ...................................................................................................................... 18

3 轮椅驱动模块设计 .................................................................................................................................. 20

3.1 电机的选择 ................................................................................................................................... 20 3.2 电机工作原理................................................................................................................................ 22 3.3 电源的选择 ................................................................................................................................... 25 3.4控制核心C8051F020 ..................................................................................... 错误！未定义书签。

3.4.1 C8051FO20概述 ................................................................................................................. 25 3.4.2主要性能参数 ...................................................................................................................... 26 3.5电机转速控制................................................................................................................................. 27

3.5.1电机转速控制原理 .............................................................................................................. 27 3.5.2电机转速控制方案 .............................................................................................................. 28 3.6 电机驱动电路................................................................................................................................ 29 4 系统控制方案设计 .................................................................................................................................. 32

4. 1操纵杆设计 ................................................................................................................................ 32 4. 2双电机同步控制方案 .................................................................................................................... 34

4.2.1 并行控制........................................................................................................................... 34

4.2.2 主从控制............................................................................................................................. 35

5 轮椅车控制算法设计............................................................................................................................... 37

5.1 速度检测电路.............................................................................................................................. 37 5.2 PID控制方法 .............................................................................................................................. 38

5.2.1 PID控制方法介绍 ........................................................................................................... 38 5.2.2 数字式增量PID控制算法 .............................................................................................. 40 5.2.3 标准PID算法的改进 ...................................................................................................... 41 5.2.4 干扰的抑制 ....................................................................................................................... 42 5.2.5 PID调节器的参数整定 ................................................................................................... 42

6 轮椅车控制模块的数学模型 ................................................................................................................... 45

6.1 系统运行方框图............................................................................................................................ 45 6.2系统运行原理................................................................................................................................. 46 6.3建立数学模型................................................................................................................................. 46 7 软件实现 .................................................................................................................................................. 52

7.1 单片机片内的资源配置 ............................................................................................................. 52

7.1.1 单片机内各功能模块配置 ................................................................................................. 52 7.1.2 单片机的端口配置 ............................................................................................................. 53 7.2 程序模块介绍.............................................................................................................................. 53

7.2.1 初始化模块 ......................................................................................................................... 53 7.2.2 测速子程序 ....................................................................................................................... 55 7.2.3 主程序................................................................................................................................. 58 7.3 总程序 ......................................................................................................................................... 60 总结 .............................................................................................................................................................. 69 参考文献 ...................................................................................................................................................... 70 致谢 .............................................................................................................................................................. 71

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1 绪论

1.1 课题研究原因和意义

1.1.1 课题研究的原因

现今，老龄化人群以和下肢残障者在占我国总人口总数的比重愈来愈大，他们丧失了部分行动能力，更需要有人来加以帮助和护理。目前，在其中的很大一部分年老体弱者和下肢伤残者会选择轮椅作为他们的外出行动工具，而且大都需要在家人或护理人员下使用轮椅来进行活动。随着现今社会的快速发展，城市化的不断加快，楼梯和跨越路障等不断增加。然而，对于普通轮椅而言是很难跨越这种障碍，从而限制了轮椅使用者的活动范围，影响其一系列的社交生活。尤其是国内城市楼房公寓，电梯并没有应用到所有的居民住宅，这给轮椅乘坐者造成诸多不便。马路沿、土坑等户外障碍同样对老年人、残障人士的出行带来了很多不便，影响了他们的正常生活。 1.1.2 课题研究的意义

为了解决弱势群体人群增加而给社会经济、医疗护理各方面带来的巨大压力，更好的关怀老年人、残疾人的生活，改善他们的生活质量，除了加强改善房屋和各种公共建筑设施的无障碍设计，扩大轮椅的使用范围之外，改进现有的普通轮椅，使其兼备平地行驶以及爬越楼梯障碍两种功能，成为更行之有效、立竿见影的措施。值得注意的是，最近几年突发性自然灾害将导致肢体残障者的数量大幅上升。 大量灾难幸存者急需轮椅等康复设备和辅助工具。因此，为了解决需求，给老年人和残疾人士提供性能优越的交通和辅助工具，解决楼梯或路障对他们生活造成的不便，同时在考虑使用者的经济所承受能力限制，研究一种价格适宜、轻便的爬楼梯轮椅具有重大的现实意义和实用价值。

1.2 目前国内外研究状况

在爬楼梯装置的研究领域内，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。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，且有一些产品己经投入市场使用。