輔助站立座椅的新結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)設(shè)計【含CAD圖紙、說明書】
畢業(yè)設(shè)計(論文)開題報告課題名稱 輔助站立座椅的新結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)設(shè)計學(xué) 院 專 業(yè) 機械電子工程 _班 級 _學(xué) 號 _姓 名 _ 指導(dǎo)教師 定稿日期: 年 12 月 日輔助站立座椅的新結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)設(shè)計一、課題的來源、目的、意義,國內(nèi)外基本情況1課題來源本課題來自企業(yè)項目和社會需求,是設(shè)計一種基于服務(wù)機器人系統(tǒng)技術(shù)的輔助站立座椅,實現(xiàn)座椅的移動、展合等機械運動,簡化其結(jié)構(gòu),增加了移動的可控性,可實現(xiàn)座椅的移動,升降,轉(zhuǎn)彎等功能,為未來老人和殘疾人的家居生活提供新模式和新概念并促進助老/助殘系列化服務(wù)機器人產(chǎn)品的發(fā)展智能機器人的應(yīng)用。2課題目的基于服務(wù)機器人系統(tǒng)技術(shù)的輔助站立座椅是滿足老年人和殘疾人的居家生活需要,形成未來老人和殘疾人家居生活的新模式和新概念,促進助老/助殘系列化服務(wù)機器人產(chǎn)品的發(fā)展所必需的。隨著中國一二線城市老齡化程度的逐漸加深,便捷型家居設(shè)計和人性化設(shè)計理念下的產(chǎn)品正逐步進入我們的生活。如現(xiàn)在大力推廣的老年人手機、折疊老人購物車等產(chǎn)品都是基于這一理念,使科技和技術(shù)不僅僅局限于有限的范圍,并能實現(xiàn)達到更多的益于人本身的目的。目前,輔助站立座椅在國外已有研究并有小量產(chǎn)品,國內(nèi)也有少量產(chǎn)品問世但缺乏人性化的考慮,使用者相對并不十分方便,國外產(chǎn)品相對比較成熟但價格昂貴,而國內(nèi)大多數(shù)用戶難以承受。為此利用機械設(shè)計理論、自動控制技術(shù)設(shè)計滿足老人/殘疾人家居生活所必需的坐姿與站姿轉(zhuǎn)換輔助站式座椅具有重要的意義。人性化設(shè)計的前身是人體工程學(xué)的出現(xiàn)和發(fā)展,人體工程學(xué)起源于歐美,原先是在工業(yè)社會中,開始大量生產(chǎn)和使用機械設(shè)施的情況下,探求人與機械之間的協(xié)調(diào)關(guān)系,作為獨立學(xué)科有 40 多年的歷史。第二次世界大戰(zhàn)中的軍事科學(xué)技術(shù),開始運用人體工程學(xué)的原理和方法,在坦克、飛機的內(nèi)艙設(shè)計中,如何使人在艙內(nèi)有效地操作和戰(zhàn)斗,并盡可能使人長時間地在小空間內(nèi)減少疲勞,即處理好:人-機-環(huán)境的協(xié)調(diào)關(guān)系。及至第二次世界大戰(zhàn)后,各國把人體工程學(xué)的實踐和研究成果,迅速有效地運用到空間技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、建筑及室內(nèi)設(shè)計中去,1960 年創(chuàng)建了國際人體工程學(xué)協(xié)會。本課題的目的在于通過比較前人的設(shè)計產(chǎn)品從而進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化使其能夠降低成本并處于人性化的考慮,做部分結(jié)構(gòu)的重新設(shè)計,以滿足低收入人群的接受能力和需求。為了適應(yīng)中國部分城市老齡化的現(xiàn)狀和老人及殘障人士的需求,設(shè)計一種方便坐立并輕松戰(zhàn)立的輔助型座椅,可實現(xiàn)座椅的移動,升降,轉(zhuǎn)向等功能,為未來老人和殘疾人的家居生活提供新模式和新概念并促進助老/助殘系列化服務(wù)機器人產(chǎn)品的發(fā)展智能機器人的應(yīng)用。3課題意義輔助站立座椅是近年來國內(nèi)外科技服務(wù)人類的一個熱門話題。以“理解關(guān)愛和諧生活”為主題的第五屆中國國際殘疾人展,于2010年5月中旬在上海國際展覽中心舉行。由于世博會首創(chuàng)設(shè)立了關(guān)愛殘疾人的“生命陽光館” ,該屆展會備受關(guān)注。全球最先進的無障礙設(shè)施同臺亮相,通過這些輔助設(shè)備可以全面提升殘疾人和老年人的生活質(zhì)量,讓他們像常人一樣處處展現(xiàn)“生命陽光” 。 而一直以來,坐輪椅的殘疾人最大的夢想是能站立行走,在該展會上,一種可以讓高位截癱患者通過操控按鈕就能直立起來的電動直立輪椅首次亮相,備受關(guān)注。據(jù)現(xiàn)場工作人員介紹,直立輪椅能夠讓全部喪失行動能力的患者在輪椅的多功能支持下直立“行走” ,通過彌補下肢的不便,使他們甚至能夠完成一定的日常工作。由此可見,輔助戰(zhàn)立座椅對于現(xiàn)代城市化生活中的年老或殘障人士有著重要的社會意義和巨大的市場需求前景,可以大大改善該人群的生活范圍及生活質(zhì)量,減少護工等的人力資源消耗,大大減輕了社會系統(tǒng)負擔(dān)。課題適應(yīng)中國部分城市老齡化的現(xiàn)狀和老人及殘障人士的需求,設(shè)計一種方便坐立并輕松戰(zhàn)立的輔助型座椅,可實現(xiàn)座椅的移動,升降,轉(zhuǎn)彎等功能,為未來老人和殘疾人的家居生活提供新模式和新概念并促進助老/助殘系列化服務(wù)機器人產(chǎn)品的發(fā)展智能機器人的應(yīng)用。4國內(nèi)外發(fā)展的基本概況國外輔助站立座椅領(lǐng)域發(fā)展:日本在家庭機器人及智能人性化家具設(shè)計產(chǎn)品中有著較長的發(fā)展歷史,對于輔助型系統(tǒng)和輔助生活型機械發(fā)展比較早。在輔助機械座椅的標(biāo)準(zhǔn)制定中更是有著嚴格的要求。對于其各項參數(shù)名稱部分如下(1)種類 包括其形式和機能(2)各部分名稱(3)要求事項 包括一般要求事項一般及機構(gòu)要求制造、材料和性能(4)實驗環(huán)境及其實驗機械 包括椅面椅背和承重等(5)規(guī)格大小 (6)表示另外在傳統(tǒng)輪椅的基礎(chǔ)上,日本本田公司在借助了日本機器人 ASIMO 直立行走的的技術(shù)上大膽的創(chuàng)新于 2008 年 11 月 7日,日本本田汽車公司展示了這款步行輔助裝置。該產(chǎn)品用來支撐身體重量,減少膝關(guān)節(jié)壓力,以幫助人們站立并做出蹲伏的姿勢。這對人們排長隊、東奔西跑幫人們送貨、以及陪女友逛商場等來說是非常有用的發(fā)明。 走路輔助器由座椅、腿支架、鞋這三部分組成。坐上座椅,穿好鞋扣上扣子,打開開關(guān)它就會帶你四處行走了。本田公司的介紹,產(chǎn)品系統(tǒng)包括:一臺電腦、發(fā)動機、傳動裝置、電池以及傳感器。它利用臀關(guān)節(jié)感應(yīng)器來搜集行走時的信息,幫你站立,再藉由馬達協(xié)助你行走。值得一提的是,這款產(chǎn)品采用本田開發(fā)的平板式無刷電機驅(qū)動,體積非常小巧。我國在家庭機器人及智能人性化家具設(shè)計中還處于落后的位置,原因在于起步較其他發(fā)達國家的投入和應(yīng)用較晚。輔助站立座椅的開發(fā)和投入也只是近幾年少部分企業(yè)在看到國外的產(chǎn)品后才開始研究并發(fā)展。在杭州,一家成立于 2010 年的能源科技公司,就借鑒了國外的這一發(fā)展趨勢和思路以全新的設(shè)計理念,高端的科技運用,向年老及殘障人士提供普通電動輪椅、站立式電動輪椅等一系列產(chǎn)品。部分產(chǎn)品圖樣如下 我國的輪椅設(shè)計已經(jīng)在逐漸從借鑒到能夠自主的研發(fā)并實現(xiàn)部分的創(chuàng)新。輪椅作為一種代步輔助運動的工具,消費者一般不會購買第二次,所以,在某種程度上輪椅是一種一次性消費產(chǎn)品,這就要求輪椅的使用壽命足夠長,一般輪椅的使用年限 5、6 年左右,超過這個年限還使用就存在許多安全隱患了。而國內(nèi)企業(yè)往往在開發(fā)和生產(chǎn)中忽視這一點。所以,輪椅在設(shè)計之初就應(yīng)該考慮到它的回收,以便材料的重復(fù)使用,防止不必要的浪費。這也是國內(nèi)在這一領(lǐng)域的環(huán)??沙掷m(xù)發(fā)展的一種趨勢。 以下列舉幾種國內(nèi)外對于站立輔助機械的產(chǎn)品圖 1 為所設(shè)計的自彈式的輔助站立椅墊。該產(chǎn)品的重量輕,攜帶性好。但對于材料的要求比較高。價格也相應(yīng)的偏高。圖 1圖 2 為國內(nèi)自主設(shè)計制造的可實現(xiàn)站立的輔助式站立輪椅。可實現(xiàn)座椅的展合和移動。圖 2圖 3 是本田公司借鑒asimo 的直立行走技術(shù)創(chuàng)新的改變了人們對于傳統(tǒng)輪椅的思路,是該機構(gòu)還能實現(xiàn)新走的運動方式。使用方便的乘坐型座椅僅僅只需穿上連在裝置上的鞋,再坐上座椅,便可啟動輔助系統(tǒng)。 通過開發(fā)能夠自動跟蹤身體和腳動作的座椅和圖 3 框架結(jié)構(gòu),使輔助力量能夠像人腳的力量一樣移向身體的重心附近。從而使步行、上下臺階、半蹲等各種各樣的動作和姿勢能得到輔助。二、 預(yù)計達到的目標(biāo)、關(guān)鍵理論和技術(shù)、完成課題的方案和主要措施1.課題預(yù)計達到的目標(biāo)通過對市面上的相關(guān)同類產(chǎn)品以及國內(nèi)外的各種專利進行研究與分析,從使用的實用性,人性化,簡易性出發(fā),以減少制造成本,降低售價且功能齊全,增加可回收利用性,設(shè)計一臺輔助站立座椅,可實現(xiàn)座椅的移動,升降,轉(zhuǎn)彎等功能??刂品桨覆捎脝纹瑱C控制,整個座椅有一個遙控器,方便操縱者自由實施該座椅的各項功能。1) 前進或后退2) 順/逆時針轉(zhuǎn)彎3) 座位平臺的升降4) 移動及升降的互鎖5) 輔助引導(dǎo)輪支架的下擺2.難點1). 座椅各關(guān)節(jié)聯(lián)動是否流暢2)電氣控制方面的靈敏度是否能達到理想值3). 控制過程中電機轉(zhuǎn)速是否合理4). 供電量是否足夠5). 互鎖能否保證安全3關(guān)鍵理論及技術(shù)通過與同類產(chǎn)品的對比比較,決定采用升降電動缸機構(gòu)作為輪椅的運動傳遞源。在確保各個機構(gòu)實現(xiàn)自身運動前提下,保證各個之間不發(fā)生干涉和碰撞。在確定各個機構(gòu)總體的運動方案的前提下,通過圖解法或使用相關(guān)軟件初步確定各個桿件的尺寸,通過解析法列出機構(gòu)的運動學(xué)方程或使用相關(guān)軟件如ANSYA、ADAMS,在機構(gòu)的疲勞極限范圍內(nèi),尋找一種最佳的尺寸和機構(gòu)形狀使得輔助站立椅的運動穩(wěn)定性最高,減少因為移動或升降而產(chǎn)生的沖擊和振動,使操控者得到最大的靈敏度。達到的理想運動示意和機構(gòu)原理圖如下:在確定各個機構(gòu)之間的運動方式及尺寸之后,確定各機構(gòu)之間的連接方式,保證各個零件之間的連接可靠,運動時不產(chǎn)生卡死,噪音等問題。零件盡可能的采用焊接,螺栓連接等常見連接方式,以降低生產(chǎn)成本。采用正確合理的整體機構(gòu)裝配工藝,避免機構(gòu)因為裝配的順序問題或裝配的方法不對而造成破壞原先設(shè)想的機構(gòu)運動,采用合理的表面處理方式,例如噴砂處理,外表面噴塑等。電氣控制方面,由于工作環(huán)境并不十分惡劣,選用單片機控制而非 PLC 控制,降低了控制成本,而且單片機控制相對 PLC 有更好的靈敏度,便于控制的操作和精度。為了使用安全采用電器與機械互鎖的方式,保證了輪椅在使用過程中的穩(wěn)定性,防止因操控者的誤操作而造成的機構(gòu)損毀和人員的受傷。確保使用者在使用的過程中,電線不因為機構(gòu)運動而損壞。在新型機構(gòu)的研究基礎(chǔ)上,進一步添加合理的人性化的設(shè)計,目的使使用者更舒適更符合人體工程學(xué)要求;建立合理的機構(gòu)之間運動的邏輯連貫,確保機構(gòu)之間的幾個運動能夠同時操作,通過聯(lián)動的方式,確保使用者能自由控制該輪椅。三、研究方案執(zhí)行機構(gòu)采用一個普通直流儲能電瓶驅(qū)動輔助站立椅升降機構(gòu)采用連桿傳動輔助站立椅移動、轉(zhuǎn)向機構(gòu)采用直流電機傳動電氣控制方面,采用單片機控制 四、論文的框架1.核心部件的選型初選普通直流電機缸作為動力,因為其價格低廉,結(jié)構(gòu)原理簡單,體積較小,功率較小。初選MCS-51單片機程序設(shè)計,因為其具有比較大的尋址空間 ,處理功能強 ,指令系統(tǒng)相對完善以及完善的各種中斷源,抗干擾能力加強,工作亦相對穩(wěn)定 ,開發(fā)環(huán)境要求較低,軟件資源十分豐富。 2.完成課題的步驟(1)通過資料查閱與分析,了解技術(shù)的國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(對國內(nèi)外技術(shù)及現(xiàn)有產(chǎn)品進行對比分析)(2)分析設(shè)計要求,比較幾種可行的傳動方案性能(3)按所需要求,對輔助站立座椅進行整體規(guī)劃(4)確定各個機構(gòu)的類型并進行具體設(shè)計(包括零件尺寸設(shè)計、零件材料選擇)(5)完成電氣控制部分設(shè)計(包括供電方式、控制順序、單片機程序及接線圖 )(6)繪制圖紙(7)完成設(shè)計說明書3完成課題的主要措施利用 ADAMS 機械系統(tǒng)動力學(xué)仿真軟件,創(chuàng)建完全參數(shù)化的機械系統(tǒng)幾何模型,其求解器采用多剛體動力學(xué)理論中的拉格朗日方程方法,建立系統(tǒng)動力學(xué)方程,對虛擬機械系統(tǒng)進行運動學(xué)和動力學(xué)分析,輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線。利用三維設(shè)計軟件 SOLIDWORKS、UG 等,繪制三維零件圖以及三維裝配圖,生成虛擬樣機模型。檢查該樣機存在的干涉等問題,然后利用該樣機模型制作裝配動畫。最后利用 AUTOCAD 軟件繪制全套零件二維工作圖以及二維總裝配圖。利用電路仿真軟件設(shè)計電路圖,調(diào)試單片機程序,完成電氣控制部分的設(shè)計。五、課題進展計劃1、查閱有關(guān)技術(shù)文獻,翻譯英文文獻,了 第七學(xué)期內(nèi)完成解技術(shù)的國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 2、座椅新方案確定 第七學(xué)期內(nèi)完成3、座椅的總體方案確定 第七學(xué)期內(nèi)完成4、動力分析、主要傳動參數(shù)確定 1 周5、機械系統(tǒng)機構(gòu)的設(shè)計 2.5 周6、控制系統(tǒng)設(shè)計(含程序設(shè)計) 2 周7、三維設(shè)計、干涉檢驗 2 周8、機械機構(gòu)參數(shù)優(yōu)化及主要零件校核 3 周9、繪制座椅總圖、零件圖工作圖 2.5 周10、撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書 1 周11、提交設(shè)計資料、答辯準(zhǔn)備 1 周六、 主要參考文獻1 袁劍雄,李晨霞 潘承怡編,機械結(jié)構(gòu)設(shè)計禁忌,機械工業(yè)出版社,2008.062 張建民主編,機電一體化系統(tǒng)設(shè)計,高等教育出版社,2000.073 王淑芳著,電機驅(qū)動技術(shù),科學(xué)教育出版社,20084 成大先著,機械設(shè)計手冊單行本-機構(gòu),化學(xué)工業(yè)出版社,2004.015 孔凌嘉著,簡明機械設(shè)計手冊,北京理工大學(xué)出版社,2008.026 傅蔡安,吳永祥,謝家瀛著,連桿機構(gòu)設(shè)計與應(yīng)用創(chuàng)新,2008.017 華大年,華志宏著,材料成形及機械制造工藝基礎(chǔ),2002.118 張毅剛著,單片機原理及應(yīng)用,2003.129 魏崢著,三維計算機輔助設(shè)計SolidWorks 實用教程,2007.0510 【JIS 日本標(biāo)準(zhǔn)】JIS T9206-2001 電動輪椅和機動拖斗電磁兼容性的要求和試驗方法11 賈民平,張洪亭,周劍英著,測試技術(shù),2001.1212 鄧星鐘著,機電傳動控制,2000.0613 王知行,鄧宗全著,機械原理,2000.0214 曹巖,趙汝嘉著,Solidworks2007 精通篇,2007.1215 胡鳳蘭著,互換性與技術(shù)測量基礎(chǔ),2005.02 16 S. H. Lu and C. C. Lee, “Interferometry Measurement of Gauge Block Using External Cavity Diode Laser”, International Symposium on Precision Mechanical Measurement, Aug. 12-22, (2002), Hefei-Jinan, China.17 JIS T9255-2007 Chairs and seats with electrical mechanisms assist standing up and sitting down.pdf指導(dǎo)教師評語:指 導(dǎo) 教 師 簽 字 年 月 日評議小組意見1、論文選題:有理論意義;有工程背景;有實用價值;意義不大。2、論文的難度:偏高;適當(dāng);偏低。3、論文的工作量:偏大;適當(dāng);偏小。4、設(shè)計或研究方案的可行性:好;較好;一般;不可行。5、學(xué)生對文獻資料及課題的了解程度:好;較好;一般;較差。6、學(xué)生在論文選題報告中反映出的綜合能力和表達能力:好;較好;一般;較差。7、學(xué)生在論文選題報告中反映出的創(chuàng)新能力:好;較好;一般;較差。8、對論文選題報告的總體評價:好;較好;一般;較差(在相應(yīng)的方塊內(nèi)作記號“” )二級學(xué)院所確定評議小組名單(3-5人)組長: 、組員: 、 、 、 單位蓋章 主管領(lǐng)導(dǎo)簽名: 年 月 日評議結(jié)論評議小組組長簽名:評議小組組員簽名:年 月 日
收藏
編號:587611
類型:共享資源
大小:4.83MB
格式:ZIP
上傳時間:2019-06-22
150
積分
- 關(guān) 鍵 詞:
-
輔助
站立
座椅
結(jié)構(gòu)
控制系統(tǒng)
設(shè)計
cad
圖紙
說明書
仿單
- 資源描述:
-
展開閱讀全文
- 溫馨提示:
1: 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
2: 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
3.本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
5. 裝配圖網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負責(zé)。
6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
裝配圖網(wǎng)所有資源均是用戶自行上傳分享,僅供網(wǎng)友學(xué)習(xí)交流,未經(jīng)上傳用戶書面授權(quán),請勿作他用。