太阳能电动轮椅的设计与研究

【摘要】：老年人和残疾人数量的不断增加给社会的护理工作提出了更高的要求。电动轮椅作为老年人和残疾人出行代步工具越来越受到人们的青睐。国外电动轮椅普及程度较高,技术也较为成熟,轮椅可靠性高、舒适性好,但其较为昂贵的价格是我国普通居民难以接受的。国内对电动轮椅研究较晚,现阶段轮椅大多存在可靠性低、舒适性和安全性差等问题。针对上述问题,本文为老年人和残疾人设计了一款用于城市道路和住宅小区道路的太阳能电动轮椅。该轮椅不仅需要实现基本的行走功能,且需要轮椅具有舒适性高、安全性高、可靠性高、价格低廉等特点。基于以上出发点,本文主要进行了以下的设计和研究：1.对现有电动轮椅缺陷分析的基础上,研究了轮椅适用人群和环境对轮椅的功能要求,进而对太阳能电动轮椅进行了整体设计。2.针对电动轮椅舒适性差的问题,采用人机工程学理论对人体坐姿状态舒适性进行了研究,进而对座椅舒适性进行了研究,并设计了靠背调节机构；为提高用户乘坐安全性,设计了轮椅重心位置自动调节机构。3.为满足绿色环保的设计理念和提高轮椅续航能力,本文进行了动力传动系统的选型和匹配,从而设计了太阳能充电系统。另外,为增加蓄电池单位时间充电量和减少电池板在轮椅上所占空间,设计了太阳能电池板收折机构4.为简化轮椅结构,保证车架结构的合理性,本文进行了车架结构的有限元分析。5.为提高轮椅运行的可靠性,本文采用模块化设计理念,研究设计了整车控制系统。主要对控制芯片、操纵手柄和电机驱动器进行了选型,并设计了相关硬件电路和软件系统。最后,对太阳能充电系统进行了试验测试,主要进行了充电电压、充电电流、光照强度、蓄电池端电压等方面的测试。试验研究表明,太阳能电动轮椅可靠性高、安全舒适,通过太阳能充电系统能有效提高续航能力,且节能环保。太阳能电动轮椅能很好地满足老年人和残疾人的出行需求,具有较好的实用价值。 【关键词】：太阳能 轮椅 轮毂电机
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH789
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 第1章 文献综述9-21
• 1.1 人口老龄化与残疾人口现状9-11
• 1.1.1 人口老龄化现状9-10
• 1.1.2 残疾人口现状10-11
• 1.2 电动轮椅发展历程及研究现状11-15
• 1.2.1 国外电动轮椅发展历程及研究现状11-13
• 1.2.2 国内电动轮椅发展历程及研究现状13-15
• 1.3 电动轮椅市场化现状及存在问题15-17
• 1.4 光伏发电应用现状17-21
• 1.4.1 能源危机与环境问题17-18
• 1.4.2 光伏发电技术应用现状18-21
• 第2章 绪论21-23
• 2.1 研究背景与意义21
• 2.2 主要研究内容21-23
• 第3章 太阳能电动轮椅整体设计23-27
• 3.1 太阳能电动轮椅设计要求23-24
• 3.2 轮椅功能设计分析24-25
• 3.3 轮椅结构设计分析25-27
• 第4章 基于人机工程学的轮椅结构设计27-43
• 4.1 人机工程学简介27-28
• 4.2 电动轮椅座椅的人机工程学设计28-31
• 4.2.1 太阳能电动轮椅静态数据选择原则28
• 4.2.2 人体坐姿分析28-29
• 4.2.3 人体模型数据29-31
• 4.3 基于人机工程学的座椅静态参数设计31-32
• 4.4 可调式座椅结构设计分析32-34
• 4.5 太阳能电动轮椅车架机构设计与分析34-36
• 4.6 可折叠太阳能电池板结构设计36
• 4.7 太阳能电动轮椅机构框架有限元分析36-43
• 4.7.1 建立分析模型37-38
• 4.7.2 定义和指定材料38-39
• 4.7.3 添加载荷39
• 4.7.4 分析方法和结论39-43
• 第5章 动力传动系统选型与匹配43-51
• 5.1 动力传动系统选型43-47
• 5.1.1 驱动电机选型43-45
• 5.1.2 电池选型45-46
• 5.1.3 太阳能电池选型46-47
• 5.2 动力传动系统参数设计47-51
• 5.2.1 驱动电机参数设计47-48
• 5.2.2 锂电池的参数设计48-49
• 5.2.3 太阳能电池板参数设计49-51
• 第6章 整车控制器设计51-65
• 6.1 整车控制器设计方案51-52
• 6.1.1 功能要求51
• 6.1.2 设计原则51
• 6.1.3 整车控制器控制原理51-52
• 6.2 主控制芯片选择及其最小系统设计52-55
• 6.2.1 主控制芯片选型52-55
• 6.2.2 复位电路55
• 6.2.3 晶振电路55
• 6.3 操纵杆和驱动控制器选型55-58
• 6.3.1 操纵杆选型55-57
• 6.3.2 驱动控制器选型57-58
• 6.4 控制系统主要模块分析58-61
• 6.4.1 输入信号58-59
• 6.4.2 太阳能充电模块59-60
• 6.4.3 电源电路模块60-61
• 6.5 整车控制系统软件设计61-65
• 6.5.1 控制系统主程序设计61-62
• 6.5.2 控制手柄输出信号软件设计62-63
• 6.5.3 轮毂电机调速程序设计63
• 6.5.4 差速转向程序设计63-64
• 6.5.5 太阳能电池板充电子程序流程图64-65
• 第7章 试验与分析65-69
• 7.1 试验设备与条件65
• 7.2 试验结果与分析65-69
• 7.2.1 光照强度66-67
• 7.2.2 充电电流67
• 7.2.3 充电电压67
• 7.2.4 充电功率67-68
• 7.2.5 蓄电池端电压68-69
• 第8章 结论与展望69-71
• 8.1 结论69
• 8.2 展望69-71
• 参考文献71-75
• 致谢75-77
• 发表论文和授权专利一览表77

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