一种爬楼轮椅及其驱动控制系统研究

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目前我国老龄化问题逐渐日益突出,老龄人口数量和比例增加,不少老年人因为种种原因腿脚不便,同时社会中还存在为数不少的腿脚残疾人。对于他么来说,行动及代步很大程度上都依赖于轮椅。而目前的普通轮椅面对台阶和楼梯时只能望而却步。同时,目前在我国还存在大量的六层楼以下的没有电梯的居民楼,公共场合的无障碍设施也还很不完善,这些都严重阻碍了残障人士的活动。本课题旨在开发一种能够既能够上下楼梯又能够在平地作为普通轮椅使用的爬楼轮椅提供给腿脚不便人士使用,改善他们的活动能力。整个系统包括机械结构、电路、软件、控制等各个部分。其主要特征为:以主动式全控行星轮机构实现上下楼梯及逾越障碍;以无刷直流电机作为主驱动电机;搭建多处理器网络控制系统对轮椅各个部分进行综合控制管理;以陀螺仪和加速度计相结合的方式实现座椅姿态检测并进而实现座椅姿态自动调整;以锂离子电池作为动力源;基于摇杆、按键和LCD液晶显示器的人机交互。实验表明,该轮椅能够适应不同的路面情况,并能够上下楼梯,逾越小台阶等障碍,并具有较好的操作性。在进一步优化提高稳定性并降低成本之后,该爬楼轮椅系统有望推向市场,满足众多腿脚不便者的需求。
摘要第4-5页
Abstract第5页
1 绪论第8-13页
    1.1 课题背景第8-9页
    1.2 爬楼轮椅的研究与发展第9-12页
    1.3 本课题主要研究内容及本文结构第12-13页
2 系统整体方案的研究与设计第13-18页
    2.1 设计目标第13页
    2.2 整体方案第13-14页
    2.3 底盘设计第14-15页
    2.4 驱动及控制系统设计第15-16页
    2.5 用户界面设计第16-18页
3 轮椅驱动控制系统硬件设计第18-36页
    3.1 硬件系统体系结构第18-21页
    3.2 微控制核心模块设计第21-24页
    3.3 功率驱动模块设计第24-29页
    3.4 人机交互模块设计第29-32页
    3.5 动态姿态检测模块设计第32-36页
4 轮椅驱动控制系统软件设计第36-53页
    4.1 系统软件设计概述第36-38页
    4.2 直流无刷电机驱动控制软件设计第38-42页
    4.3 多处理器通信第42-45页
    4.4 姿态检测第45-53页
5 实验结果第53-56页
    5.1 基础功能试验第53页
    5.2 平地实验第53-54页
    5.3 爬楼实验第54-56页
6 全文总结与展望第56-58页
致谢第58-59页
参考文献第59-63页
附录 1 攻读硕士期间发表的学术论文目录第63页
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