畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告學(xué)生姓名張三專(zhuān)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班級(jí)機(jī)械A(chǔ)1512班擬選題目行星輪式爬樓梯輪椅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選題依據(jù)及研究意義目前，大多數(shù)年老體弱者及肢體傷殘者都選擇輪椅作為他們的代步工具，尤其是隨著無(wú)障礙設(shè)施的增多，輪椅的使用范圍越來(lái)越廣。輪椅也由手動(dòng)輪椅、電動(dòng)輪椅趨向智能輪椅的方向發(fā)展，但是它們一般僅適合在平地上使用，很少有具備爬樓和翻越路障的能力，樓梯和路障使輪椅的使用受到了很大的限制，而國(guó)內(nèi)城市以多層公寓式樓房居多，尤其是在中小城市中，電梯的使用還沒(méi)有普及到所有的居民住宅，這也給輪椅用戶造成不便。隨著無(wú)障礙設(shè)施的增多，輪椅使用者的活動(dòng)范圍逐步加大，樓梯卻使輪椅受到很大限制，這促使人們迫切的研究輪椅。連續(xù)型爬樓梯輪椅工作效率高，爬樓梯的速度較快；間歇型的爬樓梯輪椅因兩套支撐裝置交替支撐，爬樓梯的速度慢一些；星形輪式爬樓梯輪椅的活動(dòng)范圍廣，運(yùn)動(dòng)靈活，但是上下樓梯時(shí)平穩(wěn)性不高；履帶型爬樓梯輪椅的技術(shù)比較成熟，傳動(dòng)效率比較高，行走重心波動(dòng)很小，運(yùn)動(dòng)非常平穩(wěn)，但是運(yùn)動(dòng)不夠靈活，對(duì)樓梯有一定的損壞，這限制了其在日常生活中的推廣應(yīng)用。國(guó)內(nèi)外對(duì)輪椅的研究結(jié)果有很多，但尚沒(méi)有體積小巧、操作簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，適用于居民樓梯和廣大殘疾人及老年人的爬樓梯輪椅。盡管IBOT4000這種多功能高智能的輪椅是發(fā)展方向，我國(guó)“863”等國(guó)家計(jì)劃也支持一些單位研發(fā)了具有視覺(jué)、聲音及語(yǔ)音控制等功能的智能輪椅，但是從我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和需求人群的經(jīng)濟(jì)條件來(lái)看，研究一種價(jià)格適宜、小巧輕便的多功能爬樓梯裝置才具有重大的意義和實(shí)用價(jià)值。選題研究現(xiàn)狀爬樓梯輪椅攀爬樓梯功能的實(shí)現(xiàn)主要源于其攀爬機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。國(guó)外在此方面的研究工作起步較早并且相繼投入了大量的人力和物力，先后取得了不少突破性的科研成果。其中美國(guó)、歐洲和日本占主導(dǎo)地位，技術(shù)相對(duì)比較成熟，且有一些產(chǎn)品已經(jīng)投入市場(chǎng)使用。國(guó)內(nèi)在近些年內(nèi)也取得了十分顯著的成果，有關(guān)于爬樓梯輪椅的專(zhuān)利不斷涌現(xiàn)。但由于受到各方面因素的限制，這些設(shè)計(jì)大多停留在研究層面，占有市場(chǎng)份額的成熟產(chǎn)品相對(duì)較少。總結(jié)目前國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有爬樓梯輪椅研究現(xiàn)狀，按攀爬樓梯功能的實(shí)現(xiàn)原理，爬樓梯輪椅的主要類(lèi)型為履帶式、輪組式和步行式。1.履帶式爬樓梯輪椅履帶式爬樓梯裝置的原理類(lèi)似于履帶裝甲運(yùn)兵車(chē)或坦克，其原理簡(jiǎn)單，技術(shù)也比較成熟。英國(guó)Baronmead公司開(kāi)發(fā)的一種電動(dòng)輪椅車(chē)，底部是履帶式的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，可爬樓梯的最大坡度為35°，上下樓梯速度為每分鐘15-20個(gè)臺(tái)階。法國(guó)Topchair公司生產(chǎn)的電動(dòng)爬樓梯輪椅，它的底部有四個(gè)車(chē)輪供正常情況下平地運(yùn)行使用，當(dāng)遇到樓梯等特殊地形時(shí)，用戶通過(guò)適當(dāng)操作將兩側(cè)的橡膠履帶緩緩放下至地面，然后把這四個(gè)車(chē)輪收起，依靠履帶無(wú)需旁人輔助便能自動(dòng)完成爬樓等功能。履帶式結(jié)構(gòu)傳動(dòng)效率比較高，行走時(shí)重心波動(dòng)很小，運(yùn)動(dòng)非常平穩(wěn)，且使用地形范圍較廣，在一些不規(guī)則的樓梯上也能使用。但是這類(lèi)裝置仍存在很多不足之處：重量大、運(yùn)動(dòng)不夠靈活、爬樓時(shí)在樓梯邊緣造成巨大的壓力，對(duì)樓梯有一定的損壞，且平地使用時(shí)所受阻力較大，轉(zhuǎn)彎不方便，這些問(wèn)題限制了其在日常生活中的推廣使用。2.輪組式爬樓梯輪椅輪組式爬樓梯裝置按輪組中使用小輪的個(gè)數(shù)可分為兩輪組式、三輪組式以及四輪組式。按照所使用的輪組的對(duì)數(shù)不同又可分為單輪組式和雙輪組式。單輪組式是指裝置中僅使用了一對(duì)輪組；而雙輪組式是指在裝置的前后各使用了一對(duì)輪組。每個(gè)輪組依照星形輪系的運(yùn)動(dòng)方式，各個(gè)小輪既可以繞各自的軸線自轉(zhuǎn)，又可以隨著系桿一起繞中心軸公轉(zhuǎn)。平地行走時(shí)，各小輪自轉(zhuǎn)，而爬樓梯時(shí)，各小輪一起公轉(zhuǎn)。美國(guó)發(fā)明家DeanKamen發(fā)明的一種能自動(dòng)調(diào)節(jié)重心的兩輪組式輪椅-IBOT3000。它有6個(gè)輪子，前面有一對(duì)實(shí)心腳輪，后面有兩對(duì)行星結(jié)構(gòu)的充氣輪胎，通過(guò)兩后輪交替翻轉(zhuǎn)可以上下樓梯。IBOT3000幾乎能適用于所有樓梯，它最大的優(yōu)點(diǎn)就是在輪椅重心安裝了陀螺儀，控制器根據(jù)陀螺儀的信號(hào)調(diào)整重心的位置，使輪椅能在不同狀態(tài)下保持平衡。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的研究開(kāi)發(fā)，它己經(jīng)由IBOT3000發(fā)展到了IBOT4000，功能也越來(lái)越強(qiáng)大，是目前該領(lǐng)域中性能最高的產(chǎn)品，它的售價(jià)在3萬(wàn)美元左右，相當(dāng)于一輛中檔橋車(chē)的價(jià)格，難以被普通使用者接受。我國(guó)在上世紀(jì)八十年代對(duì)輪組式爬樓梯裝置已有研究，1987年專(zhuān)利號(hào)為86210653的國(guó)家專(zhuān)利中介紹了一種平地、樓梯運(yùn)行多用輪椅，前滾輪和后滾輪都用多個(gè)星形輪組成，除自轉(zhuǎn)外還繞滾輪軸公轉(zhuǎn)而實(shí)現(xiàn)上下樓。輪組式爬樓梯裝置的活動(dòng)范圍廣，運(yùn)動(dòng)靈活，但是上下樓梯時(shí)平穩(wěn)性不高，重心起伏較大，會(huì)使乘坐者感到不適。此外，輪組式爬樓梯裝置體積較大，很難在普通住宅樓梯上使用。3.步行式爬樓梯輪椅其爬樓梯執(zhí)行機(jī)構(gòu)由鉸鏈桿件機(jī)構(gòu)組成，上樓時(shí)先將輪椅抬高，再水平向前移動(dòng)，如此重復(fù)這兩個(gè)過(guò)程直至爬完一段樓梯。步行式爬樓梯裝置模仿人類(lèi)爬樓的動(dòng)作，外觀可視為足式機(jī)器人，采用多條機(jī)械腿交替升降、支撐座椅爬樓的原理。日本早稻田大學(xué)理工學(xué)術(shù)院高西淳夫教授的研究室以及日本機(jī)器人開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)企業(yè)Tmsuk聯(lián)合開(kāi)發(fā)的雙足行走機(jī)器人“WL-16RⅢ"，它由兩條機(jī)械腿支撐一個(gè)座椅構(gòu)成，每條機(jī)械腿有6個(gè)自由度，可向前、后、側(cè)面移動(dòng)，座椅底部裝有陀螺儀，每條腿上裝有壓力傳感器，通過(guò)傳感器采集信息，控制其實(shí)時(shí)調(diào)整姿態(tài)保持重心平穩(wěn)。“WL-16RⅢ”兩腿前后伸展距離最長(zhǎng)為1.02米，左右最長(zhǎng)1.36米，每條腿上下運(yùn)動(dòng)幅度最大0.34米。步行式爬樓梯裝置爬樓時(shí)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，適合不同尺寸的樓梯，但它對(duì)控制的要求很高，操作比較復(fù)雜，在平地行走時(shí)運(yùn)動(dòng)幅度不大，動(dòng)作緩慢。此外，座椅距地面的高度較大，易給使用者造成心理恐俱，距離實(shí)際應(yīng)用還有很大的距離。從以上不難看出，履帶型爬樓梯輪椅的技術(shù)比較成熟，傳動(dòng)效率比較高，行走重心波動(dòng)很小，運(yùn)動(dòng)非常平穩(wěn)，但是運(yùn)動(dòng)不夠靈活，對(duì)樓梯有一定的損壞，這限制了其在日常生活中的推廣應(yīng)用；輪組式爬樓梯輪椅的活動(dòng)范圍廣且靈活，但是上下樓梯時(shí)平穩(wěn)性不高；步行式爬樓梯輪椅因兩套支撐裝置交替支撐，爬樓梯的速度一般較慢。研究?jī)?nèi)容（包括基本思路、框架、主要研究方式、方法等）本課題研究的最終目的是設(shè)計(jì)出一款體積不大、操作較為簡(jiǎn)單、價(jià)格適中、且整個(gè)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)模塊化，每個(gè)功能模塊負(fù)責(zé)一種功能，可根據(jù)不同用戶的選擇適合于廣大老弱病殘人員使用的爬樓梯輪椅。本文主要完成上下樓梯機(jī)構(gòu)研究與設(shè)計(jì)。首先，爬樓梯輪椅爬樓的實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)是本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容。設(shè)計(jì)一款合理、可靠的爬升機(jī)構(gòu)對(duì)于爬樓梯輪椅的功能實(shí)現(xiàn)以及安全性提高方面至關(guān)重要。另外，在爬升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，爬樓梯輪椅需要的爬升扭矩較大，這是爬樓裝置普遍面臨的問(wèn)題，這就需要選擇一套功率較大的動(dòng)力系統(tǒng)并設(shè)計(jì)一套效率較高的傳動(dòng)系統(tǒng)。其次，整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)是不可或缺的一項(xiàng)，這要求各功能模塊的功能實(shí)用又能與基礎(chǔ)模塊部分銜接合理。然后，爬樓梯輪椅在爬樓梯過(guò)程中的實(shí)用安全性也是其中的一個(gè)重要指標(biāo)，影響爬樓梯輪椅安全性的一個(gè)重要因素就是其本身的重量。這就要求在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中在構(gòu)件滿足強(qiáng)度剛度要求的前提下盡量減輕重量，使最終設(shè)計(jì)完成的產(chǎn)品既能滿足使用要求，又要結(jié)構(gòu)緊湊小巧。最后，為了驗(yàn)證方案可行性與設(shè)計(jì)的可靠性，需要對(duì)于所設(shè)計(jì)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)進(jìn)行校核分析。為了很好的完成以上研究任務(wù)本文做了以下安排：首先研究分析國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，分析目前存在的爬樓梯輪椅的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析，取其優(yōu)點(diǎn)祛其不足對(duì)爬樓梯輪椅的工作機(jī)理進(jìn)行了設(shè)計(jì)。在這部分主要做的工作包括爬樓梯輪椅工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、爬樓驅(qū)動(dòng)裝置傳動(dòng)設(shè)計(jì)、以及爬樓梯電動(dòng)輪椅動(dòng)力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。然后做的工作是爬樓梯輪椅的運(yùn)動(dòng)學(xué)以及力學(xué)的建模分析，分析爬樓梯輪椅運(yùn)動(dòng)以及受力情況，為以后設(shè)計(jì)打下理論基礎(chǔ)。其次就是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)部分，在這部分對(duì)于爬樓梯輪椅的整體結(jié)構(gòu)以及細(xì)節(jié)部分進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)。最后一部分就是對(duì)爬樓梯輪椅的關(guān)鍵零部件進(jìn)行校核分析，通過(guò)這部分可以驗(yàn)證爬樓梯輪椅的可行性以及獲得真實(shí)的技術(shù)參數(shù)為以后控制設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。并且通過(guò)關(guān)鍵部件校核分析可以確定輪椅零部件工作的可靠性，同時(shí)也為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。論文提綱(含論文選題、論文主體框架)緒論：介紹爬樓輪椅的行業(yè)背景和發(fā)展趨勢(shì)以及現(xiàn)存行星輪式爬樓輪椅的結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)，提出改進(jìn)方案。第一章：根據(jù)已整理的文獻(xiàn)，分析爬樓輪椅的爬樓過(guò)程，總結(jié)現(xiàn)有攀爬方案。第二章：確定出行星輪式爬樓輪椅裝置的總體設(shè)計(jì)方案。第三章：利用Solidworks對(duì)行星輪式爬樓輪椅的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，將設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)模塊化。第四章：利用Solidworks對(duì)行星輪式爬樓輪椅進(jìn)行整體裝配。第五章：總結(jié)該設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)及其市場(chǎng)意義和市場(chǎng)展望。致謝參考文獻(xiàn)主要參閱文獻(xiàn)[1]王麗娟.行星滾輪轉(zhuǎn)換步行式驅(qū)動(dòng)爬樓梯輪椅設(shè)計(jì)[D].蘇州:蘇州大學(xué),2016.[2]戴本圣.多功能行星輪式爬樓梯輪椅的設(shè)計(jì)與研究[D].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué),2017.[3]金強(qiáng),吳昌林,劉香香.行星輪式爬樓梯輪椅的應(yīng)用研究[J].中國(guó)康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志,2014,26(1):65-68.[4]吳昌林,金強(qiáng),趙青.行星輪式爬樓梯輪椅的越障能力分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì),2015,27(1):48-53.[5]馬永為.基于行星輪系的爬樓梯輪椅研究[D].天津:天津大學(xué),2015.[6]周瑞強(qiáng),陳桂平,周培,陳素,劉建博.機(jī)械原理[D].西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社,2016.1.[7]張翠華,楊文敏,楊勝培,蘆書(shū)榮.機(jī)械設(shè)計(jì)[D].西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社,2015.6.[8]范星光.爬樓輪椅的總體設(shè)計(jì)及關(guān)鍵問(wèn)題研究[D].貴陽(yáng):貴州大學(xué),2016.[9]王占禮,郭化超,陳延偉.爬樓梯輪椅發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù)的研究[J].機(jī)械研究與應(yīng)用,2018,26(2):180-182.[10]趙德超.曲柄星輪式爬樓梯輪椅的研究[D].長(zhǎng)春:長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué),2018.[11]吳穎.一種平地—樓梯兩用助行裝置設(shè)計(jì)與控制系統(tǒng)的研究[D].南京:南京理工大學(xué),2017.[12]李占賢,鞏喜然.一種爬樓梯輪椅的運(yùn)動(dòng)分析[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化,2014(185):96-99.[13]蘇和平,王人成.一種雙聯(lián)星形輪機(jī)構(gòu)電動(dòng)爬樓梯輪椅的設(shè)計(jì)[J].中國(guó)臨床康復(fù),2015,9(26):144-145.[14]孟祥雨.一種星輪式爬樓梯電動(dòng)輪椅設(shè)計(jì)與研究[D].長(zhǎng)春:長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué),2015.[15]李育文,位健康,王紅衛(wèi),張金,楊改云.一種新型的可爬樓梯輪椅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)分析[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2014,36(4):135-137.[16]張林.基于TRIZ理論爬樓輪椅的創(chuàng)新設(shè)計(jì)[D].昆明:昆明理工大學(xué),2014.[17]李霞,宋海堂.基于人機(jī)工程學(xué)的爬樓梯輪椅的設(shè)計(jì)[J].產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì),2014,36(5):62-64.[18]張春榮,支保軍.公差配合與測(cè)量技術(shù)[D].北京:北京交通大學(xué)出版社,2015.7.[19]郭紀(jì)林,余桂英.機(jī)械制圖[D].大連:大連理工大學(xué)出版社,2015.1.研究進(jìn)程安排(包括提綱、一稿、二稿、定稿起訖時(shí)間)1、背景調(diào)研及撰寫(xiě)文獻(xiàn)綜述****（9.19—9.30）2、撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告及開(kāi)題答辯****（10.1—10.14）3、一稿撰寫(xiě)*