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外文文献翻译

题 目 减小滑动和振动的4轮全向轮椅的设计和性能评估

在线提供 www.sciencedirect.com

ScienceDirect

程序计算机科学105（2017）289 - 295

2016 IEEE机器人与智能传感器国际研讨会，2016年IRIS，2016年12月17 - 20日，日本东京

减小滑动和振动的4轮全向轮椅的设计和性能评估

Ananda Sankar Kundua,lowast;，Oishee Mazumdera，Prasanna K. Lenkab，Subhasis Bhaumikc

a机电一体化和机器人学院，IIEST，Shibpur，Howrah-711103，印度b国家正位肢体残疾协会，Bonhooghly，Kolkata-700091，印度c航空工程和应用力学IIEST，Shibpur，Howrah-711103 ，印度

摘要

由于其全方位的移动性，完美的轮椅正受到在受限空间中移动的能力的欢迎。 在本文中，我们介绍了适合室内导航的四轮驱动全方位轮椅的设计和开发，减少了车轮打滑和振动。 该设计已经通过安装在底盘上的3轴加速度传感器的电流消耗和振动测量的轮负载测量进行了评估。 从结果和分析可以看出，我们提出的设计比现有设计显示出更少的车轮滑动和振动。 该系统可以用作老年人群的辅助用具或智能室内机动车。

* c 2016作者。 由Elsevier BV出版

同行评议由2016 IEEE机器人与智能国际研讨会组委会负责

传感器（IRIS 2016）。

copy;2017作者。 由Elsevier BV出版这是CC BY-NC-ND许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。

由2016年IEEE机器人与智能传感器国际研讨会（IRIS 2016）组委会负责同行评议。

关键词：全方位轮椅; 3轴操纵杆; 完整控制; 滑;

介绍

电动轮椅多年来一直为运动障碍和老年人协助而开发。 智能电动轮椅是一类特殊的动力轮椅，它正在成为传统轮椅的天然替代品，成为一种辅助装置。 此外，由于控制方便，应用特殊的人机界面和流畅的移动性，电动轮椅正成为流行的室内导航车。 智能轮椅的第一个原型是1986年由Madarasz et.al1提出的，该轮椅设计了一个轮椅，用于将人运送到只有目的地房间号码的建筑物内的所需房间。 自那时起，许多这样的智能轮椅已经开发出来，并且很少有商业化的2，3。 大多数开发的智能轮椅对现有商用动力轮椅进行了改进，并增加了设备以提高机动性，导航智能和多模式控制界面。 仅举几例，NavChair4，具有高机动性和导航智能（OMNI）5的Oce轮椅，老年人和残疾人移动辅助系统（MAid）6，智能功率辅助模块（SPAM）7， TinMan8等提供的受控室内导航。 OMNI（Oce。OMNI）开发的全向或全向机动轮椅中，

lowast;通讯作者。 电话： 091-9830317143; 电子邮件：ananda sankar@msn.com

1877-0509copy;2017作者。 由Elsevier BV出版这是CC BY-NC-ND许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。

由2016年IEEE机器人与智能传感器国际研讨会（IRIS 2016）组委会负责同行评议。 DOI：10.1016 / j.procs.2017.01.224

高机动性的轮椅和严重残疾人的导航智能）是一种为患有严重精神和身体残疾的个人开发的mecanum轮式轮椅。 全向轮椅的另一个例子是iRW9，它为远程医疗系统提供易于佩戴的非侵入性设备，用于实时生命体征监测和长期健康护理管理，供老年用户及其家人和护理人员使用。 在本文中，我们介绍了设计和开发一种减少车轮滑动和振动的四轮驱动全方位轮椅。 所有轮椅或完整驱动的室内运输车都使用mecunum车轮开发，或者是三轮全向平台。 Mecunum车轮固有地适合处理高负载，但与全向车轮相比，其转弯速度较慢。 4全轮四轮平台难以设计，主要是因为其不平衡的地面反作用力。 如果设计得当，4轮全向平台比采用mecunum车轮开发的平台提供更好的性能。 我们提出独特的轮椅设计，配有全方位轮子和适当的悬挂机构，可在室内环境中提供更强的移动性。 该设计已经通过在机箱上安装了3轴加速度计的电流消耗和振动测量的轮负测

量进行了评估

方法

• 1. 全方位轮椅平台开发

全方位轮椅14,15,16具有特殊的可操作性，因为全方位轮椅可实现平移和侧向移动。 与精密或转向驱动不同，全向驱动系统不具有完整的约束，允许在两个身体轴线上运动。 此外，沿任何期望路径的平移运动可以与旋转相结合，以便机器人以正确的角度1718到达目的地。 为了达到这个目的，车轮采用沿着主轮周边连接的较小车轮制造。 每个车轮都在垂直于电机轴线的方向上提供牵引力，并平行于电机。 这些力量相加，并为机器人提供平移和旋转运动。

完整的驱动系统通常设计有mecanum轮（4轮配置）和全向轮（3轮配置）。 4轮式全向驱动轮椅并不常见，但如果设计得当，4轮式全向驱动轮在转弯时与mecanum相比可提供更好的牵引力。 4轮驱动Omni Wheel平台的设计需要特别关注。 无论表面类型如何，所有四个车轮都应该具有相同的地面反作用力（GRF），否则有车轮打滑的可能性。 Omni轮椅旨在支持120公斤，包括平台自身的重量和有效载荷以及适当的悬挂机构，以在所有车轮中提供相同的GRF。

轮椅设计包括电机轮组件的设计，悬挂机构和具有足够承载能力的底座。 图1显示了全方位轮椅的不同部分。 电机轮组件（图1a）由称为“Main L”的“L”形部件组成，其中容纳8英寸直径的双全向轮和滚珠轴承。 Main L的上侧有两个槽用于连接另一个较小的L形低碳钢部件，标记为次级L。 辅助L有一对连接电机连接板的垂直槽。 马达（Buhler，24V）通过电机连接板完全切断。 存在于主L中的水平槽，次L中的垂直槽提供了将电机轴与车轮旋转轴线同轴对齐的能力。 这可以最大限度地减少由于未对准或制造缺陷造成的电机轴堵塞。 最后，ange被设计为将电机轴连接到双全轮。 这种机动轮装置可防止系统重量作为径向载荷传递到电机轴上。 四个此类组件连接到平台机箱。

要考虑的下一个最重要的问题是悬架系统，以确保四个全向车轮上的地面反作用力相等。 悬架系统采用后减震器设计。 减震器中存在的液压阻尼减少了系统中的振动。 根据所需的弹簧刚度，行程长度选择一对后减震器。 图1b显示了带有悬挂机构的设计前电机轮组件，与底盘连接。 悬架机构有意地连接在前部电动机轮组件中以保持对称性。 底盘采用20毫米宽，3毫米厚的低碳钢“L”设计。 有限元分析在SolidWorks中完成，以优化给定负载下材料的宽度。 底盘尺寸为540毫米x 440毫米，并且是矩形的，以适应前方的悬挂机构。 在悬架设计中，两个“U”形低碳钢板被用作“支撑板”并命名为“上部支撑板”

• • 1. (b)

(c) (d)

图1：全向定向轮椅：a）电动轮组件的分解图。 b）车轮布置和悬挂机构。 c）轮椅座椅d）发达轮椅的CAD模型。

表1：轮椅标准

下部压板。 上部固定板容纳调整槽以调整悬挂机构以与不同的有效载荷一起工作。 电机轮组件用6个螺丝固定在“下部固定板”上。 两个直线导轨放置在两个支撑板之间，以限制它们之间仅相对于一个轴线的相对运动。 这种布置防止了在变化的负载条件下前部电动机 - 车轮组件的倾斜。 两个减震器和两个支撑板形成一个4杆系统。 随着负载的变化，减震器的有效长度会改变。 因此4杆的成员之间的角度也将改变。 为了适应这种情况，减震器与保持板连接成与球轴承的

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