轮腿式爬楼梯轮椅后腿控制系统设计

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1、分类号：密级：UDC：编号：201321203002河北工业大学硕士学位论文轮腿式爬楼梯轮椅后腿控制系统设计论文作者：张建静学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：仪器科学与技术指导教师：曹东兴职称：教授资助基金项目：国家自然科学基金（NO.51275152）DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMechanicalEngineeringTheControlSystemDesignofHindLegofStairClimbingWheelcha

2、irbyZhangJianjingSupervisor:Prof.CaoDongxingMarch2016ThisworksupportedbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina.No.51275152原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创

3、性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：摘要随着生活质量的逐渐改进，为老年人和肢体残疾者提供一种便利的代步工具已经成为重中之重，电动轮椅便

4、是其中一个比较理想的选择。然而随着周边环境台阶的增多，普通的轮椅不具备上下台阶或翻越障碍物的能力，必然又限制了他们的生活范围和活动空间。针对这一问题，本课题主要开发了一套能够上下爬楼梯、自动越障跨沟的轮腿式爬楼轮椅的控制系统，有效弥补了普通轮椅的不足。后腿机构作为爬楼梯轮椅的重要机构，也是本课题的主要研究对象，首先对轮椅在爬楼梯过程中后腿的运动状态进行分析，确定了各个参数之间的关系，从而设计了整个后腿的控制系统总方案。其次介绍了后腿控制系统中的硬件设计和软件开发，后腿的核心主控器采用的是两片STC12C5A60S2单片机，辅助硬件设备是开发的继

5、电器板，其中硬件设备主要包括传感器检测模块、步进电机驱动模块；软件开发主要包括数字滤波模块、模糊控制算法模块，重点介绍了基于模糊控制算法实现的后腿机构中两个丝杠螺母的同步升降运动，并通过Matlab中的Simulink进行了仿真验证。最后搭建了基于VC的后腿工作界面，并实现了上位机与下位机的多机通信，界面通过对两片单片机下达是否工作指令，然后甲机开始进入调节位姿程序模块，乙机进入辅助调节位姿的丝杠螺母升降程序模块，并将采集到的曲柄、后腿的角度发送给上位机，最终在后腿工作界面上显示。关键词：爬楼梯轮椅，后腿机构，传感器，多机通信，模糊控制IABS

6、TRACTAsthequalityoflifeimprovedgradually,it’satopprioritytoprovideaconvenienttransportfortheelderlyandlimbdisabled.Electricwheelchairisoneoftheidealchoices.However,withtheriseofstepsinoursurroundingenvironment,ordinarywheelchairlimitsthescopeoftheirlifeandactivityspaceinevit

7、ablybecauseitdoesn’thavetheabilitytoclimbstairsorclimboverobstacles.Tosolvethisproblem,thisproject’smaintaskistodevelopacontrolsystemofstairclimbingwheelchairwhichcanclimbupanddownthestairsandclimboverobstaclesautomatically.It’scertainthatthisprojectmakesupfortheinadequacyof

8、ordinarywheelchaireffectively.Asanimportantpartofstairclimbingwheelchair,hi