爬楼轮椅前腿的轨迹规划及控制策略研究

爬楼轮椅的爬楼控制是研究的重点,而前腿是实现爬楼的重要辅助机构,为了准确稳定地控制前腿的运动,文章建立了前腿的末端位置方程,并计算其工作空间,在工作空间内对其进行轨迹规划并求末端位置方程的逆解,得到前腿的控制量。然后设计前腿控制系统,计算系统各部分的参数,设计一种模糊控制算法控制前腿按规划的轨迹运动。把前腿的运行数据通过传感器测量下来并通过串口通信传递到上位PC机,上位机对数据进行处理,分框显示在上位机界面上,并根据已有数据,通过VC++6.0的绘图功能,把前腿爬楼的过程动态的绘制在上位机界面上。通过实验可知,本控制方法可以控制前腿按规划的轨迹运动。

爬楼轮椅后腿机构优化设计

爬楼轮椅后腿机构是典型的平面二自由度五杆机构,为了提高轮椅的运动性能,在对轮椅后腿运动学分析及对其关键点受力分析的基础上,以五杆机构中2连架杆和1连杆的杆长为设计变量,以并联机构的雅可比条件数均值为目标函数,给出约束条件,采用非线性遗传算法对轮椅后腿机构进行优化设计。之后在MATLAB中对五杆机构优化前后的运动轨迹及关键点的受力情况进行仿真分析,通过对比发现,优化后的雅可比条件数明显减小,五杆机构的活动空间更加紧凑,有效避免了机构的奇异位形,使轮椅后腿的位姿调节更加灵活;后腿机构关键点处受力明显减小,有效减少了工作过程中噪声的产生,使轮椅运行更加平稳。总之,优化设计使轮椅的各项性能得到了明显提升。

爬楼轮椅座椅姿态调节机构的可靠度及灵敏度分析

爬楼轮椅座椅姿态调节机构为一新型两自由度交叉四连杆机构,其运动精度直接影响着爬楼轮椅运动的稳定性。针对座椅姿态调节的交叉四杆机构,利用矩阵的方法建立了机构输入、输出关系的运动精度分析模型,进而建立了机构运动精度的可靠度及灵敏度数学模型。在基本尺寸误差和运动副间隙误差的基础上,求解出了三种运动副间隙误差情况下机构运动精度的可靠度。同时,也求解出了在不考虑运动副间隙误差情况下机构中各基本参数的可靠性灵敏度,最后利用Matlab进行仿真发现机构保持了较高的可靠度及适当增加杆长可改善机构的灵敏度。

基于NSGA-Ⅱ算法的爬楼轮椅座椅调节机构多目标优化

爬楼轮椅的座椅调节机构为一新型两自由度交叉四连杆机构,为了降低其动作过程中座椅所需驱动力矩即力矩性能,提高使用者的舒适性即舒适性能,增大座椅的工作空间即工作性能,需要对机构进行优化.由于机构杆件尺寸对上述性能会产生影响,为了得到最优的尺寸参数,对其进行运动学和动态静力学分析,建立了各性能与机构尺寸之间的函数关系,从而构建了机构尺寸参数的多目标优化数学模型,并采用NSGA-Ⅱ遗传算法得到了Pareto最优解,从中选取5组可行方案进行比较分析,最后利用Matlab将优化前后仿真结果进行比较发现,优化后的座椅调节机构具有更好的动态性能.

爬楼轮椅后腿机构多目标优化设计

爬楼轮椅后腿机构是典型的平面二自由度五连杆机构,杆长尺寸对其性能产生很大的影响。为了得到最优的杆长参数,建立了五连杆机构的运动学模型和动力学模型,分别在运动学层面和动力学层面上提出了多个性能指标,以其作为目标函数和约束条件建立了机构多目标优化数学模型,利用NSGA-Ⅱ多目标遗传算法得到了Pareto最优解。最后分别以各个性能指标值最小和权衡各个性能指标值为依据列出了几组最优设计点,包括杆长参数和对应的各个性能指标值,人们可以根据设计要求和工程实际经验来权衡选取满足不同要求的优化结果。