本文参考了已获国家专利的助行轮椅设计，其基本结构包括改装过的轮椅和爬楼装置两 部分。此装置是半自动助行轮椅，上楼过程需要人力辅助并保持轮椅平衡，但仍极大方便了 行动不便的人士出行。该装置在上海互邦轮椅 HBL23-S 的基础上加以改装，此型号的轮椅十 分轻便，折叠式易拆卸，方便组装。轮椅结构示意图见图 2。1[5]。

图 2。1 轮椅结构示意图

该设计方案涉及主控模块、检测模块、通信模块、驱动模块、电源模块等，其中，主控 模块、检测模块、通信模块由同课题组的程聪同学完成，驱动模块以及电源模块在本文中给 出设计方案。

轮椅平地运行时的动力来源于两个后轮的驱动力，爬楼时由爬楼电机驱动。平地运行时， 转弯主要是靠两轮差速驱动实现，且爬楼装置收起，不与地面接触；上楼时爬楼小轮又放下， 通过一系列的翻转运动实现爬楼过程[9]。

本文主要是实现其平地行驶部分的驱动模块和电源模块。

2。2装置成本分析

第 6 页 本 科 毕 业 设 计 说 明 书

目前市场上的电动轮椅价格从 2000 元到 20000 元不等，其驱动模块和电源模块价格约为

700 元。本设计方案中，驱动模块包含如下部分：74HC245 共 2 片约 14。8 元，HCPL0630 共 6

片 42 元，74LS04 共 2 片约 14 元，TLP-521 共 2 片约 10 元，PS21564 共 2 片约 160 元；电源

模块包括如下部分：LM2576 共 3 片约 30 元，DCP010505BP 共 2 片约 48 元；其他元器件约

10 元。上述原件共计 328。8 元，加上 PCB 加工费用约 30 元，则总计约 358。8 元。由此可见， 本设计的成本相较之下是有优势的。

2。3本章小结

本章主要是对一个已获得专利的助行轮椅设计方案进行简要的介绍，包括其基本结构和 工作过程，并分析了本文设计方案的成本。

3驱动电机

3。1 电机的比较与分析

本 科 毕 业 设 计 说 明 书 第 7 页

装置运行时，结构的稳定性与动作的安全性很大程度上由电机的性能决定。市面上常见 的驱动电机如下：步进电机、有刷直流电机、无刷直流电机等。

步进电机优点在于：调速范围宽；无累积误差；输入为数字脉冲，可开环控制，具有较 为简单的控制结构和较高的控制精度；在电机停转时具有最大的转矩，起停和反转响应优秀， 极大地保证了爬楼机构的安全性。缺点是低速时有抖振现象，且运行噪声较大，能源利用率 低，过载时会出现失步现象，电机体积相同时，输出功率和输出力矩比有刷直流电机和无刷 直流电机小[6]。

有刷直流电机优点在于其响应速度较快，具有启动转矩较大、调速范围较宽、调速过程 平滑以及过载能力较强等特点；缺点是由于机械换向方式造成的机械摩擦、噪声、火花的现 象，一定程度上限制了其使用寿命，且效率低，输出功率小。

无刷直流电机优点在于采用电子换向方式，解决了机械换向的诸多问题，在兼具有刷直 流电机优点的同时，具有较小的内部摩擦，基本无噪声，运行可靠性高，维护难度小，寿命 长，具有较高的功率密度，效率高，体积上有优势，且控制电路较为简单，成本低，可以低 速大功率运行，软启软停、制动性能好，耐颠簸震动；缺点是其易形成共振现象，且铁心的 附加损耗较大[7]。

目前，主流的助行轮椅较多的采用了无刷直流电机，原因是控制电路采用 PWM 波对电 路进行控制；无刷直流电机的力矩输出能力较强，具备快速的启制动能力，安全性、可靠性 高；同时，无刷直流电机的体积不太大，助行轮椅的安装空间较为有限，故应用无刷直流电 机比较合适。 IPM助行机器人电机驱动器的设计+电路图(4):http://www.youerw.com/zidonghua/lunwen_86226.html