爬楼梯轮椅升降轮机构尺寸优化设计-论文.pdf

2021年5月 机械设计与制造工程 May. 2021
第50 5期 Machine Design and Manufacturing Engineering Vol. 50 No. 5
DOI ： 10. 3969/j. issn. 2095 - 509X. . 001
爬楼梯轮椅升降轮机构尺寸优化设计
王宇飞， 张庆
(南京理工大学机械工程学院，江苏南京210094)
摘要:爬楼梯轮椅的行驶轮升降机构是典型的并联四连杆机构,为了提高轮椅行驶轮升降时的力
学性能，减少所需的整体驱动力矩，在对轮椅进行动力学分析的基础上，以四连杆机构除机架外
的连杆以及杆间角度为设计变量，以所需驱动力矩函数的积分为目标函数，并列出约束条件，在
MATLAB中编程，利用带有惩罚函数的粒子群算法对爬楼梯轮椅行驶轮升降机构进行优化设计。
对比优化前后目标函数值以及所需驱动力矩曲线发现，优化后目标函数值和驱动力矩明显减小 ，
了力矩 所 的损耗。 ，优化设计使轮椅在升降过程中的力学性能有了极大的提
升。
关键词：爬楼梯轮椅;并联四杆机构；优化设计；粒子群算法;MATLAB
中图分类号:TH122 文献标识码：A 文章编号：2095 -509X(2021)05 -0001 -05
爬楼梯轮椅主要有履带式、行星轮式、腿足式 为坐标轴原点、机 OC作为y轴负方向
以及复合式4种形式&门，本文研究的是轮履复合式 ，!1 ,•••,! 为 连杆 xi 方向
爬楼梯轮椅&2'的行驶轮升降机构,该机构采用并 的 ，"，•••，" 为! AOE、 ！BCD、 ！FGH、
联四连杆的形式,能够通过一个电机实现前后轮的 杆OG关于+ 、杆CG关于+ 方向
同时收放，主要是实现在进行上下楼梯运动前平地
轮行驶和爬楼梯履带行驶两种形式的切换。但是
在切换过程中切换机构将承受较大的负载，长此以
往将会影响升降轮机构寿命，为 以上 ，
要对升降轮机构的并联四连杆机构的杆长以及
杆 进行 。