多功能轮椅的设计与控制
【】轮椅不仅是现代残障人士的代步工具，更重要的是他们可以借助轮椅进行康复训练以及参加社会活动。其适用范围很广泛，在医院、家庭皆可使用。本课题是应用UG设计PLC控制轮椅，UG是一款设计软件，它的三维建模和虚拟装配的应用，为机械设计提供了很好的平台。本课题重点完成了轮椅的底座、轮子、轮椅架。同时三菱PLC为轮椅提供了良好的的自动化控制。
目录
引言 1
一、UG和PLC的简介 2
（一）UG的简介 2
（二）PLC的简介及选用 2
二、多功能轮椅的三维设计 3
（一）轮椅座体的设计 3
（二）轮椅大轮的设计 8
（三）轮椅小轮前叉的设计 9
（四）轮椅小轮的设计 9
（五）销的设计 10
三、多功能轮椅的虚拟装配 10
（一）大轮装配 10
（二）大轮销装配 11
（三）前叉装配 11
（四）小轮装配 12
（五）小轮销装配 12
（六）装配完成 12
四、多功能轮椅的硬件配置 13
（一）传感器的选用 13
（二）电机的选用 14
（三）液压缸的选用 14
（四）电磁阀的选用 14
五、多功能轮椅的PLC控制 15
（一）多功能轮椅的控制要求 15
（二）多功能轮椅的控制流程 15
（三）多功能轮椅的IO分配表 16
（四）多功能轮椅的部分程序及释义 16
总结 19
致谢 20
参考文献 21
引言
据统计，目前全世界的残障人士总数已经超过5亿，约占世界人口的10％左右，并且每年残障人士的人数仍在增长。多功能轮椅作为辅助障碍人士及残疾人士移动的设备，是残障人士的必备交通工具。普通的轮椅需要使用者有自理能力或者需要他人的帮助。
本课题介绍的多功能轮椅是用传感器作为PLC的输入来控制电机以及电磁阀的动作和复位，这样可以减少使用者对别人的依赖性。它是靠手动按钮和内部程序来控制的，具有良好的避障功能。 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
完成本课题的过程中运用了一些在校所学的知识，比如说UG建模、PLC编程控制和运用以，还结合了一些生活中的实际事例来提高它的使用率。 一、UG和PLC的简介
（一）UG的简介
UG（Unigraphics NX）为使用者的产品设计提供了数字话的模型和参考标准。对使用者建模的虚拟设计和实际生产的需求，提供了一个参考标准。
UG是一个交互式设计和生产系统，作用完善，可以实现复杂的造型建模以及对特殊曲面的处理。刚开始主要基于工作站而工作，由于电脑硬件的进步和使用者的不断增多，到现在为止已经成为设计领域的一大功臣。
UG系统是基于过程的工业及家庭用品设计环境，使产品的生产从三维建模到实际生产真正实现了数据的真正集成，所以对企业的产品的质量及造型有了一个全面的参考。该软件有很多实用型功能比如：实体建模、曲面建模、模型的虚拟装配过程等功能。而且，在产品的设计过程中能够对元件，机构，机构运动进行仿真模拟，提高设计的准确性。
（二）PLC的简介及选用
1、PLC的发展历史
可编程控制器（Programmble Controller）简称PC，多数书中还是沿用其旧称PLC。PLC是在计算机、通信和继电器控制等技术的基础上演变出来的，广泛应用于工业及家庭电子智能用品控制领域。它以小型CPU为核心，用设定的程序进行控制包括定时控制，能够计数和算术运算等，并通过模拟和数字量的转换来控制设备运作过程。
2、PLC的特点
a、性能可靠
PLC用软件代替继电器，只保留输入和输出的少量硬件，减少了因硬件而引起的问题。
b、编程容易
使用梯形图编程，同时PLC可以远程通信控制，也可根据现场情况，利用便携式编程器，在生产现场边调试边修改程序，以适应实际需要。
c、实现标准化
PLC产品已经标准化，开发商为用户配备了齐全的I/O模块和配套部件。当需要改变时，只需要改变相应的程序就可以了。
d、运行速度快
由于PLC的控制是由程序控制执行的，因而不论其可靠性还是运行速度，都是继电器逻辑控制无法相比的。
3、PLC的选型
a、按结构形式可分为整体式PLC、模块式PLC和叠装式PLC；
b、按输入、输出点数分类如表11
表 11 PLC按输入、输出点数分类表
类型
I/O点数
微型
〈64
小型
64128
中型
128512
大型
5128192
超大型
〉8192
本课题选用的是三菱FX2N48MT的PLC，三菱PLC中FX2N系列是小形化高速度，高性能所有方面都是FX系列中最高档次的超小程序装置。由于FX2N系列具备了一下特点：包括了PLC的全部基本功能、速度更快、通信功能更强大、适合不同的电源输入还有大量的特殊功能模块。
二、多功能轮椅的三维设计
（一）轮椅座体的设计
1、打开UG，新建文件，进入“草图”界面，利用“圆弧”命令画一个半径为50的圆弧，完成草图。然后使用“偏置”命令向X方向偏置2mm，“直线”命令将两个圆弧连接。接着用“拉伸”命令将曲线向上拉伸38mm。如图21所示。
图 21 靠背建模
2、进入草图模式在XZ平面以小圆弧起点为端点作出一个长40mm,宽15mm的矩形。完成草图。然后用“拉伸”命令对矩形向Y方向拉伸2.5mm，布尔为求和。然后在X轴方38mm处用“直线”作出相同尺寸的矩形，然后拉伸、布尔求和。如图22所示。
图 22 扶手建模
3、将两个矩形直线连接，然后进行“拉伸”操作。底座完成如图23所示。
图 23 底座拉伸
4、将矩形向X方向“偏置”3mm，将得到的新矩形向y方向“拉伸”2.5mm，布尔求差，对边做同样操作，如图24所示。
目录
引言 1
一、UG和PLC的简介 2
（一）UG的简介 2
（二）PLC的简介及选用 2
二、多功能轮椅的三维设计 3
（一）轮椅座体的设计 3
（二）轮椅大轮的设计 8
（三）轮椅小轮前叉的设计 9
（四）轮椅小轮的设计 9
（五）销的设计 10
三、多功能轮椅的虚拟装配 10
（一）大轮装配 10
（二）大轮销装配 11
（三）前叉装配 11
（四）小轮装配 12
（五）小轮销装配 12
（六）装配完成 12
四、多功能轮椅的硬件配置 13
（一）传感器的选用 13
（二）电机的选用 14
（三）液压缸的选用 14
（四）电磁阀的选用 14
五、多功能轮椅的PLC控制 15
（一）多功能轮椅的控制要求 15
（二）多功能轮椅的控制流程 15
（三）多功能轮椅的IO分配表 16
（四）多功能轮椅的部分程序及释义 16
总结 19
致谢 20
参考文献 21
引言
据统计，目前全世界的残障人士总数已经超过5亿，约占世界人口的10％左右，并且每年残障人士的人数仍在增长。多功能轮椅作为辅助障碍人士及残疾人士移动的设备，是残障人士的必备交通工具。普通的轮椅需要使用者有自理能力或者需要他人的帮助。
本课题介绍的多功能轮椅是用传感器作为PLC的输入来控制电机以及电磁阀的动作和复位，这样可以减少使用者对别人的依赖性。它是靠手动按钮和内部程序来控制的，具有良好的避障功能。 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
完成本课题的过程中运用了一些在校所学的知识，比如说UG建模、PLC编程控制和运用以，还结合了一些生活中的实际事例来提高它的使用率。 一、UG和PLC的简介
（一）UG的简介
UG（Unigraphics NX）为使用者的产品设计提供了数字话的模型和参考标准。对使用者建模的虚拟设计和实际生产的需求，提供了一个参考标准。
UG是一个交互式设计和生产系统，作用完善，可以实现复杂的造型建模以及对特殊曲面的处理。刚开始主要基于工作站而工作，由于电脑硬件的进步和使用者的不断增多，到现在为止已经成为设计领域的一大功臣。
UG系统是基于过程的工业及家庭用品设计环境，使产品的生产从三维建模到实际生产真正实现了数据的真正集成，所以对企业的产品的质量及造型有了一个全面的参考。该软件有很多实用型功能比如：实体建模、曲面建模、模型的虚拟装配过程等功能。而且，在产品的设计过程中能够对元件，机构，机构运动进行仿真模拟，提高设计的准确性。
（二）PLC的简介及选用
1、PLC的发展历史
可编程控制器（Programmble Controller）简称PC，多数书中还是沿用其旧称PLC。PLC是在计算机、通信和继电器控制等技术的基础上演变出来的，广泛应用于工业及家庭电子智能用品控制领域。它以小型CPU为核心，用设定的程序进行控制包括定时控制，能够计数和算术运算等，并通过模拟和数字量的转换来控制设备运作过程。
2、PLC的特点
a、性能可靠
PLC用软件代替继电器，只保留输入和输出的少量硬件，减少了因硬件而引起的问题。
b、编程容易
使用梯形图编程，同时PLC可以远程通信控制，也可根据现场情况，利用便携式编程器，在生产现场边调试边修改程序，以适应实际需要。
c、实现标准化
PLC产品已经标准化，开发商为用户配备了齐全的I/O模块和配套部件。当需要改变时，只需要改变相应的程序就可以了。
d、运行速度快
由于PLC的控制是由程序控制执行的，因而不论其可靠性还是运行速度，都是继电器逻辑控制无法相比的。
3、PLC的选型
a、按结构形式可分为整体式PLC、模块式PLC和叠装式PLC；
b、按输入、输出点数分类如表11
表 11 PLC按输入、输出点数分类表
类型
I/O点数
微型
〈64
小型
64128
中型
128512
大型
5128192
超大型
〉8192
本课题选用的是三菱FX2N48MT的PLC，三菱PLC中FX2N系列是小形化高速度，高性能所有方面都是FX系列中最高档次的超小程序装置。由于FX2N系列具备了一下特点：包括了PLC的全部基本功能、速度更快、通信功能更强大、适合不同的电源输入还有大量的特殊功能模块。
二、多功能轮椅的三维设计
（一）轮椅座体的设计
1、打开UG，新建文件，进入“草图”界面，利用“圆弧”命令画一个半径为50的圆弧，完成草图。然后使用“偏置”命令向X方向偏置2mm，“直线”命令将两个圆弧连接。接着用“拉伸”命令将曲线向上拉伸38mm。如图21所示。
图 21 靠背建模
2、进入草图模式在XZ平面以小圆弧起点为端点作出一个长40mm,宽15mm的矩形。完成草图。然后用“拉伸”命令对矩形向Y方向拉伸2.5mm，布尔为求和。然后在X轴方38mm处用“直线”作出相同尺寸的矩形，然后拉伸、布尔求和。如图22所示。
图 22 扶手建模
3、将两个矩形直线连接，然后进行“拉伸”操作。底座完成如图23所示。
图 23 底座拉伸
4、将矩形向X方向“偏置”3mm，将得到的新矩形向y方向“拉伸”2.5mm，布尔求差，对边做同样操作，如图24所示。
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