دسته: بانک اطلاعات صندلی چرخدار الكتریكی وسیله مناسبی برای كمك به افرادی است كه از ناتواناییهای حاد حركتی رنج می برند و به آنها تا حد زیادی استقلال می دهد در این پروژه یك صندلی چرخدار با نیروی رانش الكتریكی كه كاربر توسط جوی استیك آنرا هدایت می كند، ساخته شد با بررسی های مختلف خواهیم دید كه موتور مناسب برای این منظور، موتور DC مغناطیس دائم است كه به منظور استفاده در
قیمت فایل فقط 7,900 تومان
صندلی چرخدار الكتریكی
چكیده
صندلی چرخدار الكتریكی وسیله مناسبی برای كمك به افرادی است كه از ناتواناییهای حاد حركتی رنج می برند و به آنها تا حد زیادی استقلال می دهد. در این پروژه یك صندلی چرخدار با نیروی رانش الكتریكی كه كاربر توسط جوی استیك آنرا هدایت می كند، ساخته شد. با بررسی های مختلف خواهیم دید كه موتور مناسب برای این منظور، موتور DC مغناطیس دائم است كه به منظور استفاده در صندلی چرخدار الكتریكی طراحی شده است. منبع انرژی دو عدد باتری سرب- اسید 12 V, 60 Ah انتخاب شد و مدار تحریك موتور برشگر PWM می باشد كه در آن عمل برشگری توسط ماسفت انجام می گیرد. برای كنترل سیستم ابتدا پایداری دینامیك ثابت آنرا با استفاده از ماتریسهای تبدیل دوران، در حالت كلی بررسی كرده و سپس یك مدار خطی از مجموعه را در نظر گرفتن پارامترهای شخص راننده ارائه كردیم. با وجود همه ساده سازیهای ممكن خواهیم دید كه مدل به دست آمده از پیچیدگی زیادی برخوردار است و برای كنترل حلقه بسته آن باید از روشهای پیشرفته كنترل وفقی مبتنی بر شبكه های عصبی و منطق فازی استفاده كرد. در صورت عدم استفاده از كنترل حلقه، بسته، هدایت صندلی در محیطهایی با موانع زیاد، با دشواری همراه خواهد بود.
فهرست مطالب
| عنوان | صفحه |
فصل اول- مقدمه |
|
فصل دوم- بررسی صندلی چرخدار |
|
| مقدمه |
|
| 1-2- اجزاء صندلی چرخدار |
|
| 1-1-2- سیستم رانش |
|
| 3-1-2- چرخها |
|
| 4-1-2- اسكلت بندی |
|
| 2-2- انواع صندلی چرخدار |
|
| 3-2- ابعاد استاندارد صندلی چرخدار |
|
| 4-2-پارامترهای مهم در انتخاب صندلی چرخدار |
|
| 5-2-نكات مهم در انتخاب صندلی چرخدار |
|
| 6-2-مشخصات صندلی چرخدار الكتریكی |
|
| 1-6-2-روشهای هدایت صندلی چرخدار الكتریكی |
|
| 2-6-2-روشهای هدایت صندلی چرخدار الكتریكی |
|
| 7-2-موارد استفاده از صندلی چرخدار |
|
| 8-2-موارد عدم استفاده از صندلی چرخدار |
|
| خلاصه |
|
| فصل سوم- انتخاب ادوات مورد نیاز |
|
| مقدمه |
|
| 1-3-صندلی چرخدار |
|
| 2-3- موتور الكتریكی |
|
| 1-2-3-باتریك نیكل- كادمیوم |
|
| 2-3-3- باتری سرب- اسید |
|
| 4-3- مدار كنترل سرعت |
|
| 5-3- انتخاب المال سوئیچ |
|
| 6-3- انتخاب وسیله هدایت |
|
| خلاصه |
|
فصل چهارم- طراحی كنترل كننده |
|
| مقدمه |
|
| 1-4- پروتكل هدایت صندلی بر اساس حركت صندلی چرخدار |
|
| 2-4- رابطه بین سرعت خط |
|
| 3-4- بررسی دینامیك ثابت صندلی چرخدار |
|
| 4-4- بررسی كنترل حلقه بسته |
|
| 4-5- روشهای كنترل صندلی چرخدار الكتریكی |
|
| 1-5-4- كنترل كننده های قابل تنظیم |
|
| 2-5-4- كنترل با سنسورها یا همكار |
|
| 3-5-4- كنترل تحمل پذیر خطا |
|
| 6-4- سازگاری الكترومغناطیسی |
|
فصل پنچم |
|
| مقدمه |
|
| روشهای ساخت مدار |
|
| 1-5-پیاده سازی به روش آنالوگ |
|
| 1-1-5- كنترل كننده PWM |
|
| 2-1-5- محاسبه جریان گیت ماسفت |
|
| 3-1-5- انتخاب فركانس برشگری |
|
| 4-1-5- استخراج پارامترهای موتور ANCN7152 |
|
| 5-1-5- ساختن ولتاژ منفی از ولتاژ مثبت |
|
| 2-5- پیاده سازی به روش دیجیتال |
|
| 1-2-5- روشهای سنجش شارژ باتری |
|
| 2-2-5- ساخت منبع تغذیه منفی |
|
| خلاصه |
|
فصل ششم- نتایج آزمایشات |
|
| فصل هفتم- نتیجه گیری و پیشنهاداتی برای ادامه كار |
|
| مراجع |
|
| ضمیمه (1)- نرم افزار هدایت صندلی چرخدار |
|
| ضمیمه (2)- برنامه ثبت و تحلیل داده ها برای تعیین |
|
| ضمیمه (3)- گاتالوگ موتور ANCN7152 |
|
| ضمیمه (4)- گاتالوگهای 8951 و TL494 |
|
فهرست شكلها
| شكل | صفحه |
شكل (2-1): نمودار ابعاد اساسی صندلی چرخدار |
|
شكل (1-3): تصاویر تقربی صندلی چرخدار از زوایای مختلف |
|
شكل (2-3): نمای چرخ عقب و متعلقات آن |
|
| شكل (3-3) نیروهای وارد شده به محور چرخ |
|
| شكل (4-3): نیروهای وارد شده به صندلی چرخدار در سطح شیبدار |
|
| شكل (5-3): برشگر كاهنده با بار اهمی |
|
| شكل (6-3): تقسیم بندی برشگرها |
|
| شكل (7-3): برشگر كلاس B |
|
| شكل (8-3): برشگر كلاس C |
|
| شكل (9-3): برشگر كلاس D |
|
| شكل (10-3): برشگر كلاس E |
|
| شكل (11-3): كنترل دو جهته دور موتور DC با رله SPDT |
|
| شكل (12-3): نمای مداری GTO |
|
| شكل (13-3): نمای مداری ماسفت كانال N |
|
| شكل (14-3): نمای مداری IGBT |
|
| شكل (1-4): چرخهای صندلی عقب صندلی چرخدار |
|
| شكل (2-4): نیروهای وارد شده به مركز جرم |
|
| شكل (3-4): دستگاه مختصات صندلی چرخدار |
|
| شكل (4-4): دیاگرام بلوكی سیستم صندلی چرخدار الكتریكی با كنترل انسان |
|
| شكل (5-4): سینماتیك صندلی چرخدار |
|
| شكل (6-4): دیاگرام بلوكی دیاگرام بلوكی كامل شده شكل (4-4) |
|
| شكل (1-5): جمع كننده و تفریق كننده آنالوگ |
|
| شكل (2-5): پیاده سازی تابع قدر مطلق با پل دیودی |
|
| شكل (3-5): یكسوساز نیم موج ایده آل |
|
| شكل (4-5): یكسوساز تمام موج ایده آل |
|
| شكل (5-5): نحوه تضعیف سیگنال خروجی جمع كننده |
|
| شكل (6-5): نحوه تضعیف سیگنال خروجی تفریق كننده |
|
| شكل (7-5): نحوه بافر كردن خروجی جوی استیك |
|
| شكل (8-5): تراشه TL494 |
|
| شكل (9-5): جریانهای كشیده شده توسط گیت هنگام روشن شدن |
|
| شكل (10-5): روشن شدن ماسفت با مقاومت |
|
| شكل (11-5): روشن شدن ماسفت با مقاومت ترانزیستور |
|
| شكل (12-5): مدار تحریك ماسفت |
|
| شكل (13-5): ولتاژ و جریان سوئیچ در حال روشن شدن |
|
| شكل (14-5): روشن پاسخ پله برای استخراج |
|
| شكل (15-5): اعمال ولتاژ پله به موتور |
|
| شكل (16-5): پاسخ پله به موتور |
|
| شكل (17-5): مدار معادل الكتریكی برای موتور DC |
|
| شكل (18-5): پاسخ فركانس جریان آرمیچر و سرعت موتور |
|
| شكل (19-5): تنظیم دوره كار توسط TL494 |
|
| شكل (20-5): ساخت منبع تغذیه منفی |
|
| شكل (21-5): شكل موجهای رگولاتور باك- بوست |
|
| شكل (22-5): تنظیم فركانس و دوره كار توسط IC 555 |
|
| شكل (23-5): نمای شماتیك مدار دیجیتال |
|
| شكل (24-5): نمودار گردشی برنامه نرم افزاری |
|
| شكل (25-5): تبدیل ولتاژ به جریان |
|
| شكل (26-5):ساخت منبع تغذیه منفی در مدار دیجیتال |
|
فهرست جداول
| جدول | صفحه |
جدول (1-2): ابعاد استاندارد صندلی چرخدار |
|
| |
فصل اول
مقدمه
معلولیت دگرگونیهایی از نظر آناتومی و فیزیولوژی در بدن فرد ایجاد می كند كه در یك مقطع شخص بیمار محسوب می شود ولی بعد از درمان، علی رعم داشتن ضایعه، باید تا حد امكان زندگی طبیعی داشته باشد. وسایل كمكی در این بین نقش مهمی دارند. از جمله این وسایل كمكی، صندلی چرخدار است كه در صورت استفاده و تجویز درست، وسیله مناسبی برای دادن كمكهای حركتی به افراد معلولیت دار بوده و به آنها در انجام امور شخص تا حد زیادی استقلال می دهد. صندلی چرخدار دارای انواع و اقسام مختلفی است كه بسته به نوع و میزان معلولیت فرد و شرایط دیگر تجویز می شود. [1]. صندلی های چرخدار در یك سیستم تقسیم بندی به دو گروه كه در یكی نیروی محركه توسط انسان و در دیگری از طریق یك موتور سوختی یا الكتریكی تأمین می گردد. هدف در این پروژه طراحی و ساخت صندلی چرخدار الكتریكی می باشد. صندلی چرخدار الكتریكی نخستین بار در اوایل قرن بیستم اختراع شد [2]. اما به دلیل مشكلاتی كه وجود داشت مصرف عمومی پیدا نكرد. در دهه 1940 استفاده از باتری اتومبیل و موتورهای استارتر، امكان ساخت صندلیهای ساده تری را فراهم كرد. البته سیستم های اولیه فقط با یك سرعت حركت می كردند. كمی بعد با استفاده از روشهای مكانیكی مثل كلاچ، امكان كنترل سرعت برای صندلیها ایجاد شد. از دهه 1960 به بعد استفاده از ترانزیستور دو قطبی[1] دو طراحی كنترل كننده های سرعت ایمنی صندلیها بسیار بالا رفت. در حال حاضر از ماسفت قدرت [2] برای كنترل سرعت موتورهای DC در صندلی چرخدار الكتریكی استفاده می شود. علی رغم سابقه زیاد صندلی چرخدار الكتریكی در دنیا، این وسیله تاكنون در ایران ساخته نشده است. هدف پروژه آغاز گاهی در این مسیر می باشد. البته وسیله ای كه ساخته شد در ظاهر یك صندلی چرخدار الكتریكی نیست ولی با توجه به مطالعات و بررسی های انجام شده، می توان در زمانی كوتاه روشهای به كار رفته در این پروژه را برای ساخت صندلی چرخدار الكتریكی عملی به كار برد. در فصل دوم توضیحاتی كلی در مورد صندلی چرخدار و مشخصات آن از نظر ابعاد، استحكام و غیره آورده شده است. در تجویز صندلی چرخدار نكات متعددی باید در نظر گرفته شود كه وزن، ابعاد صندلی و چرخها از آن جمله است. صندلی چرخدار از چند جزء اصلی تشكیل شده است كه شامل سیستم نگهدارنده بدن، سیستم رانش، چرخها و اسكلت بدنه می باشد [14]. در این فصل در مورد مشخصات صندلیهای چرخدار الكتریكی و نكاتی كه در طراحی آنها باید مد نظر قرار داد، توضیح داده شده است. از جمله این نكات مهم حداكثر سرعت، شیب مسیر، نحوه اتصال موتور و باتریها به صندلی و منبع تغذیه است. صندلی چرخدار الكتریكی را می توان با روشهای دستی و در صورتی كه ممكن نباشد با روشهای غیر دستی كنترل نمود. از روشهای كنترل غیر دستی می توان كنترل چانه كنترل زبان لبها یا دندان، كنترل بر اساس دمیدن و مكیدن كنترل صوتی نام برد.
فصل سوم در مورد انتخاب ادوات مورد نیاز می باشد. خود صندلی چرخدار مهمترین قسمت است. به دلایل مختلف به جای صندلی چرخدار استاندارد مدلی از آن ساخته شد. این مدل شامل یك صفحه فلزی است كه در زیر آن چهار چرخ نصب شده است. دو چرخ عقب آن نقش انتقال نیرو و هدایت كننده را دارند و دو چرخ جلو هرزگرد هستند. جزئیات مربوط به انتخاب قسمتهای مكانیكی شامل بلبرینگ[3]. چرخها و نحوه انتقال نیرو از موتور به چرخها و غیره كاملاً توضیح داده شده است. بعد از قسمتهای مكانیكی، نوبت به انتخاب موتور الكلتریكی می رسد. در این زمینه بررسی های متعددی انجام گرفت و در نهایت موتور DC خاص صندلی چرخدار برای این منظور انتخاب گردید. این موتور در حجم كم توان بالایی دارد و در طراحی آن حجم و وزن از مهمترین پارامترها بوده اند. جعبه دنده[4] نصب شده بر روی موتور سرعت آن را تا حد مورد نیاز كاهش داده و به حدود 500 دور در دقیقه رسانیده است. با محاسبه توان مورد نیاز برای حركت صندلی با سرعت m/s3 و وزن Kg150 خواهیم دید كه توان یك موتور به این منظور كافی نبوده و ناچاریم كه از دو موتور استفاده كنیم كه علاوه بر داشتن توان كافی، مزایای دیگری نیز خواهد داشت. موتور یك مبدل انرژی الكتریكی به مكانیكی است ؛ بنابراین باید منبع انرژی الكتریكی همراه موتور باشد. با این توضیح مشخص است كه باید از باتری به این عنوان استفاده كنیم. در این فصل، باتریهای قابل شارژ مجدد مانند نیكل- كادمیوم و سرب- اسید بررسی كنیم. در این فصل باتریهای قابل شارژ مجدد آنها و همچنین محافظتهای مورد نیاز، توضیح داده شده است. قسمت بعدی مدار تحریك است كه با كنترل كاربر، انرژی را از باتری گرفته و به موتور منقل می كند. از آنجا كه موتور از نوع DC بود و منبع تغذیه نیز DC است. بنابراین مدار تحریك از نوع DC/DC خواهد بود. مبدل [5]DC/DC اصطلاحاً برشگر[6] نامیده می شود. برشگرها با قطع و وصل ولتاژ DC ثابت بر روی بار، متوسط ولتاژ دو سر بار را تغییر می دهند كه این عمل باید توسط یك عنصر قدرت انجام گیرد. به این منظور المانهای مختلف بررسی شدند و در نهایت از ماسف قدرت استفاده كردیم. در ادامه انواع مختلف برشگرها بررسی شده و نوع مناسب انتخاب گردیده است. خاصیت مهمی كه بعضی از انواع برشگرها دارند این است كه وقتی بار آنها موتور DC است هنگام كاهش سرعت و یا توقف كامل می تواند انرژی جنبی ذخیره شده موتور را به منبع DC بازگردانند. به این خاصیت بازیابی انرژی [7] گفته می شود.این عمل باعث افزایش راندمان، مجموعه می گردد. با بررسی این موضوع خواهیم دید كه به دلایل مختلف، میزان انرژی تحویل شده به منبع در مقابل پیچیدگی مدار، ناچیز است. بنابراین از انجام این كار صرف نظر خواهد شد. با در نظر گرفتن این فرض كه كاربر فردی نیمه فلج و یا كاملاً مفلوج است، برای هدایت صندلی از جوی استیك[8] استفاده كردیم. جوی استیك ازدو مقاومت متغیر تشكیل شده است كه مقدار مقاومت یكی از آنها با حركت جوی استیك در راستای جلو و عقب، از صفر تا حداكثر تغییر می كند و مقاومت دیگر همین عمل را در جهت چپ و راست انجام می دهد. در فص چهارم در مورد تعریف چگونگی حركت صندلی چرخدار با توجه به حركت جوی استیك، توضیحاتی آورده شده است.
فصل چهارم در مورد كنترل صندلی چرخدار الكتریكی می باشد. در ابتدا پروتكل حركت صندلی بر اساس حركت جوی استیك بیان شده و سپس روابطی كه با استفاده از آن می توان سرعت خطی و سرعت زاویه ای صندلی را بر حسب دور موتورها بدست آورد، معرفی شده اند. در ادامه دینامیك ثابت [9] صندلی چرخدار الكتریكی مورد بررسی قرار گرفته است و حداكثر سرعت خطی صندلی چرخدار برای آنكه پایداری آن حول محور x (راستای حركت) حفظ شود، بدست آمده است. این بررسی در حالت كلی است و با استفاده از ماتریسهای دوران، شیب مسیر در جهت های مختلف را در نظر می گیرد. در ادامه این فصل، با كوچك فرض كردن تغییرات، یك مدل خطی از سیستم صندلی چرخدار الكتریكی با در نظر گرفتن هدایت انسان، ارائه می كنیم. در این سیستم خطی، ورودی، مسیر دلخواه شخص و خروجی، نوسانات مجموعه حول محور x (راستای حركت) می باشد. همانطور كه خواهیم دید این سیستم پیچیدگی زیادی خواهد داشت؛ بنابراین در صندلیهای پیشرفته جدید، كنترل كننده های وفقی [10]كه با استفاده از شبكه های عصلی و منطق فازی طراحی می شوند، كاربرد فراوان دارند. در پایان فصل در مورد سازگاری الكترومغناطیسی [11] و استانداردهای مربوط به صندلی چرخدار الكتریكی در این زمینه، توضیحاتی آورده شده است.
در فصل پنجم طراحی قسمتهای مختلف توضیح داده شده است. طراحی مدار برشگر PWM و بخش مهمی از این فصل را تشكیل می دهد. مدار برشگر شامل مولد سیگنال PWM و اعمال آن به ماسفتها می باشد. انتخاب فركانس برشگری بسیار مهم است چرا كه پایین بودن فركانس، باعث افزایش تلفات در موتور می شود. با استخراج پارامترهای موتور توسط آزمایشهای مختلف و سپس مدل كردن موتور توسط Pspice فركانس برشگری با دقت مناسب، 25 Hz انتخاب شده است. ماسفت اگرچه در حالت پایدار جریانی از گیت نمی كشد، ولی در هنگام روشن و خاموش شدن سریع، جریان قابل ملاحظه ای باید به گیت تزریق و یا از آن كشیده شود. نحوه طراحی مداری برای تأمین این جریانهای لحظه ای، توضیح داده شده است. مجموعه مدار تحریك را می توان به صورت آنالوگ یا دیجیتال و یا تركیبی از آنالوگ و دیجیتال پیاده سازی نمود. در قسمت برشگر PWM به علت بالا بودن فركانس برشگری و در مقابل پایین بودن سرعت میكروكنترلرهای معمولی استفاده از مدار آنالوگ مناسب تر است؛ ولی تشخصی فرمان جوی استیك و تصمیم درمورد سرعت و جهت حركت هر یك از موتورها را می توان توسط مدارهای آنالوگ و یا دیجیتال طراحی نمود كه هر یك از این دو مدار مزایا و معایبی دارند كه توضیج داده خواهند شد. برای تولید سیگنال PWM از تراشهTL 949 استفاده شده است. این تراشه در ساخت منابع تغذیه سوئیچنگ كاربرد فراوان دارد. فركانس سیگنال PWM با یك خازن یك مقاومت تعیین شده و سیكل وظیفه[12] با یك سطح DC تعیین می شود. در مدار دیجیتال میكروكنترولر 8951 كه از خانواده 8031 است استفاده كردیم. مزیت 8951 در این است كه دارای EEPROM داخلی است و نوشتن و پاك كردن برنامه به سادگی مكان پذیر است و نیازی به اشعه ماورای بنفش دارد. در ادامه در مورد نشان دادن وضعیت شارژ باتری توضیح داده ایم. در انتها مقایسه ای بین مدار دیجیتال و آنالوگ انجام شده است.
معلولیت دگرگونی هایی از نظر آناتومی و فیزیولوژی در بدن فرد ایجاد می كند كه در یك مقطع شخص بیمار محسوب می شود. ولی بعد از درمان فردی است كه علیرغم داشتن ضایعه باید زندگی طبیعی داشته باشد. صندلی چرخدار وسیله خوبی برای كمكهای فیزیكی به افراد معلولیت دار می باشد و به آنها در انجام امور شخصی خود تا حد زیادی استقلال می دهد . صندلی چرخدار افزایش كارآیی فرد باعث عارضه یا عوارض احتمالی نشود. به دلیل اشكالات موجود در صندلیهای چرخدار فعلی، استفاده كنندگان دچار عوارض مختلفی می شوند. به عنوان مثال تقریباً نیمی از افرادی ك به طور مداوم از صندلی چرخدار با نیروی رانش خود شخص استفاده می كنند از درد در مفاصل شانه شكایت دارند [10] تحقیقات وسیعی در زمینه طراحی صندلی چرخدار و چگونگی ارتباط آن با كاربر در حال انجام است تا ایمنی تكنولوژی صندلی چرخدار افزایش یابد. [1].
1-اجزاء صندلی چرخدار
یك صندلی چرخدار از چهار جزء اساسی به شرح زیر تشكیل شده است:
1-1- سیستم نگهدارنده بدن
1-2- سیستم رانش
1-3- چرخها
1-4- اسكلت بدنه
1-1-سیستم نگهدارنده بدن:
این سیستم از قسمتهایی تشكیل شده است كه یا بدن روی آنها به طور مستقیم تكیه می كند و یا نگهدارنده بدن هستند. مثل تكیه گاه پشت، محل نشستن، تكیه گاه ساعد و دست، تكیه گاه ساق و زیرپایی.
1-2-سیستم رانش:
این سیستم خود از سیستم های محرك، هدایت و ترمز تشكیل می شود.
1-2-1-سیستم محرك:
این سیستم شامل منبع تولید نیرو، وسائل كنترل نیرو، انتقال نیرو و چرخهای رانش می باشد.
جهت دریافت فایل صندلی چرخدار الكتریكی لطفا آن را خریداری نمایید
قیمت فایل فقط 7,900 تومان
برچسب ها : صندلی چرخدار الكتریكی , طرح توجیهی صندلی چرخدار الكتریكی , دانلود صندلی چرخدار الكتریكی , برق , اجزاء صندلی چرخدار , كنترل با سنسورها یا همكار , سازگاری الكترومغناطیسی , موارد عدم استفاده از صندلی چرخدار , روشهای كنترل صندلی چرخدار الكتریكی , , , , صندلی چرخدار , چرخدار الكتریكی , , دانلود طرح توجیهی , پروژه دانشجویی , دانلود پژوهش , دانلود تحقیق , پایان نامه
