多功能智能小车的基本三维设计

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2 e# v6 H$ _4 D    目前，我国人口老龄化形势越发严峻。人口老龄化，是指60岁以上的老年人口或65岁以上的老年人口在总人口中的比例超过10%或7%。据民政部《2013年社会服务发展统计公报》显示，截至2013年底，我国60岁及以上老年占总人口的14.9%。这表明，我国已进入并将长期处于老龄社会，人口老龄化成为我们亟须高度关注的课题。加快推进和深入开展人口老龄化相关研究，是积极应对人口老龄化挑战的题中应有之义。
    同时，据第二次全国残疾人抽样调查数据推算，中国目前各类残疾人总数为8296万人，占全国人口总数的6.34%。其中，视力残疾人1233万，听力残疾人2004万，言语残疾人127万，肢体残疾人2412万，智力残疾人554万，精神残疾人614万，多重残疾人1352万。各类残疾人中共有重度残疾人2457万。有残疾人的家庭为7050万户，其中有2个以上残疾人的家庭为876万户。
  b2 L+ ?- g, t0 N9 Q    针对以上情况，我们团队从理论到实践、从宏观到微观等多个角度进行研究分析，从小处着手，想设计一种多功能智能小车，方便老人们和一些行动不方便的残疾人在生活中使用。比如，小车可以帮助老年人和残疾人打扫垃圾、导盲引路、清扫灰尘等等。同时，给小车增添了检测煤气、检测水管漏水、检测烟雾浓度等功能，从而从多方面保证了老年人和残疾人的安全。
' K& \: r: a2 N, V    我们设计制作这个多功能智能小车主要是基于当代社会人口老龄化加剧，需要机器人帮助解决一些生活问题。它采用两驱三轮机构，两驱动轮各由一个直流电机控制，大大增加了车体的灵活性。充分利用空间，将电机转动通过锥齿轮转化为轮子运动，结构简单稳定。它以80C51单片机作为检测和控制核心，采用红外光电传感器、以及颜色传感器对物体所在位置进行精准定位。采用超声波传感器进行避障。
    在设计过程中我们综合考虑了导盲、检测、报警等多种情况，目的是为了让小车的功能多样化，更加具有实用价值和使用价值。为了使多功能智能小车在现有基础上增添更多的功能，我们在小车模型中加入了自动避障的功能。
    我们在生活中要学会发现问题，并且努力尝试解决生活中各种各样的问题，这样我们的社会才会进步，我们的生活水平才会有更大的提高。我们设计的多功能智能小车系统能够比较顺利的实现一些简单的功能，从而使人们的生活效率得以提高。同时，小车能够自动检测周围的环境条件，从而能在事故发生的情况下及时花丛模型库3dsource.cn/design/detail/product1-SITE131117074605055.html，保证了老年人和残疾人的安全。推广使用将大大改善当前人口老龄化带来的一些弊端。
   （含设计原理、设计方案等，字数不超过3000字）
    驱动电机的选择计算分析
2 t1 @+ w# e- J# _  o; }$ N; C% R    转速的分析：
    假设小车车轮的转速n1=46rpm，
* M  U/ @, o0 S/ e' c    传动齿轮的传动比i=2，
9 n) [3 M- d3 t" A. ?5 S. v    则主动轮的转速n2=n1 i，则n2=92rpm。
    电源电压为12伏，由电机参数表知，所选电机满足转速的要求。
    扭矩的分析：
3 U7 b9 A! S& `    车轮的负载是车轮与地面之间的摩擦阻力矩。
+ ?- {! a5 ]  k. Y0 s    通过称量车轮的质量近似m=1kg，压力F=m*g=9.8N，
    查表的铝合金与木板之间的摩擦因数μ=0.17，摩擦力f=μ F=1.6N，
+ W. ]- V9 y3 A8 |/ n    车轮的半径为4cm则力臂L=4cm，
# r7 O' ?" i% r5 F, m" {    因此根据公式M=F?L，
0 V4 q7 N5 W, v    则摩擦阻力矩M1=6.4N.cm=0.65kg.cm。
( A. T0 h, ~: n; x$ Q3 u8 p# s    这是从动轮的摩擦阻力矩，
    传动比i=2，
    传动齿轮减速增扭，反过来从动轮对主动轮则为增速减扭，则主动轮的扭矩M2=M1/i=0.325kg.cm。
; g7 K( D$ i1 ?( k4 n0 @+ s8 w) l& W    当转速为为96rpm时电机的最大工作扭矩M=0.4kg.cm>M2。转速和扭矩都符合要求，因此该电机选择合适。
    传动齿轮校核
/ ~  h0 r" }, K7 S    齿面接触疲劳强度计算
. ~8 n1 D# e! M" s2 w' C; l    z1=20,z2=i z1=2 20=40,估计vm≈0.1m/s,查表选9级精度。
    使用寿命KA：查表KA=1.0,
& i7 `+ w% U! ^4 R    动载系数KV：查表KV=1.17,
    齿间载荷分配系数KHα：(查表估计KA*Ft/b<100N/mm)
0 K1 S1 d' G$ i; \4 ~: |    cosδ1= = =0.89
1 ~: P1 K, b( p" U    cosδ2= = =0.45
% f  j. }( r, C8 q& w; ]$ o0 N    zv1= =20/0.89=22.47
) m  \, G( f. B+ H& v7 p/ _5 o; y    zv2= =40/0.45=88.88
    =[1.88-3.2( + )]cosβ=1.88-3.2 ( + )=1.70
    = = ,求得 =0.51
+ h8 y( X: t% V    = = ,得 =3.84。
    齿向载荷分布系数 ：查表，取 =1.9 。
& k! ~  `% Q6 Y. d    载荷系数K;
9 U& B2 [# y8 I: a* s9 k6 t, ~1 @    K=KAKV =1 1.17 3.84 1.9=8.53
% x/ U! C. P2 k1 d7 A/ X. C4 P    我们设计制作这个多功能智能小车主要是基于当代社会人口老龄化加剧，需要机器人帮助解决一些生活问题。它采用两驱三轮机构，两驱动轮各由一个直流电机控制，大大增加了车体的灵活性。充分利用空间，将电机转动通过锥齿轮转化为轮子运动，结构简单稳定。它以80C51单片机作为检测和控制核心，采用红外光电传感器、以及颜色传感器对物体所在位置进行精准定位。采用超声波传感器进行避障。
    为了能够满足使用方便这一原则，多功能智能小车使用了RE -35,REmax 21电机和航模电池。同时，通过单片机编程可以轻松地控制多功能智能小车实现所有的功能，方便了生活中的使用。
1 r$ `" e; |& y$ b! }    自动避障是指根据物体拥有的各种感官器件，对于外界的阻碍到物体的运动方向的障碍物做出各种躲避障碍的动作，并继续打断前的动作。通过此系统，可以实现小车的引路导盲功能，当小车前方有障碍物时，小车会改变原来的方向，自动改变路径，从而在一定程度上实现引路功能。
    火灾自动报警系统是由触发装置、火灾报警装置、联动输出装置以及具有其它辅助功能装置组成的，它具有能在火灾初期，将燃烧产生的烟雾、热量、火焰等物理量，通过火灾探测器变成电信号，传输到火灾报警控制器，并同时以声或光的形式通知着火层及上下邻层疏散，控制器记录火灾发生的部位、时间等，使人们能够及时发现火灾，并及时采取有效措施，扑灭初期火灾，最大限度的减少因火灾造成的生命和财产的损失，是人们同火灾做斗争的有力工具。
    火灾报警控制器是火灾自动报警系统的中枢，它接受信号并作出分析判断，一旦发生火灾，它立即发出火警信号并启动相应消防设备计算机技术的发展使传统的开关量多线制火灾自动报警系统已被模拟量总线制火灾自动报警系统总线制火灾自动报警系统所替代，目前技术颁式智能火灾自动报警系统也广泛应用。模拟量总线制火灾自动报警系统和颁智能火灾自动报警系统都是在计算机技术基础上发展起来的，都可以作为智能建筑的选用产品。
    创新点概述：
7 @% j% V: }. F* s$ P; R. ]    1.将所学知识做成实物，理论联系实际，学以致用，一定程度上解决了实际中的问题。
, y3 Y% e8 C4 I6 Y, e    2.改变传统保姆照顾老人和残疾人的方式，从而节约了人力物力，指明了社会前进的方向。
    3.多功能智能小车结构简单，操作方便，功能全面。
1 N7 B# E% ?1 e/ \  T* Y' |8 {0 Q6 h    4.多功能智能小车造价低廉，经济性较好。
, ^  m$ r5 j- J1 q    5.多功能智能小车可适合多种场合。
    功能概述：
/ T& H1 h. K6 D) ~4 G    1.能够实现引路的功能，避开大的障碍物，扫除小的障碍物。
    2.能够实现打扫垃圾和清扫灰尘的功能。
    3.能够自动运用算法，规划最佳路径。
) g$ g- J- d6 ?" t& D4 s    4.能够运用一些传感器，从而实现监控和自动报警的功能，比如检测煤气浓度、烟雾浓度、水管漏水来避免煤气泄漏、火灾、漏水等危及人身安全的事故。