臺灣博碩士論文加值系統

本研究主要開發手動輪椅的動力輔助套件，目的為提供手動輪椅適當的輔助推力，以便使用者輕巧的行駛於各種坡度與負載。主要構想為採用後置式第五輪動力輔助，以24V350W輪穀馬達為動力源系統。系統設計目標為：低成本，機構簡單，能以套件方式，在不改變手動輪椅原始架構的條件下，可輕易安裝於設置輪椅底盤。機構設計之性能目標為兼具輪椅之直行穩定性與轉向靈活性；進行動力輔助時，讓使用者感受輔助動力之可預測性與舒適性，並且保證安全性。
為了達成上述目標，本研究之工作項目包括動力輔助機構設計，車身穩定性分析，ADAMS動態模擬，動力輔助控制策略設計、以及實車驗證等。
本研究目前已經完成一種動力輔助套件機構與控制系統之設計與試作。利用加速度做為輔助需求之門檻，使用當下車速判斷輔助力的量，並以達成省力之效果。此動力輔助系統機構設計與控制策略，都經過實驗驗證功能與可行性。



關鍵詞: 輪椅、動力輔助、卡爾曼濾波器

This thesis is aimed at development of a power assisted system for manual wheelchairs. The system is designed to provide an appropriate auxiliary thrust to the manual wheelchair under all operation conditions. This is to make the wheelchair more convenient for use under various loads. The main idea is to designed a rear fifth wheel to provide assistant power. Here, a 24V350W wheel hub motor is used as the as the power source.
The goals for the system design are: simple, low-cost, reliable, and easy mounted without changing the original architecture. To make the users feel power predictable, comfortable, and ensure safety, the performance objectives of the designed system are straightforward stability and steering flexibility of the wheelchair.
In order to achieve the above objectives, the works include power assistant mechanism design, vehicle stability analysis, dynamic simulation using ADAMS, power assistant control strategy design, and experimental verifications. After all the design and analysis works mentioned above have been completed, control algorithm was designed. To simplified the system as well as the cost, this study only uses velocity and current signals to control the value of assistant power. These signals are used to estimate acceleration and the associated load and manual force provided by the user. The feasibility of the design and control strategy of the proposed system has been verified experimentally.


Keywords: Wheelchair, Power-Assistant System, Kalman Filter.

摘要 I
Abstract II
目錄 V
表目錄 VII
圖目錄 VIII
1 第一章 緒論 1
1.1 研究背景與目的 1
1.2 文獻回顧 2
1.2.1 輪椅介紹 2
1.2.2 動力輔助輪椅專利檢索 4
1.2.3 動力輔助輪椅市場分析 7
2 第二章 輪椅動力輔助系統設計 10
2.1 系統設計開發流程 10
2.2 系統設計概念 11
2.3 系統設計目標 12
2.3.1 系統架構 12
2.3.2 輔助系統動力評估分析 13
2.4 第一代系統機構設計 16
2.5 第二代系統機構設計 20
2.6 產品化系統機構設計 23
3 第三章 運動模擬與分析 28
3.1 機構轉向靈活性模擬分析 28
3.2 機構直行穩定性模擬分析 31
3.3 輔助輪回正性模擬分析 32
4 第四章 輔助力控制策略設計 38
4.1 控制系統 38
4.2 訊號處理與參數估測 43
4.3 輔助力控制 47
4.4 實驗測試與結果 49
5 第五章 結論 55
6 參考文獻 56
7 作者簡介 58

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