دانلود پایان نامه : صندلي چرخدار الكتريكي

دانلود پایان نامه : صندلي چرخدار الكتريكي

تعداد صفحات: 52

فرمت فایل: ورد

دسته بندی:

قیمت: 4500 تومان

تعداد نمایش: 437 نمایش

ارسال توسط:

تاریخ ارسال: 1 آگوست 2016

به روز رسانی در: 1 آگوست 2016

خرید این محصول:

پس از پرداخت لینک دانلود برای شما نمایش داده می شود.

4500 تومان – خرید

موضوع :

صندلي چرخدار الكتريكي

چكيده

صندلي چرخدار الكتريكي وسيله مناسبي براي كمك به افرادي است كه از ناتواناييهاي حاد حركتي رنج مي برند و به آنها تا حد زيادي استقلال مي دهد. در اين پروژه يك صندلي چرخدار با نيروي رانش الكتريكي كه كاربر توسط جوي استيك آنرا هدايت مي كند، ساخته شد. با بررسي هاي مختلف خواهيم ديد كه موتور مناسب براي اين منظور، موتور DC مغناطيس دائم است كه به منظور استفاده در صندلي چرخدار الكتريكي طراحي شده است. منبع انرژي دو عدد باتري سرب- اسيد 12 V, 60 Ah انتخاب شد و مدار تحريك موتور برشگر PWM مي باشد كه در آن عمل برشگري توسط ماسفت انجام مي گيرد. براي كنترل سيستم ابتدا پايداري ديناميك ثابت آنرا با استفاده از ماتريسهاي تبديل دوران، در حالت كلي بررسي كرده و سپس يك مدار خطي از مجموعه را در نظر گرفتن پارامترهاي شخص راننده ارائه كرديم. با وجود همه ساده سازيهاي ممكن خواهيم ديد كه مدل به دست آمده از پيچيدگي زيادي برخوردار است و براي كنترل حلقه بسته آن بايد از روشهاي پيشرفته كنترل وفقي مبتني بر شبكه هاي عصبي و منطق فازي استفاده كرد. در صورت عدم استفاده از كنترل حلقه، بسته، هدايت صندلي در محيطهايي با موانع زياد، با دشواري همراه خواهد بود.

 

فهرست مطالب

 

عنوان

صفحه

فصل اول- مقدمه

فصل دوم- بررسي صندلي چرخدار

مقدمه
1-2- اجزاء صندلي چرخدار
1-1-2- سيستم رانش
3-1-2- چرخها
4-1-2- اسكلت بندي
2-2- انواع صندلي چرخدار
3-2- ابعاد استاندارد صندلي چرخدار
4-2-پارامترهاي مهم در انتخاب صندلي چرخدار
5-2-نكات مهم در انتخاب صندلي چرخدار
6-2-مشخصات صندلي چرخدار الكتريكي
1-6-2-روشهاي هدايت صندلي چرخدار الكتريكي
2-6-2-روشهاي هدايت صندلي چرخدار الكتريكي
7-2-موارد استفاده از صندلي چرخدار
8-2-موارد عدم استفاده از صندلي چرخدار
خلاصه
فصل سوم- انتخاب ادوات مورد نياز
مقدمه
1-3-صندلي چرخدار
2-3- موتور الكتريكي
1-2-3-باتريك نيكل- كادميوم
2-3-3- باتري سرب- اسيد
4-3- مدار كنترل سرعت
5-3- انتخاب المال سوئيچ
6-3- انتخاب وسيله هدايت
خلاصه

فصل چهارم- طراحي كنترل كننده

مقدمه
1-4- پروتكل هدايت صندلي بر اساس حركت صندلي چرخدار
2-4- رابطه بين سرعت خط
3-4- بررسي ديناميك ثابت صندلي چرخدار
4-4- بررسي كنترل حلقه بسته
4-5- روشهاي كنترل صندلي چرخدار الكتريكي
1-5-4- كنترل كننده هاي قابل تنظيم
2-5-4- كنترل با سنسورها يا همكار
3-5-4- كنترل تحمل پذير خطا
6-4- سازگاري الكترومغناطيسي

فصل پنچم

مقدمه
روشهاي ساخت مدار
1-5-پياده سازي به روش آنالوگ
1-1-5- كنترل كننده PWM
2-1-5- محاسبه جريان گيت ماسفت
3-1-5- انتخاب فركانس برشگري
4-1-5- استخراج پارامترهاي موتور ANCN7152
5-1-5- ساختن ولتاژ منفي از ولتاژ مثبت
2-5- پياده سازي به روش ديجيتال
1-2-5- روشهاي سنجش شارژ باتري
2-2-5- ساخت منبع تغذيه منفي
خلاصه

فصل ششم- نتايج آزمايشات

فصل هفتم- نتيجه گيري و پيشنهاداتي براي ادامه كار
مراجع
ضميمه (1)- نرم افزار هدايت صندلي چرخدار
ضميمه (2)- برنامه ثبت و تحليل داده ها براي تعيين
ضميمه (3)- گاتالوگ موتور ANCN7152
ضميمه (4)- گاتالوگهاي 8951 و TL494

 

 

فهرست شكلها

شكل

صفحه

شكل (2-1): نمودار ابعاد اساسي صندلي چرخدار

شكل (1-3): تصاوير تقربي صندلي چرخدار از زواياي مختلف

شكل (2-3): نماي چرخ عقب و متعلقات آن

شكل (3-3) نيروهاي وارد شده به محور چرخ
شكل (4-3): نيروهاي وارد شده به صندلي چرخدار در سطح شيبدار
شكل (5-3): برشگر كاهنده با بار اهمي
شكل (6-3): تقسيم بندي 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): نماي مداري GTO
شكل (13-3): نماي مداري ماسفت كانال N
شكل (14-3): نماي مداري IGBT
شكل (1-4): چرخهاي صندلي عقب صندلي چرخدار
شكل (2-4): نيروهاي وارد شده به مركز جرم
شكل (3-4): دستگاه مختصات صندلي چرخدار
شكل (4-4): دياگرام بلوكي سيستم صندلي چرخدار الكتريكي با كنترل انسان
شكل (5-4): سينماتيك صندلي چرخدار
شكل (6-4): دياگرام بلوكي دياگرام بلوكي كامل شده شكل (4-4)
شكل (1-5): جمع كننده و تفريق كننده آنالوگ
شكل (2-5): پياده سازي تابع قدر مطلق با پل ديودي
شكل (3-5): يكسوساز نيم موج ايده آل
شكل (4-5): يكسوساز تمام موج ايده آل
شكل (5-5): نحوه تضعيف سيگنال خروجي جمع كننده
شكل (6-5): نحوه تضعيف سيگنال خروجي تفريق كننده
شكل (7-5): نحوه بافر كردن خروجي جوي استيك
شكل (8-5): تراشه TL494
شكل (9-5): جريانهاي كشيده شده توسط گيت هنگام روشن شدن
شكل (10-5): روشن شدن ماسفت با مقاومت
شكل (11-5): روشن شدن ماسفت با مقاومت ترانزيستور
شكل (12-5): مدار تحريك ماسفت
شكل (13-5): ولتاژ و جريان سوئيچ در حال روشن شدن
شكل (14-5): روشن پاسخ پله براي استخراج
شكل (15-5): اعمال ولتاژ پله به موتور
شكل (16-5): پاسخ پله به موتور
شكل (17-5): مدار معادل الكتريكي براي  موتور DC
شكل (18-5): پاسخ فركانس جريان آرميچر و سرعت موتور
شكل (19-5): تنظيم دوره كار توسط TL494
شكل (20-5): ساخت منبع تغذيه منفي
شكل (21-5): شكل موجهاي رگولاتور باك- بوست
شكل‌ (22-5): تنظيم فركانس و دوره كار توسط IC 555
شكل (23-5): نماي شماتيك مدار ديجيتال
شكل (24-5): نمودار گردشي برنامه نرم افزاري
شكل (25-5): تبديل ولتاژ به جريان
شكل (26-5):ساخت منبع تغذيه منفي در مدار ديجيتال

فصل سوم

 

انتخاب ادوات مورد نياز

 

مقدمه

صندلي چرخدار الكتريكي از قسمتهاي مختلفي تشكيل شده است. به طور  عمده مي تنوان شش قسمت مختلف را در نظر گرفت كه شامل صندلي چرخدار، موتور الكتريكي، باتري، مدار كنترل سرعت،  المان سوئيچ قدرت و وسيله اي براي هدايت صندلي توسط كابر[1] موتور مي باشد. در اين فصل  ابتدا در مودر دلائل ساخت مدلي از صندلي چرخدار[2] بجاي استفاده از صندلي آماده و همچنين چگونگي ساخت آن توضيح خواهيم داد در ادامه به بررسي انتخاب نوع موتور و مدار تحريك آن، انتخاب نوع و تعداد باطري و همچنين انتخاب عناصر مهم براي ساخت مدار تحريك خواهيم پرداخت.

1-3-صندلي چرخدار

با توجه به تعريف پروژه اولين قدم تهيه صندلي چرخدار مي باشد. به دلائل زير صندليهاي چرخدار معمولي در دسترس براي منظور ما مناسب نيستند:

  • اغلب صندليها از نوع تاشو بوده و به همين منظور در زير صندلي اسكلت فلزي خاصي تعبيه گرديده است. لذا فضايي براي نصب باتري و موتورها وجود ندارد.
  • در طراحي اين صندليها فقط وزن كاربر در نظر گرفته شده است، در نتيجه تحمل وزن باتري و موتورها را نخواهد داشت.
  • چرخهاي عقب پرداه دار هستند و نصب پولي [3] به آنها براي انتقال نيروي موتور به سادگي امكان پذير نيست.
  • صندليهاي موجود علاوه بر معايب فوق قيمت بالايي نيز دارند.

به دلائل فوق تصميم گرفتيم كه مدلي از صندلي چرخدار بسازيم. اين مدل شامل يك صفحه فولادي است كه چهار چرخ در زير آن نصب شده است(شكل(1-3)). ابعاد صفحه cm75*cm75 انتخاب شده است تا مساحت لازم براي قرار دادن باتري ها و يك صندلي معمولي بر روي آن وجود داشته باشد و همچنين ضخامت آن mm6 است كه بتواند وزن ادواتي را كه بر روي آن قرار داده مي شود تحمل كند. در زير صفحه چهار چرخ نصب شده دو چرخ جلو هرز گرد هستند و دو چرخ عقب هم نقش چرخهاي راننده و هم نقش چرخهاي هدايت كننده را دارند.

 

تاير چرخهاي عقب از نوعي كه خاصيبت ارتجاعي زيادي دارند انتخاب شده اند تا عملي شبيه به كمك فنر را هنگام برخورد به موانع انجام داده و  مانع از انتقال نيروي ضربه ناشي از برخورد به بلبرينگ ها شود. چرخهاي جلو هرزگرد هستند و براي جلوگيري از اصطكاك زياد با سطح زمين، از چرخ يا تايري از جنس محكم استفاده كرديم. نحوه هدايت صندلي چرخدار در جهتهاي مختلف به اين صورت طراحي شده است كه از دو موتور براي راندن صندلي چرخدار استفاده شود تا صندلي قدرت مانور زيادي داشته باشد. هرگاه بخواهيم به سمت جلو حركت كنيم هر دو موتور در جهت مثبت و هر گاه بخواهيم به سمت عقب حركت كنيم هر دو موتور در جهت منفي مي چرخند. با تغيير سرعت دو موتور نسبت به هم صندلي به چپ يا راست دور خواهد زد. مزيت عمده استفاده از دو موتور كه باعث افزايش قدرت مانور مي شود امكان دور زدن اصطلاحاً «درجا» مي باشد.براي دور زدن درجا بايد موتورها با سرعت مساوي و در خلاف جهت يكديگر بچرخند. در صورت استفاده از يك موتور چنين امكاني وجود ندارد. بنابراين هر چرخ عقب بايد به نحوي به يك موتور متصل گردد. در ادامه نحوه انتقال نيرو چرخها و طراحي  قسمتهاي مكانيكي توضيح داده مي شود:

براي انتقال نيرو از موتور به چرخ از روش متداول پولي [4] و تسمه استفاده مي شود. براي اين منظور بايد يك پولي به محور موتور و يك پولي ديگر به چرخ متصل گردد. در مورد نسبت شعاع پوليها، پس از انتخاب موتور توضيح خواهيم داد. براي اتصال پولي به چرخ، ابتدا يك صفحه گرد فولادي را با استفاده از سه عدد پيچ به چرخ وصل كرديم. مطابق شكل (2-3) عمود بر صفحه گرد ميله اي فولادي به قطر mm20 و به طول cm15 جوش داده شد. حال بر روي اين محور فولادي مي توان پولي نصب كرد. پس از

 

 

 

نصب پولي، چرخ عقب آماده است و بايد به نحوي به سيستم متصل گردد. به اين منظور به سر ديگر ميله فولادي، بلبرينگ نصب شده و بلبرينگ را در داخل جعبه ياتاقان[5] محكم نموديم. اگر جعبه ياتاقان مستقيماً به صفحه فولادي پيچ مي شد، به علت ارتفاع كم صندلي در عقب، مجبور بوديم كه براي نصب چرخهاي هرزگرد جلو تمهيدات خاصي به كار ببريم. براي جلوگيري از اين كار جعبه ياتاقان را در فاصله هاي حدود cm10 از صفحه فولادي نصب كرديم. حال بايد نوع بلبرينگ را انتخاب كنيم. ابتدا نيروي وارد بر آن را محاسبه مي كنيم. در بدترين حالت فرض مي كنيم كه كل وزن مجموعه روي چرخهاي عقب وارد مي شود. وزن كل مجموعه را حداكثر 150Kg در نظر مي گيريم بنابراين هر چرخ 75Kg را تحمل خواهد كرد. در شكل (3-3) نمودار نيروهاي وارد شده به ميله فولادي رسم شده است:

 

 

شكل (3-3) نيروهاي وارد شده به محور چرخ

با توجه به شكل (3-3) نيروي وارد شده به بلبرينگ را محاسبه مي كنيم:

با در نظر گرفتن ضريبت اطمينان 3 بلبرينگ از نوع 4304A انتخاب شده كه داراي دو رديف ساچمه بوده و طبق مشخصات ذكر شده در كاتالوگ تا نيروي 1500N را مي تواند تحمل كند حداكثر گشتاور خمشي كه به ميله فولادي وارد مي شود نيز برابر   است كه ميله فولادي به قطر  تا  را تحمل مي كند.

با ساخته شدن مدل صندلي چرخدار كه از اين به بعد در اين گزارش صندلي  چرخدار ناميده مي شود، در مورد انتخاب موتور توضيح خواهيم داد.

 

 

2-3-موتور

در انتخاب موتور پارامترهاي مختلفي مانند مشخصات بار، مشخصات منبع تغذيه و شرايط محيطي دخيل هستند. مشخصات بار شامل توان، سرعت و گشتاور مورد نياز مي باشد. براي اين انتخاب موتور ابتدا توان مورد نياز را محاسبه مي كنيم.

1-2-3-محاسبه توان مورد نياز براي حركت صندلي چرخدار

تواني كه لازم است تا جسمي را با سرعت ثابت حركت دهد، برابر با حاصلضرب نيروي لازم براي راندن جسم و سرعت حركت آن، است. حداكثر سرعت و وزن صندلي چرخدار الكتريكي را مطابق روابط زير فرض مي كنيم.

: حداكثر سرعت صندلي چرخدار = 3m/s

M: جرم كل صندلي با كابر = 150 Kg

براي محاسبه نيروي لازم بايد ضريب اصطكاك را نيز داشته باشيم. اين ضريب بسيار متغير بوده و به ميزان صاف بودن مسير و همچنين به جنس چرخها و ميزان تماس آنها با سطح جاده بستگي دارد. در اين جا مقدار آن را برابر 1/0 فرض مي كنيم، اگرچه ر سطوح صاف مانند كفهاي سيماني ضريب اصطكاك حدود 07/0 است. [14] و [9].

: ضريب اصطكاك = 0.1

F: نيروي لازم براي راندن صندلي چرخدار =

P:  توان مورد نياز=

با استفاده از دو موتور 220 وات مي توانيم توان مورد نياز را فراهم كنيم. در فصل دوم در مورد مشخصات صندلي چرخدار الكتريكي ذكر شد كه صندلي بايد بتواند شيب 10% را با سرعت مناسبي بالا برود. در اينجا سرعت ويلچر را در شيب 10% محاسبه مي كنيم. با توجه به شكل (4-3) در هنگام حركت در سربالايي، موتورها بايد علاوه بر نيروي اصطكاك بر مؤلفه اي از نيروي وزن كه در امتداد مسير است نيز غلبه كنند:

 

شكل (4-3): نيروهاي وارد شده به صندلي چرخدار در سطح شيبدار

سرعت در شيب   =

مي بينيم كه سرعت در شيب  است كه بيشتر از سرعت راه رفتن معمولي انسان در مسير صاف بوده و با توجه به شيب زياد مسير (10%) سرعت مناسبي مي باشد.

با مشخص شدن توان مورد نياز، مبحث انتخاب موتور را پي مي گيريم:

موتورها در حالت كلي به دو گروه DC و AC تقسيم مي شوند. موتورهاي AC از منبع AC تغريه مي شوند و نسبت به موتورهاي DC هم حجمشان توان بالاتري داشته و مهمتر اينكه هزينه تعمير و نگهداري برخي از انواع آنها در حد صفر است[11]. در كنار اين مزايا موتور AC اين عيب را نيز دارد كه سرعت آن به طور مستقيم به فركانس منبع تغذيه است. بنابراين براي كنترل سرعت موتور AC بايد يك منبع تغذيه سه فاز با دامنه و فركانس متغير ساخت كه كاري پيچيده و پرهزينه است. كنترل سرعت در موتورهاي DC بسيار ساده تر از موتور AC است. با تغيير متوسط ولتاژ دو سر آرميچر در يك موتور DC تحريك جداگانه يا مغناطيس دائم مي توان به راحتي سرعت آن را كنترل نمود. عيب موتورهاي DC وجود جاروبك در ساختمان آنهاست كه بايد بعد از مدتي استفاده تعويض شوند و اين امر باعث افزايش هزينه نگهداري و سرويس موتور مي شود. با اين حال علي رغم پيشرفت هاي زيادي كه در الكترونيك قدرت و الگوريتم هاي كنترل صورت گرفته و كنترل سرعت موتورهاي AC كم هزينه تر و مطمئن تر شده است ولي هنوز هم هر جا كه كنترل سرعت، به  خصوص در محدوده اي وسيع مطرح باشد، موتور DC انتخاب مناسب تري است [4]. در توانهاي بالا موتور AC دو مزيت عمده دارد: اولاً قيمت آن نسبت به مشابه DC بسياركمتر است و دوم اينكه هزينه تعمير و نگهداري آن ناچيز مي باشد. در مورد صندلي چرخدار الكتريكي به علت پايين بودن توان مزاياي موتور AC  به هيچ وجه هزينه و پيچيدگي مدار كنترل سرعت [6] راتوجيه نمي كند. به خصوص كه ما در طرح خود از دو موتور استفاده كرده ايم و به دو مدار تحريك نياز داريم. بنابراين براي استفاده در صندلي چرخدار الكتريكي از موتور DC استفاده مي كنيم. موتورهاي DC معمولي كه در صنعت استفاده مي شوند نسبت به موتور AC در  توان مساوي، حجم و وزن بيشتري دارند. زياد بودن حجم و وزن موتور باعث مي شود كه در مورد صندلي چرخدار دچار مشكل شويم. خوشبختانه موتورهاي DC مغناطيس دائم مخصوص صندلي چرخدار الكتريكي طراحي شده اند كه در حجم و وزن خيلي كم توان قابل ملاحظه اي تحويل مي دهند ولي در مقابل راندمان پائيني دارند. پائين بودن راندمان باعث تلفات حرارتي شده و درجه حرارت موتور را بالا مي برد ولي از آنجا كه اين موتور در صندلي چرخدار استفاده مي شود و تلفات حرارتي زماني بالا است كه صندلي با سرعت در حال حركت است، لذا جريان هواي اطراف موتور به خنك شدن آن كمك مي كند. در اين پروژه از موتور مدل ANCN7152 ساخت كارخانه King Right Motor استفاده كرديم. مشخصات موتور در ضميمه (1) آورده شده است. با دقت در مشخصات موتور مي بينيم كه با وزن 2.8Kg تواني در حدود 285 W توليد مي كند ولي راندمان آن پائين بوده و حداكثر ك%48.47 مي باشد. در اينجا انتخاب موتور را به پايان مي بريم.

2-2-3-محاسبه نسبت شعاع پولي چرخ به پولي موتور

نكته آخر در مورد طراحي مكانيك، محاسبه نسبت قطر پولي متصل به چرخ و پولي متصل به محور موتور مي باشد. اگر سرعت و راندمان موتور ثابت بود، اين نسبت به سادگي محاسبه مي شد:

 

R: شعاع چرخ = 10 cm

: حداكثر سرعت صندلي  چرخدار = 3 m/s

: حداكثر سرعت چرخ برحسب دور در دقيقه =

در ادامه اين نسبت  را با در نظر گرفتن مشخصه گشتاور- سرعت موتور را 500 rpm فرض كنيم، خواهيم داشت:

=  نسبت شعاع پولي موتور به شعاع پولي چرخ =

در ادامه اين نسبت را با در نظر گرفتن مشخصه گشتاور- سرعت  موتور به دست مي آوريم و خواهيم ديد كه نتيجه با عدد مذكور متفاوت خواهد بود.

: نسبت شعاع پولي موتور به شعاع پولي  چرخ

: شعاع چرخ عقب

: ضريب اصطكاك

حداكثر سرعت صندلي چرخدار

: جرم كل مجموعه

: نيروي مورد نياز براي حركت صندلي چرخدار

: كل گشتاور ماكزيموم توليد شده توسط چرخ

: گشتاور توليد شده توسط يك چرخ

: توان مورد نياز براي حركت صندلي

: سرعت زاويه اي چرخها در سرعت

با در نظر گرفتن روابط (3-2) گشتاوري كه به هر چرخ بايد اعمال شود، نصف گشتاور كل بوده و برابر است با:

(3-3)

واضح است كه اگر نسبت شعاع پوليها a باشد، آنگاه گشتاور توليد شده توسط موتور برابر  گشتاور چرخ و سرعت موتور a برابر سرعت چرخ خواهد بود.

 

پاسخ دهید