انجام پایان نامه

درخواست همکاری انجام پایان نامه  بانک مقالات رایگان انجام پایان نامه

سفارش پایان نامه

|

انجام پایان نامه ارشد

 پایان نامه 

مشاوره پایان نامه| پایان نامه صندلي چرخدار الكتريكي  156 ص


1-1
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    


فهرست جداول

جدول    صفحه
جدول (1-2): ابعاد استاندارد صندلي چرخدار    

جدول (3-1): مقايسه خواص المانهاي قدرت    
    
    
    




فصل اول
مقدمه
 
معلوليت دگرگونيهايي از نظر آناتومي و فيزيولوژي در بدن فرد ايجاد مي كند كه در يك مقطع شخص بيمار محسوب مي شود ولي بعد از درمان، علي رعم داشتن ضايعه، بايد تا حد امكان زندگي طبيعي داشته باشد. وسايل كمكي در اين بين نقش مهمي دارند. از جمله اين وسايل كمكي، صندلي چرخدار است كه در صورت استفاده و تجويز درست، وسيله مناسبي براي دادن كمكهاي حركتي به افراد معلوليت دار بوده و به آنها در انجام امور شخص تا حد زيادي استقلال مي دهد. صندلي چرخدار داراي انواع و اقسام مختلفي است كه بسته به نوع و ميزان معلوليت فرد و شرايط ديگر تجويز مي شود. [1]. صندلي هاي  چرخدار در يك سيستم تقسيم بندي به دو گروه كه در يكي نيروي محركه توسط انسان و در ديگري از طريق يك موتور سوختي يا الكتريكي تأمين مي گردد. هدف در اين پروژه طراحي و ساخت صندلي چرخدار الكتريكي مي باشد. صندلي چرخدار الكتريكي نخستين بار در اوايل قرن بيستم اختراع شد [2]. اما به دليل مشكلاتي كه وجود داشت مصرف عمومي پيدا نكرد. در دهه 1940 استفاده از باتري اتومبيل و موتورهاي استارتر، امكان ساخت صندليهاي ساده تري را فراهم كرد. البته سيستم هاي اوليه فقط با يك سرعت حركت مي كردند. كمي بعد با استفاده از روشهاي مكانيكي مثل كلاچ، امكان كنترل سرعت براي صندليها ايجاد شد. از دهه 1960 به بعد استفاده از ترانزيستور دو قطبي  دو طراحي كنترل كننده هاي سرعت ايمني صندليها بسيار بالا رفت. در حال حاضر از ماسفت قدرت   براي كنترل سرعت موتورهاي DC در صندلي چرخدار الكتريكي استفاده مي شود. علي رغم سابقه زياد صندلي چرخدار الكتريكي در دنيا، اين وسيله تاكنون در ايران ساخته نشده است. هدف پروژه آغاز گاهي در اين مسير مي باشد. البته وسيله اي كه ساخته شد در ظاهر يك صندلي چرخدار الكتريكي نيست ولي با توجه به مطالعات و بررسي هاي انجام شده، مي توان در زماني كوتاه روشهاي به كار رفته در اين پروژه را براي ساخت صندلي چرخدار الكتريكي عملي به كار برد. در فصل دوم توضيحاتي كلي در مورد صندلي چرخدار و مشخصات آن از نظر ابعاد، استحكام و غيره آورده شده است. در تجويز صندلي چرخدار نكات متعددي بايد در نظر گرفته شود كه وزن، ابعاد صندلي و چرخها از آن جمله است. صندلي چرخدار از چند جزء اصلي تشكيل شده است كه شامل سيستم نگهدارنده بدن، سيستم رانش، چرخها و اسكلت بدنه مي باشد [14]. در اين فصل در مورد مشخصات صندليهاي چرخدار الكتريكي و نكاتي كه در طراحي آنها بايد مد نظر قرار داد، توضيح داده شده است. از جمله اين نكات مهم حداكثر سرعت، شيب مسير، نحوه اتصال موتور و باتريها به صندلي و منبع تغذيه است. صندلي چرخدار الكتريكي را مي توان با روشهاي دستي و در صورتي كه ممكن نباشد با روشهاي غير دستي كنترل نمود. از روشهاي كنترل غير دستي مي توان كنترل چانه كنترل زبان لبها يا دندان، كنترل بر اساس دميدن و مكيدن كنترل صوتي نام برد.
فصل سوم در مورد انتخاب ادوات مورد نياز مي باشد. خود صندلي چرخدار مهمترين قسمت است. به دلايل مختلف به جاي صندلي چرخدار استاندارد مدلي از آن ساخته شد. اين مدل شامل يك صفحه فلزي است كه در زير آن چهار چرخ نصب شده است. دو چرخ عقب آن نقش انتقال نيرو و هدايت كننده را دارند و دو چرخ جلو هرزگرد هستند. جزئيات مربوط به انتخاب قسمتهاي مكانيكي شامل بلبرينگ . چرخها و نحوه انتقال نيرو از موتور به چرخها و غيره كاملاً توضيح داده شده است. بعد از قسمتهاي مكانيكي، نوبت به انتخاب موتور الكلتريكي مي رسد. در اين زمينه بررسي هاي متعددي انجام گرفت و در نهايت موتور DC خاص صندلي چرخدار براي اين منظور انتخاب گرديد. اين موتور در حجم كم توان بالايي دارد و در طراحي آن حجم و وزن از مهمترين پارامترها بوده اند. جعبه دنده  نصب شده بر روي موتور سرعت آن را تا حد مورد نياز كاهش داده و به حدود 500 دور در دقيقه رسانيده است. با محاسبه توان مورد نياز براي حركت صندلي با سرعت m/s3 و وزن Kg150 خواهيم ديد كه توان يك موتور به اين منظور كافي نبوده و ناچاريم كه از دو موتور استفاده كنيم كه علاوه بر داشتن توان كافي، مزاياي ديگري نيز خواهد داشت. موتور يك مبدل انرژي الكتريكي به مكانيكي است ؛ بنابراين بايد منبع انرژي الكتريكي همراه موتور باشد. با اين توضيح مشخص است كه بايد از باتري به اين عنوان استفاده كنيم. در اين فصل، باتريهاي قابل شارژ مجدد مانند نيكل- كادميوم و سرب- اسيد بررسي كنيم. در اين فصل باتريهاي قابل شارژ مجدد آنها و همچنين محافظتهاي مورد نياز، توضيح داده شده است. قسمت بعدي مدار تحريك است كه با كنترل كاربر، انرژي را از باتري گرفته و به موتور منقل مي كند. از آنجا كه موتور از نوع DC بود و منبع تغذيه نيز DC است. بنابراين مدار تحريك از نوع DC/DC  خواهد بود.  مبدل  DC/DC اصطلاحاً برشگر  ناميده مي شود. برشگرها با قطع و وصل ولتاژ DC ثابت بر روي بار، متوسط ولتاژ دو سر بار را تغيير مي دهند كه اين عمل بايد توسط يك عنصر قدرت انجام گيرد. به اين منظور المانهاي مختلف بررسي شدند و در نهايت از ماسف قدرت استفاده كرديم. در ادامه انواع مختلف برشگرها بررسي شده و نوع مناسب انتخاب گرديده است. خاصيت مهمي كه بعضي از انواع برشگرها دارند اين است كه وقتي بار ‌آنها موتور DC است هنگام كاهش سرعت و يا توقف كامل مي تواند انرژي جنبي ذخيره شده موتور را به منبع DC بازگردانند. به اين خاصيت بازيابي انرژي   گفته مي شود.اين عمل باعث افزايش راندمان، مجموعه مي گردد. با بررسي اين موضوع خواهيم ديد كه به دلايل مختلف، ميزان انرژي تحويل شده به منبع در مقابل پيچيدگي مدار، ناچيز است. بنابراين از انجام اين كار صرف نظر خواهد شد. با در نظر گرفتن اين فرض كه كاربر فردي نيمه فلج و يا كاملاً مفلوج است، براي هدايت صندلي از جوي استيك  استفاده كرديم. جوي استيك ازدو مقاومت متغير تشكيل شده است كه مقدار مقاومت يكي از آنها با حركت جوي استيك در راستاي جلو و عقب، از صفر تا حداكثر تغيير مي كند و مقاومت ديگر همين عمل را در جهت چپ و راست انجام مي دهد. در فص چهارم در مورد تعريف چگونگي حركت صندلي چرخدار با توجه به حركت جوي استيك، توضيحاتي آورده شده است.
فصل چهارم در مورد كنترل صندلي چرخدار الكتريكي مي باشد. در ابتدا پروتكل حركت صندلي بر اساس حركت جوي استيك بيان شده و سپس روابطي كه با استفاده از آن مي توان سرعت خطي و سرعت زاويه اي صندلي را بر حسب دور موتورها بدست آورد، معرفي شده اند. در ادامه ديناميك ثابت   صندلي چرخدار الكتريكي مورد بررسي قرار گرفته است و حداكثر سرعت خطي صندلي چرخدار براي آنكه پايداري آن حول محور x (راستاي حركت) حفظ شود، بدست آمده است. اين بررسي در حالت كلي است و با استفاده از ماتريسهاي دوران، شيب مسير در جهت هاي مختلف را در نظر مي گيرد. در ادامه اين فصل، با كوچك فرض كردن تغييرات، يك مدل خطي از سيستم صندلي چرخدار الكتريكي با در نظر گرفتن هدايت انسان، ارائه مي كنيم. در اين سيستم خطي، ورودي، مسير دلخواه شخص و خروجي، نوسانات مجموعه حول محور x (راستاي حركت) مي باشد. همانطور كه خواهيم ديد اين سيستم پيچيدگي زيادي خواهد داشت؛ بنابراين در صندليهاي پيشرفته جديد، كنترل كننده هاي وفقي  كه با استفاده از شبكه هاي عصلي و منطق فازي طراحي مي شوند، كاربرد فراوان دارند. در پايان فصل در مورد سازگاري الكترومغناطيسي   و استانداردهاي مربوط به صندلي چرخدار الكتريكي در اين زمينه، توضيحاتي آورده شده است.
در فصل پنجم طراحي قسمتهاي مختلف توضيح داده شده است. طراحي مدار برشگر PWM و بخش مهمي از اين فصل را تشكيل مي دهد. مدار برشگر شامل مولد سيگنال PWM و اعمال ‌آن به ماسفتها مي باشد. انتخاب فركانس برشگري بسيار مهم است چرا كه پايين بودن فركانس، باعث افزايش تلفات در موتور مي شود. با استخراج پارامترهاي موتور توسط آزمايشهاي مختلف و سپس مدل كردن موتور توسط Pspice فركانس برشگري با دقت مناسب، 25 Hz انتخاب شده است. ماسفت اگرچه در حالت پايدار جرياني از گيت نمي كشد، ولي در هنگام روشن و خاموش شدن سريع، جريان قابل ملاحظه اي بايد به گيت تزريق و يا از آن كشيده شود. نحوه طراحي مداري براي تأمين اين جريانهاي لحظه اي، توضيح داده شده است. مجموعه مدار تحريك را مي توان به صورت آنالوگ يا ديجيتال و يا تركيبي از آنالوگ و ديجيتال پياده سازي نمود. در قسمت برشگر PWM به علت بالا بودن فركانس برشگري و در مقابل پايين بودن سرعت ميكروكنترلرهاي معمولي استفاده از مدار آنالوگ مناسب تر است؛ ولي تشخصي فرمان جوي استيك و تصميم درمورد سرعت و جهت حركت هر يك از موتورها را مي توان توسط مدارهاي آنالوگ و يا ديجيتال طراحي نمود كه هر يك از اين دو مدار مزايا و معايبي دارند كه توضيج داده  خواهند شد. براي توليد سيگنال PWM از تراشهTL 949 استفاده شده است. اين تراشه در ساخت منابع تغذيه سوئيچنگ كاربرد فراوان دارد. فركانس سيگنال PWM با يك خازن يك مقاومت تعيين شده و سيكل وظيفه  با يك سطح DC تعيين مي شود. در مدار ديجيتال ميكروكنترولر 8951 كه از خانواده 8031 است  استفاده كرديم. مزيت 8951 در اين است كه داراي EEPROM داخلي است و نوشتن و پاك كردن برنامه به سادگي مكان پذير است و نيازي به اشعه ماوراي بنفش دارد. در ادامه در مورد نشان دادن وضعيت شارژ باتري توضيح داده ايم. در انتها مقايسه اي بين مدار ديجيتال و آنالوگ انجام شده است.



انجام پایان نامه

برای دیدن ادامه مطلب از لینک زیر استفاده نمایید

سفارش پایان نامه