医用电动婴儿车结构设计

仝光 黄杉 何银川 李平 周悦

（上海电机学院 200240）

医用电动婴儿车结构设计

仝光 黄杉 何银川 李平 周悦

（上海电机学院 200240）

本论文设计了一款新型婴儿车——医用电动婴儿车，不仅可实现正常的电动驱动行驶外，还可实现电子遥控，给行动不便的产妇提供了极大地帮助，适应了现代社会追求人性化设计的趋势和人们追求幸福生活的主题。

电动；医用；电子控制

1 医用电动婴儿车市场现状

目前在国内，还没有出现医用电动婴儿车。由于适用范围和用途的关系，现在医院的婴儿车都是手推车，对于医用婴儿车的设计创新也是在医护方面，在医用电动婴儿车这方面还是一片空白。本文在现今医用婴儿车的基础上，为它增加驱动系统，遥控控制系统以改善它的运动性能，减轻医护人员的负担。图1为现今的一些医用婴儿车。

图1 普通医用婴儿车

2 医用电动婴儿车总体设计分析

2.1 总体设计

本设计是基于传统医用婴儿车的基础上进行改进，使之成为一种遥控型多功能医用电动婴儿车。这种医用电动婴儿车的遥控行驶、驱动控制已经自动避障控制都通过微型计算机控制系统实现，微型计算机控制系统主要有单片机，电动机，传感器和手持遥控器等多部分组成。

2.1.1 电动机的选择

（1）电动机类型的选择

由于直流无刷电动机具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点的同时，又具备直流电动机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等诸多优点。因此，选择电动机的型号为直流无刷电动机。

（2）功率的选择

由于婴儿车是在医院使用，且行驶速度较慢，一般不考虑空气阻力和坡度阻力，其行驶方程为：

通过相关了解计算，本文设计的医用电动婴儿车满载质量约为35kg，f为滚动阻力系数，查阅资料得f=0.035，1为车辆旋转质量换算系数，取1=1.050，婴儿车行驶速度≤8km/h，婴儿车加速过程为1.5s。本设计又从多方面考虑，使选取电动机的功率在电动婴儿车行驶克服空气阻力和摩擦阻力的基础上扩大30%，确保电动婴儿车有足够的动力正常行驶。因此所选电动机的动力应不小于85.8W。

（3）转速的选择

本设计中，驱动轮直径d=10cm，婴儿车行驶速度不大于8km/h。减速器传动比选择1：6。驱动轮转速：

由上述数据可得，所需电机转速应不小于2520r/min

2.1.2 电动机控制系统设计

（1）电动机转速控制系统的选取

近年来，大规模集成电路技术以及计算机的快速发展，使直流电动机调速系统的准确性，动态性能以及可靠性上得到了更大的提高。又由于电力电子技术中的IGBT等大功率器件的发展，晶闸管被取代，因此，出现了性能更好的直流调速系统。

（2）电动机转速控制系统的原理

利用脉宽调制（PWM）调节供电电压的宽度，当脉冲最宽时，相当于直流电，功率最大，转速最高。脉冲宽度减脉冲频率并没有变。脉宽调制并不是直接调整电机的速度，而是改变电机的功率或扭矩。扭矩大了，换向加快，转速就提高了。通过控制脉冲占空比来改变电机的电枢电压。本系统用的是定频调宽法。在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加。电机断电时，转速逐渐减小。

（3）电动机控制系统总体设计方案

系统以PIC单片机为控制核心，通过键盘设置各段运行参数，也可通过电脑设置下载到单片机。单片机输出二进制控制量，经D/A转换电路将对应模拟电压送到直流伺服放大器的设定值输入端。放大器根据输入的模拟电压而输出对应的电压经驱动器来控制直流电机的转速。直流电机同轴的光电编码器E输出A、B两路方波信号送到整形电路，通过整形电路送到单片机用于测量转速。不断比较设定值和实际值，根据比较获得的误差调节放大器的输出电压。

2.1.3 红外遥控装置原理及方案

遥控器有两种状态：学习状态和控制状态。当遥控器处于学习状态时，使用者每按一个控制键，红外线接收电路就开始接收外来红外信号，同时将其转换成电信号，然后经过检波、整形、放大，再由CPU定时对其采样，将每个采样点的二进制数据以8位为一个单位，分别存放到指定的存储单元中去，供以后对该设备控制使用。当遥控器处于控制状态时，使用者每按下一个控制键，CPU从指定的存储单元中读取一系列的二进制数据，串行输出给信号保持电路，同时由调制电路进行信号调制，将调制信号经放大后，由红外线发射二极管进行发射，从而实现对该键对应设备功能的控制。

2.2 功能介绍

2.2.1 医用婴儿车的驱动转向功能

医用电动婴儿车在驱动轮左右两侧分别安装两个24V、100W、3000rad/min直流无刷电动机，采用单片机和嵌入式控制系统和加装在电动机上的减速器来实现婴儿车在规定的速度条件下前进、后退，通过控制两个电机的差速作用来控制整车的转向。使婴儿车在无需人力的情况下简洁轻便的进行控制。

2.2.2 医用电动婴儿车的自动避障功能

通过在婴儿车上加装摄像头传感器采集行车过程中前方道路的情况，控制电脑通过采集的数据自动分析处理，来实现婴儿车在行驶过程中遇到前方障碍物自动停车绕行的功能。

2.2.3 医用电动婴儿车婴儿盆一端自动抬高功能

在婴儿盆下方安装有气压控制装置，通过手动控制气压开关阀使婴儿盆一端在气压的作用下自动升高，平趟在车内的婴儿头高脚底，防止婴儿喂奶时呛到。

3 总结

从医用婴儿车的功能作用方面来看，未来医用婴儿车的研究应该在监护方面，而并非动力性方面，它的本质是婴儿护理床，在医护方面的要求是主要层面，以现今阶段的技术水品而言，可以使其在动力性方面达到完美控制，但是这样做的成本太高，不符合实际情况。所以，今后医用婴儿车设计发展主要是在医护方面做创新，可以再此基础上对动力性方面做一定的改革。总而言之，由于医用婴儿和使用的普遍性，对医用婴儿车的设计研究是很有价值的。

[1]陈媛媛.婴儿手推车的综合设计研究[J].科教导刊（上旬刊），2013（01）.

[2]吴蓉瑛.浅谈婴儿用品的人性化设计[J].大众文艺，2012（06）.

TS958.7

A

1004-7344（2016）09-0319-02

上海市大学生科技创新项目资助（A1-5701-14-006-08-61）。

2016-3-10