1. 研究目的与意义
随着社会发展与进步，人民对生活质量要求越来越高。医疗水平和生活水平大幅提高，使人类平均寿命得以延长，同时世界人口老龄化问题日渐突出[1-2]。按照国际上对老龄化的定义，我国早在本世纪初就已步入老龄化社会。据统计，60周岁及以上人口25388万人，占总人口的18.1%，从数据上来看，我国老龄化形势日益严峻，我国60周岁以上老年人口增加859万人，而2019年，我国60岁以上老年人口仅增加439万[3-4]。但是在全部老龄人口中，65岁以上的老年人口增长十分迅速 [5-6]。另一方面，由于自然灾害、交通事故以及各种其他原因，导致残疾人的数量日益增多，据世界卫生组织统计，每年有18万以上的15岁以下儿童死于道路交通事故，数十万的儿童致残[7]。根据《2006 年第二次全国残疾人抽样调查报告》，全国各类残疾人的总数为 8296 万人，其中肢体残疾 2412万人，占29.07%[8]。
由此可见，丧失行走能力的老年人和残疾人数量庞大，尤其是肢体残障者，由于国内无障碍基础设施的不足，使得他们在社会中难以像正常人一样生活。他们不但给家里带来了巨大的经济负担和精神压力，而且对我国未来经济的发展是不利的[9]。轮椅对于年老体弱者及肢体残障者而言是他们必不可少的辅助生活工具，随着人口老龄化的加剧及残障人士的增多，其应用需求必将越来越大。其中多功能轮椅作为一种帮助行动不便人群的服务机器人，具有自主导航，智能避障和提供其他服务，能够从技术上更好地帮助他们，提高他们的生活质量和最大程度地满足他们在生活和工作中的需要，是康复和助残工程研究的一个重要方向，成为整个社会重点关注的问题之一，对于这方面的基础研究和产品设备的开发将是我国未来经济发展的重要课题[10]。
由于我国对多功能轮椅研究比较晚，所以与国外的差距大，在机构的复杂性和灵活性，市场竞争力方面同国外相比有一定差距。目前我国的老年人电子产品处于比较低端的位置，部分产品发展速度较快，出现了市场智能化发展不平衡的现象[11]。有数据显示大多数老年人对于电子产品的使用并没有那么频繁。从发明第一台轮椅后，人们对轮椅设备的研究就没有停止过，但大部分的研究都聚集在轮椅的功能上，如基本行走、速度控制等。随着人类社会和科学技术的进步与发展，轮椅设备经历了从人力机械式到由电机驱动的电动轮椅，再到具有爬楼、升降、平躺和折叠等多功能轮椅的演进。现在电动轮椅按常用功能分类可以分为以下四大类：爬楼轮椅、升降式轮椅、平躺可调轮椅、上下车轮椅。有很多学者在轮椅、汽车架方面做过一些讨论和研究[12]。廖晓辉[13]应用截面尺寸优化方法，提出车架的结构改进方案，优化后的车架刚度和强度符合设计要求，但轮椅舒适度有所降低。黄靖康[14]应用静力学分析理论和有限元软件ANSYS Workbench 对关键零部件进行静力学分析，研究出一种具有8种功能的多功能轮椅，解决了其功能单一的局限性的问题，同时研发成本也快速上升。候晓东[15]的坐卧位转换多功能轮椅利用MATLAB进行运动学分析，生成角速度和角加速度曲线，验证运动过程的平稳性，又利用SolidWorks软件Simulations有限元分析模块对轮椅框架进行有限元仿真分析，确保主要零部件的力学性能符合使用要求。黄燕[16]对基于用户需求下的多功能轮椅设计研究，根据用户需求的设计思维特征进行产品的定位与方案，多方面、多功能的对多功能轮椅的都能表达方式进行分析，了解到用户的真正需求，指出并运用用户需求在多功能产品设计的影响与设计构思，但成本居高不下。代玉兴[17]运用UG三维建模软件对护理轮椅床进行了虚拟样机的建模、装配及运动仿真。运用 ANSYS Workbench 对护理轮椅床的整体在不同工作姿态下进行了有限元静态分析，得到了应力云图及变形图，验证了护理轮椅床样机的稳定性与强度要求。周伟[18]在硬件平台的基础上进行运动控制系统软件开发，向 ARM 中移植 Windows CE 操作系统，用 PB 开发总线驱动程序，用 EVC开发多功能轮椅人机交互界面程序，在ARM中实现模糊PID运动控制算法，用 VHDL语言编写 CPLD相关程序。何溪[19]对经过调研分析发现市场中已经有的电动轮椅，根据现在有的产品进行了综合分析，从功能全面以及使用简单等方面来进行考虑，设计出一款适合老年人用的电动椅[20]，但适用人群较少，功能较为单一。
2. 研究内容与预期目标
2.1主要研究内容
随着人口老龄化问题越来越严重以及人民生活水平的不断提高，无论是高龄老人还是先天或后天肢残者对轮椅等辅助步行工具的需求将日益迫切。多功能轮椅作为先进的代步工具能有效帮助他们提高行动自由度及重新融入社会。而运动控制系统作为多功能轮椅的核心部分，它的好坏将直接影响多功能轮椅的性能，所以对多功能轮椅运动控制系统的研究有着深刻的意义。本课题即是在这样的背景下，设计一套多功能轮椅控制系统。本设计需要学生完成以下工作：（1）掌握所用控制器的基本原理；（2）掌握所用控制器的硬件组成及结构；（3）熟练掌握所用控制器的编程方法；（4）掌握以所用控制器为核心的控制系统设计；（5）分析系统的工作特点及工作原理；（6）进行控制方案设计与比对、优选设计方案。
2.1预期目标
3. 研究方法与步骤
本课题拟采用多功能轮椅控制系统。主要分为以下几个部分：硬件设计，程序编写。然后完成原理图的绘制和硬件电路图的设计，最后完成PLC软件的编程及其硬件功能的调试。其设计的主要步骤：
4. 参考文献
[1]尹晓落. 模糊PID控制在直流调速系统中的应用[D].合肥:合肥工业大学. 2008.
[2]菜自兴. 智能控制原理与应用[M].北京:清华大学出版社. 2007.
[3]姜树杰. 直流调速系统智能控制策略研究 [D].天津:天津大学. 2005.
5. 工作计划
（1）2022-3-01～2022-3-21（3周） 查阅课题背景及技术资料，制订具体实施计划，完成开题报告。（2）2022-3-22～2022-4-11（3周） 提出设计方案，熟悉控制器硬件资源，完成器件选型。（3）2022-4-12～2022-5-02（3周） 设计电路原理图，制订程序框图，编制控制程序。（4）2022-5-03～2022-5-23（3周） 系统调试及改进，修正程序错误，完成毕业设计初稿。（5）2022-5-24～2022-6-06（2周） 整理毕业设计文档，完善毕业设计论文。（6）2022-6-07～2022-6-13（1周） 提交毕业论文终稿，进行答辩。
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