车载担架改进设计及振动控制仿真研究

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近年来,需要从住宅楼上转运到救护车跟前的病例明显增加,但是目前的转运工具往往需要多人协作操作才能将伤病员安全送出。鉴于以上情况,本文在现有车载担架的基础上设计一种较为方便紧凑的下楼担架车,可以提高救护转运效率,降低转运工作强度,减小甚至避免对伤病员的二次伤害。主要研究内容如下:(1)提出了下楼担架车设计方案与总体结构布局,建立了整体的三维构型,分别进行了移动机构、折叠机构与调平机构三大主要机构的结构与尺寸设计。(2)分析了下楼担架车的运动学特性,通过计算并求解担架车在直线运动、转向运动下的运动学方程,得出了担架车实现直线运动、转向运动的约束关系;通过在不同倾斜角度下对调平机构调平过程的分析,得到了乘卧患者的姿态在达到绝对水平位置的情况下,调平机构中电动推杆的伸缩长度、运行时间与承载平面角度的变化关系。(3)建立了担架车-人体垂向振动模型,推导了人体振动加速度频响函数,分析了结构参数-阻尼比对人体振动加速度幅频特性的影响,并对此结构参数使用了解析优化以及模拟退火算法优化,得到两种方法的优化结果几乎一致,最后利用优化后的阻尼比参数进行不同路面下的振动仿真,对比分析了两种工况下使用隔振器与未使用隔振器时系统的时域、频域响应。(4)建立了整个系统的振动模型、微分方程模型、状态空间模型。在以上模型的基础上,又建立了系统振动主动控制动力学模型,主要对主动控制策略进行了设计。分别设计了基于全状态反馈的随机线性二次型最优控制器、基于Lyapunov稳定性的模型参考自适应控制器,针对模型参考自适应控制减振策略的性能进行了时域、频域仿真。结果表明,MRAC减振策略使其既保留优良控制器的减振效果又能使系统结构参数在不确定情况下具有较好自适应能力。
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