醫用電動嬰兒車結構設計

仝光 黃杉 何銀川 李平 周悅

（上海電機學院 200240）

醫用電動嬰兒車結構設計

仝光 黃杉 何銀川 李平 周悅

（上海電機學院 200240）

本論文設計了一款新型嬰兒車——醫用電動嬰兒車，不僅可實現正常的電動驅動行駛外，還可實現電子遙控，給行動不便的產婦提供了極大地幫助，適應了現代社會追求人性化設計的趨勢和人們追求幸福生活的主題。

電動；醫用；電子控制

1 醫用電動嬰兒車市場現狀

目前在國內，還沒有出現醫用電動嬰兒車。由于適用范圍和用途的關系，現在醫院的嬰兒車都是手推車，對于醫用嬰兒車的設計創新也是在醫護方面，在醫用電動嬰兒車這方面還是一片空白。本文在現今醫用嬰兒車的基礎上，為它增加驅動系統，遙控控制系統以改善它的運動性能，減輕醫護人員的負擔。圖1為現今的一些醫用嬰兒車。

圖1 普通醫用嬰兒車

2 醫用電動嬰兒車總體設計分析

2.1 總體設計

本設計是基于傳統醫用嬰兒車的基礎上進行改進，使之成為一種遙控型多功能醫用電動嬰兒車。這種醫用電動嬰兒車的遙控行駛、驅動控制已經自動避障控制都通過微型計算機控制系統實現，微型計算機控制系統主要有單片機，電動機，傳感器和手持遙控器等多部分組成。

2.1.1 電動機的選擇

（1）電動機類型的選擇

由于直流無刷電動機具有交流電動機的結構簡單、運行可靠、維護方便等一系列優點的同時，又具備直流電動機的運行效率高、無勵磁損耗以及調速性能好等諸多優點。因此，選擇電動機的型號為直流無刷電動機。

（2）功率的選擇

由于嬰兒車是在醫院使用，且行駛速度較慢，一般不考慮空氣阻力和坡度阻力，其行駛方程為：

通過相關了解計算，本文設計的醫用電動嬰兒車滿載質量約為35kg，f為滾動阻力系數，查閱資料得f=0.035，1為車輛旋轉質量換算系數，取1=1.050，嬰兒車行駛速度≤8km/h，嬰兒車加速過程為1.5s。本設計又從多方面考慮，使選取電動機的功率在電動嬰兒車行駛克服空氣阻力和摩擦阻力的基礎上擴大30%，確保電動嬰兒車有足夠的動力正常行駛。因此所選電動機的動力應不小于85.8W。

（3）轉速的選擇

本設計中，驅動輪直徑d=10cm，嬰兒車行駛速度不大于8km/h。減速器傳動比選擇1：6。驅動輪轉速：

由上述數據可得，所需電機轉速應不小于2520r/min

2.1.2 電動機控制系統設計

（1）電動機轉速控制系統的選取

近年來，大規模集成電路技術以及計算機的快速發展，使直流電動機調速系統的準確性，動態性能以及可靠性上得到了更大的提高。又由于電力電子技術中的IGBT等大功率器件的發展，晶閘管被取代，因此，出現了性能更好的直流調速系統。

（2）電動機轉速控制系統的原理

利用脈寬調制（PWM）調節供電電壓的寬度，當脈沖最寬時，相當于直流電，功率最大，轉速最高。脈沖寬度減脈沖頻率并沒有變。脈寬調制并不是直接調整電機的速度，而是改變電機的功率或扭矩。扭矩大了，換向加快，轉速就提高了。通過控制脈沖占空比來改變電機的電樞電壓。本系統用的是定頻調寬法。在脈沖作用下，當電機通電時，速度增加。電機斷電時，轉速逐漸減小。

（3）電動機控制系統總體設計方案

系統以PIC單片機為控制核心，通過鍵盤設置各段運行參數，也可通過電腦設置下載到單片機。單片機輸出二進制控制量，經D/A轉換電路將對應模擬電壓送到直流伺服放大器的設定值輸入端。放大器根據輸入的模擬電壓而輸出對應的電壓經驅動器來控制直流電機的轉速。直流電機同軸的光電編碼器E輸出A、B兩路方波信號送到整形電路，通過整形電路送到單片機用于測量轉速。不斷比較設定值和實際值，根據比較獲得的誤差調節放大器的輸出電壓。

2.1.3 紅外遙控裝置原理及方案

遙控器有兩種狀態：學習狀態和控制狀態。當遙控器處于學習狀態時，使用者每按一個控制鍵，紅外線接收電路就開始接收外來紅外信號，同時將其轉換成電信號，然后經過檢波、整形、放大，再由CPU定時對其采樣，將每個采樣點的二進制數據以8位為一個單位，分別存放到指定的存儲單元中去，供以后對該設備控制使用。當遙控器處于控制狀態時，使用者每按下一個控制鍵，CPU從指定的存儲單元中讀取一系列的二進制數據，串行輸出給信號保持電路，同時由調制電路進行信號調制，將調制信號經放大后，由紅外線發射二極管進行發射，從而實現對該鍵對應設備功能的控制。

2.2 功能介紹

2.2.1 醫用嬰兒車的驅動轉向功能

醫用電動嬰兒車在驅動輪左右兩側分別安裝兩個24V、100W、3000rad/min直流無刷電動機，采用單片機和嵌入式控制系統和加裝在電動機上的減速器來實現嬰兒車在規定的速度條件下前進、后退，通過控制兩個電機的差速作用來控制整車的轉向。使嬰兒車在無需人力的情況下簡潔輕便的進行控制。

2.2.2 醫用電動嬰兒車的自動避障功能

通過在嬰兒車上加裝攝像頭傳感器采集行車過程中前方道路的情況，控制電腦通過采集的數據自動分析處理，來實現嬰兒車在行駛過程中遇到前方障礙物自動停車繞行的功能。

2.2.3 醫用電動嬰兒車嬰兒盆一端自動抬高功能

在嬰兒盆下方安裝有氣壓控制裝置，通過手動控制氣壓開關閥使嬰兒盆一端在氣壓的作用下自動升高，平趟在車內的嬰兒頭高腳底，防止嬰兒喂奶時嗆到。

3 總結

從醫用嬰兒車的功能作用方面來看，未來醫用嬰兒車的研究應該在監護方面，而并非動力性方面，它的本質是嬰兒護理床，在醫護方面的要求是主要層面，以現今階段的技術水品而言，可以使其在動力性方面達到完美控制，但是這樣做的成本太高，不符合實際情況。所以，今后醫用嬰兒車設計發展主要是在醫護方面做創新，可以再此基礎上對動力性方面做一定的改革。總而言之，由于醫用嬰兒和使用的普遍性，對醫用嬰兒車的設計研究是很有價值的。

[1]陳媛媛.嬰兒手推車的綜合設計研究[J].科教導刊（上旬刊），2013（01）.

[2]吳蓉瑛.淺談嬰兒用品的人性化設計[J].大眾文藝，2012（06）.

TS958.7

A

1004-7344（2016）09-0319-02

上海市大學生科技創新項目資助（A1-5701-14-006-08-61）。

2016-3-10