坐卧位转换多功能轮椅的设计与研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：201321202049河北工业大学硕士学位论文坐卧位转换多功能轮椅的设计与研究论文作者：候晓东学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：机械工程指导教师：张顺心职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMechanicalEngineeringTHEDESIGNANDRESEARCHOFTHEPOSITION-VARIABLEMULTI-FUNCTIONALWHEELCHAIRbyHouXiaodongSupervisor:Prof.ZhangShunxi

2、nApril2016原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名：日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学校有权将学位论文的全部或

3、部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：日期：导师签名：日期：摘要随着经济的发展，老年人和残障人群的数量越来越多，逐渐成为一个社会性的难题。轮椅作为一种辅助工具，在帮助老年人和残障人群提高自我生活品质等诸多方面发挥着重要作用。基于这一现状，本文以老年人和残障人群为使用对象，在结合人机工程学的基础上，设计一种可以实现在坐姿状态和平躺状态之间相互转换的多功能人性化轮椅。主要研究内容如下：（1）阅览国内外有关文献，并对市场上现有轮椅产品进行调研和分析。结合残障人群各方面的实际需求，确定

4、轮椅应具备的三大功能模块：坐卧位转换功能、升降功能和辅助功能。针对坐卧位转换功能，给出三种机构构型方案。在分析各方案的优点和缺点后，确定最合适的构型方案。（2）对选定的坐卧位转换机构方案进行运动学分析。将机构分为驱动部分和传动部分，并对各部分建立坐标系，利用封闭矢量法建立数学模型。以电动推杆的长度为输入量，以靠背和腿托的角速度、角加速度为输出量，建立输入、输出量之间的数学模型。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。（3）依据我国残疾人轮椅的相关规定及成年人身体指标的统计参数，并参考人机工程学和人体生物力学的相关知识，对轮椅的主要尺寸和外形进行设计。

5、利用SolidWorks三维建模模块对轮椅进行虚拟设计。通过实体建模、虚拟装配等步骤，得到轮椅整机的虚拟三维模型。对装配体进行干涉检查，验证设计的合理性。（4）在坐板升至最大高度状态下，通过对轮椅坐板和升降机构的受力分析，得到施加在轮椅框架上的载荷。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，得到框架在外部载荷作用下产生的应力、应变和位移；在人体处于平躺状态时，对支撑靠背的连杆进行力学分析，并进行有限元仿真分析。通过力学分析，确保主要零部件的力学性能符合使用要求。本文设计的坐卧位转换多功能轮椅，能够实现一椅多用的功能。设计中充分考虑人机工程

6、学的因素，保证使用者的舒适性。为后续轮椅的进一步产品化提供技术支持。关键词：多功能轮椅人机工程学虚拟建模IIIABSTRACTWiththedevelopmentofeconomy,thepopulationoftheagedandthedisabledisalsoimproving.Generallyithasbecameasocialproblem.Asanauxiliarystool,thewheelchairshaveplayedanimportantroleintheaspectofhelpingtheagedandthedisabledenhancingthequalityof

7、theirlife.Inbaseofthispresentsituation,astheobjecttotheagedandthedisabled,thispaperdesignedamulti-functionalwheelchairthatcanchangetheappearancebetweensittingandlyingwithfullyconsideringtheErgonomics.Themainresea