一种新型的可爬楼梯轮椅结构设计及运动分析.pdf

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1、I訇似一种新型的可爬楼梯轮椅结构设计及运动分析Designandkinematicanalysisofanovelstair-climbingmechanism李育文，位建康，王红卫，张金，杨改云LIYu．wen，WElJian．kang，＼／＼NGHong—wei，ZHANGJin，YANGGai—yun(郑州轻工业学院机电工程学院，郑州450002)摘要：在研究现有爬楼轮椅重心起伏较大、乘坐不舒服的基础上，提出了一种集平地行走与爬楼梯功能于一体的多功能助行轮椅设计方案。该轮椅的倾斜支架与地面的夹角

2、为30。，依靠辅助者可以把座椅翻转到倾斜支架上，保持使用者上下楼梯时始终处于水平位置；设计了一种切换机构，通过切换机构放下和收起履带底盘，依靠履带底盘实现爬楼功能；运用ADAMS软件对切换机构进行仿真分析，结果验证了机构设计的合理性。为样机的制作提供理论依据。关键词：爬楼梯轮椅；切换机构；履带底盘；ADAMS仿真分析中囝类分号：TH112文献标识码：A文章编号：1009-0134(2014)04(上)-0135-03Doi：10．3969／J．issn．1009-0134．2014．04(I-)．37

3、0引言在设计时把轮椅的靠背、座椅、脚踏和腿托等直中国老龄事业发展报告(2013)中指出：接安装固定在整体轮椅焊接架上，这样在使用过2013年老年人口数量突破2亿，老龄化水平达到程中不能实现轮椅座椅的位置调节功能。本文提14．8％[1】。第二次全国残疾人抽样调查主要数据显出的设计思路是把座椅做成可以翻转的，翻转之示：全国共有残疾人口8000多万，占全国人口总数后座椅与地面的夹角为30。，由于楼梯与地面的斜的6．34％。有些老年人和残疾人下肢活动不便，度一般在30。左右，这样轮椅在楼梯上时，座椅他们不能像

4、正常人一样靠双腿支撑站立或者蹲下。就处于水平位置。通过切换机构可以放下履带底这时他们就需要其他辅助工具——轮椅。轮椅发盘，轮椅依靠履带攀爬楼梯。这样重心起伏小，展到现在已有几百年的历史，普通轮椅功能多种多舒适型高。本系统的机械部分主要包括：轮椅主样，现在轮椅趋向于电动。智能化方向发展，但是体框架、可翻转的座椅、切换机构、履带底盘四它们一般仅适合在平地上使用，很少具备爬楼和部分组成。轮椅的整体设计简图如图l所示。翻越路障的能力。现在轮椅市场上，能爬楼梯的轮椅很少且价格昂贵。由于履带结构能够适应各种复杂路

5、况，而且爬楼梯重心起伏小、稳定性好，很适合爬楼梯使用。国外也有很多公司开发了履带式轮椅，但是由于履带本身的局限性导致轮椅平地行走时转弯不便、行走速度缓慢叫J。因此，依据我国国情，设计一款经济实惠的爬楼梯轮椅是十分必要的。综合以上考虑，本文从对使用者的方便程度和经济因素出发，在传统轮椅的基础上，设计了履带底盘和轮椅车轮能够切换的轮椅，该轮椅既可以依靠车轮平地行走和又能依靠履带上下楼梯的多功能轮椅。另外该轮椅能够使使用者在上下楼梯时处于图1轮椅整体结构简图水平位置，提高舒适性。其中，切换机构固定在轮椅框架

6、上，然后和1轮椅的整体结构及其功能履带底盘耦合在一起，通过切换机构带动履带底传统的轮椅设计只是满足一些基本的功能，盘上下移动。座椅翻转依靠外力辅助。切换机构收稿日期：2013-12-16基金项目：2013年国家级大学生创新创业训练计划项目(201310462081)作者简介：李育文(1961一)，女，焦作武陟人，教授，硕士，主要从事机械CAE仿真研究。第36卷第4期2014-04(上)[135]l甸化通过两个推杆驱动，从而实现上下移动。履带底盘上安装有大转矩无刷直流电机，通过电机驱动履带轮实现转动。平

7、地行走依靠后轮上的两个电机驱动，可以实现前进、后退、转弯等功能。当需要攀爬楼梯时，座椅翻转到倾斜支架上；然后推杆带动切换机构放下履带，同时使轮椅车轮离地，轮椅此时靠履带行走。2座椅调节结构及其功能图3切换机构该动能原理图如图2所示，为座椅调节结构，动杆件2和对称的杆件向下移动，进而推动B、C上轮椅的支架倾斜部分与地面的夹角大致为30。。的杆件绕着两点转动，同时滑块沿着履带底盘滑楼梯的斜度为30。左右，这样当座椅绕A点翻转动。由于B、C上杆件的转动履带底盘开始向下移到倾斜支架上以后，轮椅背向楼梯爬楼时，

8、使用动。移动到一定位置时候轮椅车轮离地。轮椅依者与地面大致水平。通过模糊调节控制座椅位置靠履带来行走。反之，当使用者需要在平底上行结构简单、易于实现。使用者处于座椅的不同位走时，由于履带比较笨重，在平底上行走不便。置时，辅助者翻转座椅所需的力不同。一般情况所以推杆收缩时，轮椅车轮着地。轮椅依靠车轮下，辅助者所使用的力不会大于l50N。这对辅助来行走。利用该功能能够随时随地切换轮椅车轮者来说不会感觉很吃力。和履带底盘，切换机构机构简单、操作方便。该功能运用