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1、爬樓梯輪椅設(shè)計(jì)說(shuō)明
人力式平穩(wěn)爬樓輪椅設(shè)計(jì)說(shuō)明書
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指導(dǎo)教師：
申請(qǐng)時(shí)間：2021年12月27日
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目錄
一、設(shè)計(jì)的目的和意義 3二、問(wèn)題提
出 4三、設(shè)計(jì)方案選
擇 5
四、機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 7五、構(gòu)件三維造
型 9六、運(yùn)動(dòng)仿真分析集
成 11七、設(shè)計(jì)總
結(jié) 12八、參考文
獻(xiàn) 12
人力式平穩(wěn)爬樓輪椅
一、設(shè)計(jì)的背景和意義
高齡人群以及下肢殘障者的最大障礙是步行能力的減弱甚至缺失，他們不僅喪失行動(dòng) 力，更需要有勞動(dòng)能力的人來(lái)加以護(hù)理。目前，
大部分年老體弱者及肢體傷殘者都會(huì)選擇輪椅作為他們的代步工具，并且大都需要家 人或護(hù)理人員伴隨協(xié)助輪椅的使
2、用。然而，普通輪椅無(wú)法攀登樓梯，從而限制了輪椅使用 者的活動(dòng)范圍，影響其參與社會(huì)生活。尤其是國(guó)內(nèi)城市以多層公寓式樓房居多，電梯并沒(méi) 有普及到所有的居民住宅，這給輪椅乘坐者造成諸多不便。
為了緩解上述弱勢(shì)群體因?yàn)楸壤@著增加而給社會(huì)經(jīng)濟(jì)、醫(yī)療護(hù)理各方面帶來(lái)的巨大 壓力，更好的關(guān)懷老年人、殘疾人的生活，改善他們的生活質(zhì)量，除了增加房屋和各種公 共建筑設(shè)施的無(wú)障礙設(shè)計(jì)，擴(kuò)大輪椅的使用范圍之外，改進(jìn)現(xiàn)有的普通輪椅，使其兼?zhèn)淦?地行獨(dú)以及爬越樓梯障礙兩種功能，成為更行之有效、立竿見影的措施。因此，為了解 決上述需求，給老年人和殘疾人提供性能優(yōu)越的代步工具，解決樓梯對(duì)他們生活造成的不 便，同時(shí)考慮使用者
3、的經(jīng)濟(jì)承受能力，研究一種價(jià)格適宜、平穩(wěn)安全的爬樓梯裝置具有重 大的意義和實(shí)用價(jià)值。
二、現(xiàn)有產(chǎn)品分析及產(chǎn)品簡(jiǎn)介
目前市場(chǎng)上的爬樓輪椅采用的主要是兩種爬樓方式一一履帶式和輪組式爬樓輪椅。
（圖1）輪組式爬樓輪椅
如上圖1,輪組式的輪椅則大都采用三葉輪式和四葉輪式，機(jī)構(gòu)精巧，但無(wú)法克服爬 樓時(shí)兩臺(tái)階間的震蕩，上下樓梯時(shí)該類型裝置重心起伏較大，會(huì)使乘坐者感到不適而且難 以實(shí)現(xiàn)在平地上的獨(dú)立行走，需要其他人的時(shí)刻陪護(hù)和推拉。
（圖2）履帶式爬樓輪椅
（圖2）為履帶式爬樓輪椅，履帶式爬樓裝置技術(shù)較成熟，操作簡(jiǎn)單，行走時(shí)重心波 動(dòng)很小，對(duì)樓梯的形狀、尺寸適應(yīng)性強(qiáng)。但履帶式的多為電力機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，需
4、要大功率的電 機(jī)和笨重的履帶，同時(shí)對(duì)于履帶的精確控制，對(duì)于?重心的平衡都使得機(jī)構(gòu)過(guò)于,笨重龐大而 且造價(jià)高昂。
在對(duì)現(xiàn)有的產(chǎn)品進(jìn)行詳細(xì)了解和分析的基礎(chǔ)上我們?cè)O(shè)計(jì)了履帶式和傳統(tǒng)式相結(jié)合的設(shè) 計(jì)，使得輪椅在爬樓時(shí)能像履帶式爬樓輪椅一樣的平穩(wěn)，不需要他人陪護(hù)，在平地上更可 以獨(dú)立自由行走，轉(zhuǎn)向自如，同時(shí)簡(jiǎn)化了機(jī)構(gòu)，不需要外加大功率電機(jī)、復(fù)雜控制系統(tǒng)及 笨重的履帶，大大減輕了重量，降低了制造成本。
三、產(chǎn)品機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介
四、產(chǎn)品設(shè)計(jì)原理
此人力式可爬樓輪椅利用杠桿省力、螺旋傳動(dòng)等原理進(jìn)行人力驅(qū)動(dòng)，同時(shí)自主設(shè)計(jì)的 離合器實(shí)現(xiàn)平地與爬樓之間不同工況的轉(zhuǎn)換，利用螺桿自鎖原理保證機(jī)構(gòu)的安全性和可靠 性，四
5、連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)則保證了后輪的可靠到位和簡(jiǎn)單精巧的控制。在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)利用 Solidworks, Ansys, ADAMS等軟件對(duì)運(yùn)動(dòng)、受力及機(jī)構(gòu)合理性進(jìn)行分析優(yōu)化，提高設(shè)計(jì)效 率和機(jī)構(gòu)的合理性。下面為其工作原理：平地行走：當(dāng)在平地行走時(shí)，履帶處了收起狀 態(tài)，其工作原理等同于普通型輪椅，在后面可變向小輪的支撐下通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)前面大輪可以實(shí) 現(xiàn)自由行走。
下樓過(guò)程：當(dāng)走到樓梯口要下樓梯時(shí)，用戶需要旋轉(zhuǎn)大輪外側(cè)的另一個(gè)輪子，在錐齒 和螺桿的作用下使履帶繞后部較點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，直至履帶抵觸到臺(tái)階面將大輪脫離地面，同時(shí)在 旋轉(zhuǎn)此小輪的過(guò)程中會(huì)使特殊設(shè)計(jì)的離合器嚙合，構(gòu)成大輪與內(nèi)置齒輪之間的傳動(dòng)關(guān)系， 進(jìn)而通過(guò)旋轉(zhuǎn)大
6、輪帶動(dòng)履帶主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，而后部的小輪則在四連桿機(jī)構(gòu)作用下收起，旋 轉(zhuǎn)大輪實(shí)現(xiàn)下樓運(yùn)動(dòng)。當(dāng)?shù)竭_(dá)地面時(shí)，再次反轉(zhuǎn)外側(cè)小輪，將履帶收起，離合器斷開，后 部小輪著地支撐，進(jìn)行平地行走。上樓過(guò)程：當(dāng)上樓時(shí)，則采用背部先上，同樣先旋轉(zhuǎn) 外側(cè)小輪，將履帶放下，離合器嚙合，后部小輪收起，通過(guò)大輪和嚙合齒的直徑比可以起 到明顯的增距減力，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)安全上樓。
五、產(chǎn)品的技術(shù)要點(diǎn)
（1）傳統(tǒng)的普通輪椅與笨重的履帶式結(jié)構(gòu)的互補(bǔ)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)爬樓時(shí)的平穩(wěn)性。
（2）整個(gè)系統(tǒng)采用人力驅(qū)動(dòng)，并利用杠桿增距減力原理使上樓過(guò)程簡(jiǎn)單省力，同時(shí) 避免使用復(fù)雜昂貴笨重的電動(dòng)設(shè)備，性價(jià)比高。（3）獨(dú)特設(shè)計(jì)的離合器機(jī)構(gòu)，和后部四 連桿
7、機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)一個(gè)動(dòng)力源的目的，簡(jiǎn)化人的操作，通過(guò)簡(jiǎn)單的旋轉(zhuǎn)外側(cè)小輪即可同時(shí)實(shí)現(xiàn) 履帶的起落、后部小輪的收縮、離合器的控制，操作簡(jiǎn)單
（4）利用螺桿傳動(dòng)中的自鎖，避免上下樓時(shí)履帶的位置變化帶來(lái)的危險(xiǎn)。
（5）模仿變速自行車的機(jī)構(gòu)，采用傳動(dòng)鏈條張緊輪機(jī)構(gòu)，并合理布置在上樓時(shí)的松 邊
（6）后部小輪起落架連桿機(jī)構(gòu)各桿長(zhǎng)的精確設(shè)計(jì)，保證小輪的可靠到位和小輪最合 理的承重方向
參考文獻(xiàn)
[1]江紅,楊勇,喬蘭東.SolidWorks實(shí)例解析一曲線、曲面、仿真、渲染.北京：機(jī) 械工業(yè)出版社.2021. 10
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[3]謝進(jìn)，萬(wàn)朝燕，杜立杰.機(jī)械原理.高等教育出版社.2021.1
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