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履带-轮组式电动多功能轮椅
设计说明书
(
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—
目录
设计任务书 (1)
第一章绪论 (2)
设计的背景和意义 (2)
~
现有产品简介及产品分析 (2)
本章小结 (3)
第二章设计方案选择 (4)
轮椅机构形式的选择 (4)
轮组的选择 (4)
履带的收放机构 (5)
座椅调平机构 (6)
本章小结 (8)
！
第三章轮椅的结构设计与运动分析 (8)
轮椅的结构设计 (8)
轮组 (8)
履带及其收放机构 (10)
轮椅的运动分析 (14)
轮椅的平地行驶及越障功能 (14)
轮椅爬楼梯过程的分析 (16)
第四章轮椅驱动与传动系统的设计 (19)
-
轮椅的驱动系统 (19)
电机参数的确定 (20)
轮椅中间主体的传动设计 (22)
第五章轮椅运动控制系统设计 (23)
轮椅的功能分析 (23)
轮椅的控制系统 (23)
第六章总结 (28)
参考文献 (28)
设计任务书
技术要求：
1）功能：直线行驶、匀速、加速、减速、转弯、爬楼梯等；
2）较强的爬梯适应能力，应对楼梯结构的多变性；
3）良好的机动性，使其能够在平地行驶、爬楼梯、跨越障碍等动作状态间很好的过渡转换；
4）结构紧凑, 操作方便, 工作可靠；
5）良好的稳定性，利用滚轴滑轨机构进行座椅调平, 使其在越障、跨沟和爬楼梯时始终保持水平；
6）较强的越障能力和路面适应性；
7）抗冲击能力强；
8）具有更大的作用面，可以适应各种复杂多
样的路面。
第一章绪论
设计的背景和意义
年老体弱、下肢残障者在日常生活中的最大障碍就是步行能力的减弱甚至丧失。这些人行动不方便，需要有能正常行走的人加以照顾。目前，大部分年老体弱、肢体伤残者的代步工具都是普通的轮椅，普通的轮椅都是靠人力推动的，而且普通轮椅不能过障碍物，也不能越沟，更无法攀登楼梯，从而限制了轮椅使用者的活动范围，影响其参与社会生活。尤其是国内城市以多层公寓式楼房居多，电梯并没有普及到所有的居民住宅，这给轮椅乘坐者造成诸多不便。
为了给上述弱势群体带来方便，更好的关怀老年人、残疾人的生活，改善他们的生活质量，除了增加房屋和各种公共建筑设施的无障碍设计，扩大轮椅的使用范围之外，改进现有的普通轮椅，使其兼备平地行驶、越沟、过障碍、爬楼梯等多种功能，将是更加行之有效的一种措施。
为了上述需求，给老年人和残疾人提供性能优越的代步工具，解决障碍、楼梯等对他们生活造成的不便，同时考虑使用者的经济承受能力，研究一种价格适宜、平稳安全的电动多功能轮椅具有重大的意义和实用价值。
现有产品简介及产品分析
目前市场上具备爬楼梯、越障等功能的轮椅主要有两种类型——履带式和轮组式。
如图1，轮组式的轮椅大都采用三叶轮式和四叶轮式，机构精巧，能实现平
（图1）轮组式的轮椅
地行驶、越沟、过障、爬楼梯等功能，而且平地行驶时，轮椅比较平稳，人坐着也比较平稳，但无法克服爬楼梯时两台阶间的震荡，上下楼梯时该类型轮椅重心起伏较大，会使乘坐者感到不适而且难以实现在平地上的独立行走，需要其他人的时刻陪护和推拉。
如图2为履带式爬楼梯轮椅，履带式爬楼梯轮椅技术较成熟，操作简单，对楼梯的形状、尺寸适应性强，爬楼梯时波动小，乘坐的人比较舒服，而且平地行驶也比较平稳；但履带式轮椅越障时不够平稳，重心波动大，乘坐者会感到不舒服，而且，履带式轮椅在平地行驶时阻力比较大，所以消耗的功率就比较大。
图履带式爬楼梯轮椅
本章小结
由上述对现有的产品进行详细了解和分析可知，履带式和轮组式轮椅都有各自的优点，有都有各自的缺点。履带式轮椅在爬楼梯方面具有优越性，在爬楼梯时无重心、波动稳定性好，但是，当在平地上行驶时阻力会很大，所以功耗较大，可能还要增加辅助电机，使轮椅的结构变得复杂；而且，当在平地上遇到障碍时，轮椅就会产生波动、变得不平稳。轮组式轮椅在平地行驶时具有优越性，路况比较平坦时，轮椅行驶比较平稳，在平地上遇到障碍时，越障也比履带式轮椅波动小；但是，在爬楼梯方面轮组式轮椅却有着很大的缺陷，轮组式轮椅在爬楼梯时重心波动很大，稳定性很差。
第二章设计方案选择
轮椅机构形式的选择
在第一章对现有轮椅进行详细分析之后，了解到了各种形式轮椅的优缺点，在此基础上，利用它们的优点，避开它们的缺点，就可以设计出一种更加具有优越性的电动多功能轮椅——轮组-履带式电动多功能轮椅。这种轮椅结合了轮组式和履带式轮椅的优点，在这种轮椅上既装有轮组，又装有履带。在平地行驶、跨沟、越障时，使用轮组，而在爬楼梯时，轮椅会放下履带，使用履带爬楼梯。
轮组的选择
轮组式的轮椅大都采用三叶轮式和四叶轮式，四叶轮爬楼梯比三叶轮平稳，但是四叶轮的结构比三叶轮复杂，而且轮组-履带式电动多功能轮椅是使用履带爬楼梯的，所以采用三叶轮。而三叶轮也有多种形式，主要有链传动的（如图），齿轮传动的（如图）。链传动是一种挠性传动，它由链条和链轮组成，通过链轮轮齿与链条链节的啮合来传递运动和动力。但是，链传动有很多缺点：运转时不能保持恒定的瞬时传动比；磨损后易发生跳齿；工作时有噪声；不宜用在载荷变化很大、高速和急速反向的传动中。
图链传动三叶轮1
2
3
4
56
1 车轮
2 小轮链轮
3 中心链轮
4 支架
5 张紧轮轮
6 传动链条
齿轮传动具有一下优点：效率高，在常用的机械传动中，以齿轮传动的效率
1
2
3
4
5
1 驱动齿轮
2 过度齿轮
3 中心齿轮
4 转臂
5 小车轮
图齿轮传动三叶轮
为最高；机构紧凑，在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间尺寸一般较小，这一点正好适合用在轮组中，减小了轮组的体积，这样也可以减小轮椅的体积；工作可靠，寿命长，这一点应用在轮椅上，可以使轮椅的使用寿命加长，也提高了轮椅的安全性；传动比稳定，传动比稳定往往是对传动性能的基本要求，齿轮传动获得广泛应用，也就是由于具有这一特点，这一特点也适合用在轮椅上。
履带的收放机构
由于履带只在爬楼梯时使用，而在平地行驶时使用的是轮组，所以履带平时
是收起来的，只在爬楼梯时才放下，故在设计履带时，要考虑到履带的收放机构，也就是说履带要有专门的收放机构。
如图即为履带及其收放装置的机构简图，其中液压缸1（也可以采用气压缸）是收放机构的主要部分，利用液压缸1的往复伸缩就可以实现履带的收放，并且可以使履带产生一定的倾斜角度，这样履带就可以跨上楼梯的第一级，进而实现爬楼梯的功能。
座椅调平机构
在上下楼时爬楼梯轮椅整体是倾斜的,而且在跨越障碍、越过凹坑
时轮椅也会产生倾斜，在倾斜的轮椅会使乘坐者感到不适。为了克服这一弊端和
轮椅爬楼过程中重心的起伏, 要设计一种可以减缓波动的机构，波动小了，乘坐者才会感到舒适。如果座椅和座椅支架是固定在一起的，当轮椅因越障、跨沟、爬楼梯而产生倾斜时，乘坐的人也会一直倾斜着，所以只有把座椅和座椅支架做成滑动连接的才能实现当轮椅发生倾斜时而乘坐的人可以始终保持水平乘坐，这样，乘坐的人才不会感到不舒服。座椅支架与滑轨的连接方式如图所示。
图 履带及其收放机构简图
5
1
2
3
4
6
1 液压缸
2 轮椅支架
3 摆臂履带 4
车身主履带 5 驱动系统 6 传动系统
其主要由圆弧形轨道及滚轴组成。滑轨焊接在底架上, 滚轴通过螺纹连接固定在座椅底部的支架上, 其轴端安装有轴承可以在滑轨里滑动,从而实现座椅的平。
该滑道滑轨式座椅的外形结构简图如图所示：座椅支架通过轴承与圆弧
形轨道形成滑动连接，圆弧形轨道与轮椅底盘连接成一体，这样，当底盘与圆弧形轨道发生倾斜时，轴承就会沿圆弧形轨道滑动，使座椅始终保持水平，乘坐的
1
2
图 座椅机构简图
1 座椅支架
2 圆弧形轨道
图 滚道滑轨式座椅原理图
1
2
3
4
1
轴承 2 座椅支架 3
滑轨 4
滚轴
人也就可以始终保持水平。
本章小结
通过上述分析，可以初步确定轮椅的主要机构。轮组采用三叶式、齿轮传动的行星轮式结构，每个小车轮既可以绕各自的轴自转，又可以绕机架传动轴公转，平地行驶时小车轮自转，越障、跨沟时小车轮不再自转，而是绕传动轴公转；轮椅除了采用轮组外，还要增设履带装置，并且，还设有履带的收放机构，当遇到楼梯时，放下履带，平地行驶时，收起履带；轮椅支架与底盘用轴承实现连接，能够在底盘发生倾斜时，也能保持水平。
第三章轮椅的结构设计与运动分析
轮椅的结构设计
轮椅的结构设计主要包括轮组、履带、车架等的设计。
轮组
由第二章可知，轮椅的轮组采用三叶式齿轮传动的星形轮结构。轮组机构的外
图轮组机构示意图
形图如图所示：轮组主要由车轮、齿轮、转臂组成。小车轮具有两种运动方式：小车轮的自传，小车轮绕驱动轴的公转。这两种运动方式实现了轮椅的不同运行方式。如图所示为轮组的转臂，转臂的作用为：用于安装齿轮，对齿轮
进行定位；转臂的另一个主要功能是带动小车轮绕转轴公转；除此之外，转臂还起到强化机构、支撑轮椅支架等功能。
轮组是用齿轮传动的，一个轮组中包含有七个齿轮，如图所示为轮组的
一支，其中1为小车轮，；2为驱动齿轮，用来驱动小车轮自传；3为轮组的转臂，用来驱动小车轮绕驱动轴公转；4为过度齿轮；7为中心齿轮；6为传动轴一，一端与中心齿轮配合，通过轴承空套在转臂3上，一端与链轮配合，并通过轴承空套在主车架上；5为传动轴二，一端通过螺栓与转臂3固连，一端与链轮配合，并通过轴承空套的主车架上；传动轴一与传动轴二通过轴承相互空套；过渡齿轮4，驱动齿轮2各自通过轴承空套在转臂3上；小车轮1通过螺栓与驱动齿轮2
2 3
4
5
6 轮组局部结构图
7 1 图 轮组转臂
固连，三个小车轮的中心轴线呈等角分布。由于转臂3，过渡齿轮4，驱动齿轮2（包括小车轮6）都是空套在相应的轴上，因此驱动轮系包含三个结构完全相同的差动轮系，这三个差动轮系共用中心轮和行星架，并且沿周向对称分布，增设过渡齿轮4，可以保证同时着地的两个小车轮1具有和中心齿轮7相同的旋向，朝同一方向滚动前进。
履带及其收放机构
在第二章已经对履带的机构作了简要介绍，如图为履带及其收放机构的简图。履带的收放是通过液压缸的往复运动实现的。其原理的AutoCAD图如图所示：履带的收放机
图履带及其收放机构
构采用的是分离式液压千斤顶，千斤顶是由一个支撑油缸和一个手动泵组成，它们之间由一根油管连接，通过反复压动手动泵来实现履带的收放和履带倾斜角度的变化。
根据轮椅高度和所设计履带高度选择千斤顶。L为千斤顶高度最小时的长度,L′为千斤顶伸出一定长度，顶起履带并使其发生一定角度时的长度。
图 千斤顶升降简图
L =LL ， L‘=L ′
L
AB 为履带，通过千斤顶履带转过一定角度∠LL’L ，因为大部分楼梯坡度为30o ,所以上楼梯时，至少把履带旋转30o , 即∠LL’L =30o
根据正余弦定理：
LL′LLL∠LLL′
=
LL
LLL∠LL′L
L′L 2
=LL 2
+LL′2
?2LL ?LL′LLL∠LLL′
取:
LL =380mm LL =LL
′
=320mm
解得：
B‘C ?BC =160mm
即千斤顶的行程至少为160mm
分离式液压千斤顶要配有液压控制系统，该液压系统基本原理如图所示：液压系统基本原理：系统由油箱，过滤器1，液压泵2，溢流阀3，换向阀4，节流阀5，换向阀6，液压缸以及连接这些原件的油管，接头等组成。该系统的工作原理是液压泵从油箱吸油，泵输出的压力油→换向阀4→节流阀5→换向阀6→液压缸左腔，推动活塞运动，通过活塞杆推动重物。这时液压缸7的右腔的油液
A
B'
B
D
C
→换向阀6→回油管→油箱。若将换向阀7切换位置向左移，则压力油→换向阀
图液压控制系统
6→液压缸右腔，推动活塞使其复位，放下重物并使液压缸左腔油液→换向阀6→回油管→油箱。其中节流阀的功能是调节工作速度，溢流阀的功能是是调节和稳
定系统的最大工作压力。
为了克服各种阻力，液压缸必须提供足够的动力，而这个动力是由液压缸中
的油液压力所产生的。要克服的阻力越大，缸中的油液压力就越高，阻力越小，
压力就低。即液压缸的压力取决于负载。
履带的选择
履带驱动轮的选择关系到轮椅爬楼梯的性能指标。履带的驱动轮分布主要有后
轮驱动和前轮驱动两种。履带两端的导向轮哪一个用来驱动更为合适与履带机构
的形状有关。对于该轮椅的履带，以驱动轮在后方比较有利，这时履带的上分支
受力较小，导向轮受力也较小，主履带承载分支处于微张紧状态，运行阻力较小，
如图所示。反之，前轮为驱动轮时，履带的上分支及导向轮承载最大载荷，履
带承载分支部分长度处于压缩弯折状态，运行阻力较大，见图。
为了节省空间，本题目中的传动系统采用了行星减速器设计。从结构上实现
图
2K-H 型行星齿轮传动机构
a b
H
c
图前轮驱动
图后轮驱动
了电机直接驱动后轮。行星减速器采用 2K-H 型行星齿轮传动。原理如图所示：a、b为太阳轮；c为行星轮；H为转臂。该机构的优点是结构比较紧凑，回程间隙小、精度较高，使用寿命很长，额定输出扭矩可以做的很大，但价格略贵。
轮椅的运动分析
经过前面几章的分析可知，电动多功能轮椅不仅要具备在平地上行驶的功能，而且还要具备越障、跨沟、爬楼梯等复杂功能，下面将对轮椅的这几种功能作详细的分析。
轮椅的平地行驶及越障功能
平地行驶是轮椅最基本的功能，在此基础上对轮椅进行加速、减速，并实现转弯的功能。如图所示为轮椅在平地上行驶时的示意图（此时为了表达方便，在图中并未画出履带结构）。此时，每个轮组各有两个小车轮着地，如图所
图平地行驶
示：传动轴一带动中心齿轮转动，中心齿轮经过度齿轮带动驱动齿轮转动，如此
就实现了小车轮的自传运动，进而使轮椅能够在平地上行驶。当两侧运动单元中的小车轮等速运动时，轮椅直线行走；当两侧小车轮反向转动时，轮椅就会在原地转向，不同速度运转实现不同的转向半径，于是就实现了轮椅的转弯功能。
当轮椅在平地上遇到障碍时，如果障碍物尺寸较小，可利用小车轮尺寸优势直接通过；当前进的车轮碰上较高障碍而停止不动时，驱动轮系就演变成行星轮系，轮辐带着另外两个车轮绕前轮的驱动轴轴线回转，实现翻越障碍的目的。如图所示为轮椅跨越障碍物的过程示意图。由图可知轮椅在跨越障碍时底盘（圆弧形滑轨）会随驱动轴轴心高度的变化而发生倾斜，但是通过调平机构的调整，座椅在整个过程中始终保持水平，进一步验证了这种轮椅机构能够实现调平的功能。在轮椅跨越障碍物的过程中，过障碍的轮组的驱动轴一（如图）由电磁离合器（后面将会介绍到）锁死，所以中心齿轮也被锁死，小车轮不再做自传运动（主要目的是防止小车轮滑移），而只绕驱动轴做公转运动，如此就实现了轮椅跨越障碍的功能。
a b
c d
图轮椅跨越障碍
轮椅在遇到较窄的深沟时（深沟宽度小于2倍轮辐长），为克服前进中的阻力，与越障机理一样，驱动轮系演变成了行星轮系，完成跨沟的过程，如图所示：
跨沟的原理和跨越障碍时的原理类似，由图可知，在整个跨越过程中座椅也是始终保持水平的，由此可知调平机构同样适用于跨沟过程。
轮椅爬楼梯过程的分析
爬楼梯是电动多功能轮椅所具备的一种独特的功能，很多普通轮椅都不具备这种功能，这也是这种轮椅的最大优势。爬楼梯分为两个过程——下楼过程和上楼过程。下面分别对这两个过程作详细的介绍。
下楼过程：当走到楼梯口要下楼梯时，用户需要开启液压控制系统，放下履带并使其倾斜一定角度，直至履带抵触到台阶面将轮组脱离地面，启动履带的驱动系统，进而通过履带主动轮的转动带动轮椅下楼梯。当到达地面时，再次通过液压控制系统将履带收起，轮组着地，进行平地行走。
上楼过程：当上楼时，则采用背部先上，同样先旋转外侧小轮，再将履带放下，离合器啮合，履带着地，轮组收起，启动履带控制系统，带动履带上楼梯。
a b c d 图 轮椅跨沟过程
如图所示为轮椅爬楼梯的简化图（图中将爬楼梯简化为爬坡）。下面对履带爬梯过程进行详细分析:假设履带轮廓为长圆形。即中段为长度L 的直线履带，两端为直径为D 的半圆形履带。履带的质量分布均匀，重心在几何对称中心。又设单级楼梯的高度为H ，宽度为W 。履带式爬楼梯的过程可以分为两个阶段。第一个阶段是从平地攀上第一级楼梯，如图所示姿态由水平态变为爬坡态；第二个阶段是履带在各阶楼梯上平稳爬行，如图所示，姿态不变。以下分不同阶段分析。
在第一阶段，如图。履带前端与楼梯接触后，在地面摩擦推力和前段摩擦举力的作用下，重心不断升高，同时履带的中心线与地面夹角不断变大，重心缓慢前移。以第一楼梯的尖角A 点为支点，履带翻越楼梯的第一阶段的条件可以用下
图 履带翻越楼梯的第一阶段
式进行描述：
(L 1L 1)?△L +ωL ?
<(L ?L 2)?△L （1）
其中，1T 为履带推力，G 为重力，21,L L 分别为1T 、G 对A 点的力臂，ω为履带抬起的角速度,L ?
为转动惯量，根据上式，可以得到一下定性的的结论：在履带攀越第一阶楼梯时，攀越成功的必要条件是重心在行进方向上“超越”了翻越支点A ，即02>L 。重力提供了全部的翻转力矩，履带的移动会加快重心的“超越”，提供更大的翻转力矩，加速翻转过程。翻转临界点是重心处于A 点正上方的时候，此时02=L ,履带轴线和水平地面的夹角称为翻转临界角*θ，当“翻越”发生前，即ω为逆时针时，转动角惯量ω*L 要小，以便于克服重力翻转力矩，因此应该降低履带的运行速度：当“翻越”发生时，ω为顺时针，此时履带的后端接地点已经离开地面，不再存在，因此可以加快履带运行速度，使得2L 迅速变大，加快翻越过程。根据条件（1），即所谓重心“超越”条件，利用几何原理，得到下式：
()[]θθSec K Sin L H -+≤121
L D K 2=
计算结果表明，当7=D L 时，最大翻越高度约等于L 35.0，此时*θ约等于50度。
可见对于长圆形节线履带，只有增大长高比，才能获得更好的爬垂直效果，在尺度不变的情况下，就要降低重心，或者重心前移。
在第二阶段，如图所示履带的姿态保持不变，为了稳定地运行，履带的长度
图 履带翻越楼梯的第二阶段
轮椅的使用方法和注意事项 1、端正坐姿使患者坐于轮椅正中部位，背向后靠并抬头，髋关节尽量保持在90°左右。不能自己保持平衡者，应加系安全带固定，以保证患者安全。 2、肌力强化躯干肌力和控制能力的，以保证患者能安全的坐在轮椅中进行各种活动。常选择如桥式运动、燕式平衡、仰卧起坐等。用哑铃、杠铃等强化上肢肌力和耐力的，以保证上肢有足够的支撑力。 3、轮椅转移为了使患者能独立使用轮椅完成各种转移，必须指导患者进行专门的。教会患者独立使用各种转移技术如从床上左右、上下移动、床上坐起再到轮椅、轮椅到床或从轮椅中站起或移至其他椅上等。 遇有1级台阶时，应练习先将轮椅前面的小轮向上跷起，使轮椅向后倾，将小轮先置于台阶上，然后再将大轮子推过台阶。 4、预防压疮对外出乘坐轮椅时间较长的患者，应每隔30分钟进行臀部减压一次，即用双手支撑轮椅的扶手，使臀部悬空并保持15秒钟左右。同时要注意所有骨突部位的压力。 5、安全教育对患者进行安全教育，帮助患者养成制动轮椅手闸的习惯；加强保护。轮椅上适当部位（胸部、髋部）配用保护带，以方便固定患者。
股骨头坏死拐杖的使用方法 患上股骨头坏死要避免负重，避免负重最好的方法就是躺着床上不动只要不站起来就不算负重。但是人必须要动比如上厕所，去外面晒晒太阳等总躺在床上会使人烦躁。所以在活动的时候就要采用双拐来避免负重。股骨头坏死使用拐杖是有讲究的主要看以下三个方面。 一：另外选择拐杖的质量以木制(水曲柳木较好)和金属制(铝合金)的最常用。要选择无裂隙、疤结等质优的拐杖，柄部要有足够的海绵保护。 二：拐杖能有效的减轻下肢负荷，原则上用双拐杖。用上肢和手控制拐杖，适宜的高度是从足底到腋窝的高度，比身高少40厘米，站立时从足小趾前外侧15厘米到腋下2～3横指的高度。 三：扶拐杖行走法有：1、二点步行：右足和左拐，左拐和右足互相交替行走;2、三点步行：两拐和患侧足三点行走，健侧足独立行走;3、四点步行：足和拐杖交替步行。 采用双拐走路能有效避免负重，北京前海股骨头医院专家指出;患上股骨头坏死必要活动同时要经常做功能性的锻炼，以免发生肌肉萎缩加重病情。 声明：文章内容由北京前海医院提供，北京前海医院承诺其提供内容的真实和合法性，新华健康仅转载其内容，不承担由此产生的一切责任。
开题报告论文题名全方位移动爬楼梯机器人小车的研究 专业名称：机械电子工程＿ 学号：＿ 082358 ＿＿ 学生姓名：鱼帅 导师姓名：＿刘光磊＿＿
目录 一、课题意义 (2) (一)具有越障功能移动机器人的简介 (2) (二) 具有越障功能机器人研究的文献综述 (4) 二、课题方案 (8) （一）课题研究的主要内容 (8) （二）研究目标及创新 (10) 三、可行性分析 (10) 四、课题进度安排 (12) 五、参考文献 (12)
一、课题意义 (一)具有越障功能移动机器人的简介 机器人作为一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。对不同任务和特殊环境的适应性，也是机器人与一般自动化装备的重要区别。非结构环境中的多功能全自主的移动机器人技术多年来一直是机器人研究中的热点问题之一．但是非结构环境给移动机器人的运动造成了自主决策和路径规划的困难．越障机器人的研究．对扩展机器人的作业空间，在人不能到达或不便到达的环境中进行作业，具有重要的意义。越障机器人还可用于工业中的一些险难作业，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境．减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。其中，移动机器人从事各项事务响应任务时，楼梯是人造环境中的最常见的障碍，也是最难跨越的障碍之一。针对各种不同的运动环境，一直以来移动机器人所采用的运动方式大体包括轮式、履带式、足式等。 国外对爬楼梯装置的研究开始得相对较早，最早的专利是1892年美国的Bray发明的爬楼梯轮椅。此后，各国纷纷开始投入此项研究，其中美国、英国、德国和日本占主导地位，技术相对比较成熟，且有一些产品已经投入市场使用。我国对此类装置的研究虽然起步较晚，但近年来也涌现了很多这方面的
目录 1 绪论 (1) 1.1课题的研究背景及意义 (1) 1.2国内外研究现状 (1) 2 自动轮椅总体设计 (4) 2.1概述 (4) 2.2 总体结构设计 (5) 2.3行星轮机构设计 (6) 3动力系统的设计 (9) 3.1动力系统参数设计 (9) 3.2驱动电机参数设计 (9) 3.3电池选择 (11) 4关键零件的设计计算 (12) 4.1配齿计算 (12) 4.2 链传动计算 (16) 参考文献： (19)
1 绪论 1.1课题的研究背景及意义 随着人口的急剧膨胀，我国的人口老龄化也随之加快，给社会及家庭带来的压力也不断增大。在《人口老龄化发展趋势预测研究报告》中全国老龄委最新发布的资料说明了一个问题：我们所处的21世纪将会是人口老龄化的时期。而我国早在20世纪末就已经步入了老龄化时代，相对于其他国家较早，这更应该引起我们的重视。中国不仅是进入老龄化较早的国家，同时也是老年人口最多的国家。在这个占有世界近1/5人口的国度里的问题就不仅仅是自身的问题了，它也会影响到世界老龄化程度以及进程，这个问题应该值得关注。 另外，由于各种生产事故、交通事故、各种灾害等意外事故导致大量残疾人的出现，这也是整个社会一直面临的问题。在残疾人数量统计的相关报告表明：世界以及我国的一次大量增加，据官方不完全统计，汉川地震造成残疾人数超过7000人，青海玉树地震造成残疾的数量也是一个巨大数据。随着现代科学技术的发展人们的寿命在延长的时间变长。另外由于现代高节奏的生活致使汽车的使用率大幅度提高，交通事故随之增加，导致残疾发生的风险也在加大。以上情况都验证了一个观点，就是残疾人口的数量将不断增加。 轮椅是现在大多数年老体弱者及肢体伤残人士使用较为广泛的代步工具。轮椅的发展也随着社会的需求变得多种多样，人类的智慧引领轮椅行业的发展，智能轮椅在越来越高的使用需求中得到了更多的重视，随着科技的飞速发展，将逐步替代手动轮椅和电动而国内城市尤其是在中小城市中以多层公寓式楼房居多，电梯的使用还没有普及到所有的居民住宅，也给轮椅使用者造成诸多不便。由于考虑到使用区域的广泛性，设计一款使用方便、重量适宜、价格合理的电动爬楼梯轮椅可能会大大的改善老年人和残疾人的生活质量，让他们的出行更为方便，楼梯和路障将不再成为他们出行的障碍。 1.2国内外研究现状 爬楼梯装置的研究已经有了较长的历史，早在19世纪90年代就已经有了此类专利的出现。自此，美、英、日德等发达国家就开始向此领域冲击，经过不断努力开发，也出现了一些成果。由于起步较早，它们在这方面的技术也相对成熟，已经推出此类产品。但现存产品都还存在各种瑕疵，还没有一种能做到尽善尽美。我国对此类装置的研究起步较晚，在近几年也有一些成果产生，但距离形成成熟产品还有很长的路要走。
设计说明书 目录 一、项目概况简介 (3) 二、设计原则…………………………… 三、总体构思…………………………… 四、设计详细说明……………………… 五、建筑细部说明……………………… 六、总体景观环境说明………………… 七、植物配置……………………………一、"项目概况简介 公共厕所是为居民和行人提供服务的不可缺少的环境卫生设施，为使公共厕所的规划、设计、建设和管理符合市容环境卫生要求，以利于城市的整洁和城市功能的正常发挥，特制定的本设计。 我们设计的厕所主要放置于综合性公园中，适用于各种人群，厕所的外型是由两个花型的圆相交，中心相交的部分为无顶的休息区，具植物配置，能够让等候休息的人依然感到赏心悦目。透明凹凸蓝色玻璃顶光线自然，节能环保。 二、设计原则 1、整体性： 注重景观规划设计的整体性，总体上简洁明快、局部设计在遵循整体风格统一的基础上求变化。男厕和女厕的布置基本趋于一致却也有变化，男厕的洗手台采用方形的设计，讲求简洁有力，女厕的洗手台和梳妆台为半圆形，讲究柔和曲线。 2、舒适性：
遵循“以人为本”的现代设计理念，残疾人厕所中设置扶手和坐便器，门前不设台阶和障碍，门宽也适用轮椅通过，色块以大块为主且多用柔和色彩，女厕设梳妆台，男厕设大面全身镜，方便梳洗和整理着装、妆容。 3、适用性： 为周边建筑提供相应的适宜环境，适用于综合性公园这样的多样人群集中的地段，建筑柔和，线条优美，色彩明快。 4、空间感： 根据现有的基地形态，以“收放结合”的平面形态配合竖向多层次的景观元素（包括绿化、水体、灯具等），塑造道路环境的多元空间感。 5、美观性： 充分运用景观设计的各类元素，在构图、材料、质感、植物形态及色彩、平面等各个方面相配合，强化屋顶的凹凸玻璃设计，多彩又柔和的墙面贴装布置恰如其分。 三、总体构思 1、形状 厕所外型采用两个外墙花型的双圆柱体相交，相交部分突起，为中空的设计，设置植物和座椅做中庭。 2、功能 公共厕所是为居民和行人提供服务的不可缺少的环境卫生设施，为使公共 2厕所的规划、设计、建设和管理符合市容环境卫生要求，以利于城市的整洁和城市功能的正常发挥，特制定的本设计.本公厕设置在综合性公园当中。 3、布局 厕所布局为左边为男厕，右边为女厕，均设置残疾人厕所，中心高起部分为中庭，其中女厕设有梳妆台
星轮行星轮转换式可爬楼轮椅设计说明书 作品内容简介 针对目前普通轮椅不具备爬楼功能，而国内市场上尚未出现比较成熟、实用的爬楼轮椅这一现状，我们设计了一种实用的星轮行星轮转换式可爬楼轮椅。该轮椅既可以像普通轮椅一样在平地上行走，又可以攀爬楼梯，通过手摇来驱动。我们在行星齿轮结构的基础上加以改进，在中心轴和转臂间设一离合器，离合器分离时，驱动中心齿轮便会带动各行星齿轮旋转，此时为行星轮驱动模式，适用于平地行走；而操纵离合器使其结合时，中心轴和转臂锁死，各行星齿轮将不能自传，驱动中心轴整个行星轮系将整体翻转，主动翻越障碍，此时为星轮驱动模式，适用于爬楼梯。这种新的结构我们称之为星轮行星轮转换式结构（该结构我们已经申请了专利）。在此结构的基础上，我们在万向轮两侧增加了一对起引导和越障作用的导向轮，导向轮与万向轮的巧妙结合增强了万向轮的越障能力。此外我们还准确设计重心位置，并将靠背设计成可调形式，爬楼时可以调节重心位置，保证了爬楼时的安全性和舒适性。 1 研制背景及意义 目前市场上的轮椅存在一个很大的不足：由于采用了传统的轮式结构，只能够在平地上行走，面对台阶、楼梯这样比较复杂的地形却显得无能为力。很多场合尤其是室外比如银行门前，购物中心门前等都或多或少有几级台阶，而对于室内仍有很多地方没有电梯，对于那些乘坐轮椅的残疾人，他们仍然有很多不便。当然，国家也花费了大量的人力和财力在某些场所修建了相应的轮椅坡道和其它公用设施以方便残疾人活动。但由于受各种因素的影响，这些措施起到的作用仍然非常有限。 解决这一问题的最好方法就是改进残疾人使用的行走设备，也就是说通过改进残疾人轮椅的机械结构，使其能够适应日常生活中所碰到大多数的地形。对于残疾人轮椅车的改进，已有不少人提出各种解决方案：有的使用履带式的辅助爬升设备帮助轮椅上下楼梯，有的采用步进式的结构一步一步往上踏，有的使用精密的陀螺仪控制两轮结构的翻转，立起来上下楼梯，但这些方案都有一些不尽如人意的地方，比如：结构复杂，造价高，使用不便，不能很好的适应平地行驶等，因而都未能得到较广泛的应用。 在总结前人设计经验的基础上，我们在星轮行星轮转换式结构的基础上设计一种新型轮椅，一种简单实用、安全可靠，即能够适应平地行走，又能够上下楼梯的轮椅，希望能够为残疾人带来福音。 2 设计方案 2.1 步进式 受火车的曲柄连杆机构的启发，经过思考，我们想到一种连杆机构，如图1所示，通过驱动三个互成120度的曲柄带动三个踏板交替与楼梯接触前行。在平路的时候和普通的轮椅车是一样的，靠轮子行走，在爬楼梯的时候，驱动轮则切换成上述步进机构，较平稳的沿着楼梯的棱边往上爬，如同爬一个斜坡一样。
上海工程技术大学 设计说明书 Free Walker多功能轮椅设计说明书 学院：材料工程学院 学生姓名：李伟陈伟 指导教师：刘淑梅 设计说明时间：二О一三年8月1日～10月1日共8周
中文摘要 由于我国居民楼中电梯并不普及，无障碍设计水平较低，给老年人士及肢体残疾人士带来了许多不便，为了帮助这类人士的出行，我们设计了这款爬楼梯轮椅。本文设计的电动轮椅通过在轮椅大轮内部增加四杆机构，实现了履带自由收放，使轮椅在平地行走时可像普通轮椅行走，上下楼梯时通过展开四杆机构绷开橡胶履带实现爬楼功能。 此款轮椅行驶速率高，爬楼梯时中心波动缓和，稳定性好，适应性强，能够帮助残疾及老年人士实现自由出行。 关键词：Free Walker，多功能轮椅，履带爬楼梯，UG NX，三维建模 Abstract Because of our residents floor in the elevator is not universal, barrier free design level is low, brings a lot of inconvenience for the elderly and handicapped people, in order to help these people travel, we designed the stair climbing wheelchair. Electric wheelchair designed in this paper by adding four rod mechanism in wheelchair wheel, the track free retraction, the wheelchair when walking on flat ground can be like an ordinary wheelchair walking up and down stairs, through the expansion of four bar mechanism realizing burst rubber track climbing function. This wheelchair driving at high speed, the stairs when center volatility, good stability, strong adaptability, can help the disabled and elderly people to realize the free travel. Keywords: Free Walker, multifunctional wheelchair, crawler stair climbing, UG NX, 3D modeling
机械原理与设计课程设计计算说明书 设计题目： 多功能轮椅 姓名： 班级： 学号： 指导教师： 年月日
目录 <一> 设计背景与整体规划设计 (3) 一、设计背景与意义 二、整体设计 <二> 行走机构部件的设计与计算 (5) 一、爬楼梯功能结构设计 1.履带式行走机构设计： 2.行星轮式行走机构 <三> 其他功能机构部件的设计与计算 (10) 一、车体主要部件 二、靠背平躺机构 三、防侧翻机构设计 <四> 传动系统设计与计算 (11) 一、电动机的选择 二、减速装置 <五> 设计总结与心得 (13) <六> 参考文献 (14)
<一> 设计背景与整体规划设计 一、设计背景与意义 轮椅为残疾人和体弱老年人必不可少的行走工具，但由于残疾人和老年人身体相对较弱,且较多无工作能力,经济来源有限。而且当他们不使用轮椅时，又需要轮椅便于包装和移动。因此，要求轮椅:轻便小巧,结构紧凑,功能单一，简单易用,价格低廉。轮椅是康复的重要工具，它不仅是肢体伤残者的代步工具，更重要的是使他们借助于轮椅进行身体锻炼和参与社会活动。据史料记载，最早的轮椅出现在中国的南北朝时期。近现代以来，轮椅发生了很大的改进并且人们逐渐开始把轮椅当做康复运动的工具，人们对残疾人士的关注也随着轮椅的广泛普及而增加。1964年，残障奥运会首次登场。随着竞技的需求，轮椅的设计朝向强调其功能性、舒适性、耐用性与外观酷炫发展。 轮椅的出现，为众多的残疾人士提供了方便、舒适的生活，使他们能更好的生活、工作，使许多的残疾人为社会奉献了强大的力量，同时也引发人们对人生的思考，让社会更加人性化，更加和谐。 因此如何设计和制造一个功能强大、人性化的轮椅成为了当今残疾人士最为关心的问题。现如今的许多轮椅都需要残疾人自己用手推动或他人推动，不方便且费力，并且走在不平坦的路上易颠簸。尤其是爬楼梯的时候，如果楼梯旁没有斜坡，把轮椅抬起将会是极大地麻烦。我们小组做的就是设计一个能上下楼梯并有一些辅助功能的多功能轮椅。 二、整体设计 1、参照标准轮椅尺寸，整体结构尺寸选择如下： 座宽：440mm 背高：380mm 座深：400mm 全高：900mm 全宽：670mm 全长：1000mm 扶手高：220mm
第九届“雄鹰杯”大学生发明创造竞赛 多功能一体化便利轮椅产品说明书 指导老师 曹博 魏家鹏 申报者 吴浩波 合作成员 李存洲 苏春阳 齐特 孙祥峰
一、作品设计 本产品是针对老年人，残疾人、下肢丧失运动能力的人设计的一种能够帮助他们最大程度进行自理的多功能轮椅床，该轮椅床是轮椅和床的组合体。该轮椅床既能作为护理床使用，辅助老年人、残疾人等完成支背、曲腿、左右侧翻的功能，床体中间部分又能够转换成轮椅驶离床体，辅助老年人、残疾人完成日常的自由活动。此外，该轮椅还具备站立的功能，能够在坐姿和站姿之间自由转换，帮助下肢瘫痪的病人实现其站立行走的愿望。 二、产品结构 可倾放式靠背 调速控制杆 自动式端盘 储物筐 十字后轮 稳定前小轮 三、产品各部分工作原理 1，行走装置 轮子表面采用橡胶材料，纹理设计增大摩擦，并首创十字形轮轴，四个轮为一个单元，与楼梯成啮合型运动。 2，动力装置 选用电力驱动作为多功能轮椅床的驱动方式。因此，所有机构的动力源均采用直流电动推杆推动。本多功能轮椅床由护理床和轮椅组合而成。作为护理床使
用时，工作环境在室内，可以使用固定电源。作为轮椅使用时，工作环境随着轮椅的移动变化，轮椅只能使用固定在轮椅上的简易携带电源。所以该轮椅床采用交流与蓄电池相结合的供电方式。轮椅用24v蓄电池，可供轮椅在外自由活动使用。组合成床体之后，主要依靠市电供给能源，同时对蓄电池进行充电。 3，轮椅手动控制开关 1）手扶外侧安有餐桌伸缩开关按钮，可手动控制餐桌或作为其它功用。 2）手扶内侧安有座椅靠背旋转按钮，可手动控制靠背的高度以满足使用者需要。 3）设有调速摇杆，可控制轮椅速度。 四、产品创新点： 此款设备与原有设备相比有以下特点： 创新点一： 可爬楼梯，首创十字形轮轴，四个轮为一个单元，与楼梯成啮合型运动，从而实现楼梯行走。 创新点二： 座椅，靠背部分采用简单的连杆机构，即 可实现水平，倾斜放置，满足使用者的复健需 求，便于日常休息。
轮式爬楼梯轮椅设计 一、本课题的研究目的和意义： 高龄人群以及下肢残障者的最大障碍是步行能力的减弱甚至缺失，他们不仅丧失行动力，更需要有劳动能力的人来加以护理。目前，大多数老体弱者及肌体伤残者都选择轮椅作为他们的代步工具，而且使用范围越来越广。轮椅也由手动轮椅、电动轮椅趋向智能轮椅的方向发展，但由于他们一般采用传统的轮式结构，一般仅适合在平地上使用，很少具备爬楼和翻越障碍的能力。楼梯和路障使轮椅的使用受到了很大的限制，很多场合尤其是室外，比如银行、购物中心门前等或多或少有几级台阶，室内也有很多地方没有电梯，这也给轮椅用户造成很多不便。当然，国家也花费了大量的人力和财力在某些场所修建了相应的轮椅坡道和其他公用设施以方便残疾人活动。但由于各种因素的影响，这些措施的作用也非常有限。 为了给老年人和残疾人提供高性能的代步工具，解决楼梯或路障对他们使用轮椅造成的不便，帮助他们提高行动自由度，重新更好的融入社会，并考虑到我国的基本国情，研究一种价格适宜、小巧轻便的轮式爬楼梯轮椅装置具有重大的意义和实用价值。 二、文献综述（国内外研究情况及其发展）： 轮椅是康复的重要工具，它不仅是肢体伤残者的代步工具，更重要的是使他们借助于轮椅进行身体锻炼和参与社会活动。目前，我国已经进入老龄化社会，随着老人的数量不断增加，由于行动不便对轮椅的需求数量增加，普通的轮椅很难适应我国老人上下楼的需要，因为我国大部分楼房建筑是以六层以下建筑为主，该类建筑中没有安装电梯，对于使用轮椅的人来说，上下楼及其不方便，或重心易下滑，单人难上楼，需另建专用车道。因此迫切需要开发能够简便、轻巧的上下楼轮椅。 在我国，每年约有数十万老人、残疾人等需坐轮椅车行走。过去旧式轮椅车存在不能自行上、下楼等问题，使病人的活动空间大为缩小。并使监护人看护病人也很困难。为了给千百万残疾人一个自由、舒适的空间，再加上该产品有着很大实用性，存在着非常广阔的市场。于是人们不断进行着艰苦的研究，一代又一代可上楼的轮椅应运而生。可自上下楼的轮椅能更好的满足残疾病人的生活需求，使其可以自己穿梭于没有助残设施的高楼大厦内。 在我国残疾人的数量是可观的，越来越多的人关注起他们的日常生活和精神生活。他们渴望能像正常人一样的生活，渴望能够独立完成一些事情，而不用求助于正常人。这样残疾人才会更有信心的面对生活，不被歧视，不成为别人的负担。为了满足残疾人的需求，也是为了更好的建设和谐社会，上楼轮椅成为一个不可或缺的工具。 爬楼梯装置的研究已经有了较长的历史，早在19世纪90年代就已经有了此类专利的出现。特别是美、英、日德等发达国家早就开始向此领域冲击，经过不断努力开发，也出现了一些成果。由于起步较早，它们在这方面的技术也相对成熟，已经推出多种此类产品。但现存产品都还存在各种瑕疵，还没有一种能做到尽善尽美。我国对此类装置的研究起步较晚，在近几年也有一些成果产生，但距离形成成熟产品还有很长的路要走。 目前已经存在的爬楼梯装置也是各种各样，可以按照爬楼方式分为履带式、星轮式、腿足式以及复合式爬楼梯装置。各种装置都有自己的优点，但也都存在一定不足。 （1）履带式 履带式爬楼梯装置的原理类似于履带装甲运兵车或坦克，其原理简单，技术也比较成熟。如英国Baronmead公司开发的一种电动轮椅车，底部是履带式的传动结构，可爬楼梯的最大坡度为35度，上下楼梯速度为每分钟15~20个台阶，如图1所示。法国Topchair公司生产的电动爬楼梯轮椅，它的底部有四个车轮供正常情况下平地运行使用，当遇到楼梯等特殊地形时，用户通过适当操作将两侧的橡胶履带缓缓放下至地面，然后把这四个车轮收起，依靠履带无
人力式平稳爬楼轮椅设计说明书 组成员： 指导教师：职称： 申请时间：2010年12月27日 目录 一、设计的目的和意义 (3) 二、问题提出 (4) 三、设计方案选择 (5)
四、机构尺寸设计 (7) 五、构件三维造型 (9) 六、运动仿真分析集成 (11) 七、设计总结 (12) 八、参考文献 (12) 人力式平稳爬楼轮椅 一、设计的背景和意义 高龄人群以及下肢残障者的最大障碍是步行能力的减弱甚至缺失，他们不仅丧失行动力，更需要有劳动能力的人来加以护理。目前，
大部分年老体弱者及肢体伤残者都会选择轮椅作为他们的代步工具，并且大都需要家人或护理人员伴随协助轮椅的使用。然而，普通轮椅无法攀登楼梯，从而限制了轮椅使用者的活动范围，影响其参与社会生活。尤其是国内城市以多层公寓式楼房居多，电梯并没有普及到所有的居民住宅，这给轮椅乘坐者造成诸多不便。 为了缓解上述弱势群体因为比例显著增加而给社会经济、医疗护理各方面带来的巨大压力，更好的关怀老年人、残疾人的生活，改善他们的生活质量，除了增加房屋和各种公共建筑设施的无障碍设计，扩大轮椅的使用范围之外，改进现有的普通轮椅，使其兼备平地行驶以及爬越楼梯障碍两种功能，成为更行之有效、立竿见影的措施。 因此，为了解决上述需求，给老年人和残疾人提供性能优越的代步工具，解决楼梯对他们生活造成的不便，同时考虑使用者的经济承受能力，研究一种价格适宜、平稳安全的爬楼梯装置具有重大的意义和实用价值。 二、现有产品分析及产品简介 目前市场上的爬楼轮椅采用的主要是两种爬楼方式——履带式和轮组式爬楼轮椅。 （图1）轮组式爬楼轮椅
如上图1，轮组式的轮椅则大都采用三叶轮式和四叶轮式，机构精巧，但无法克服爬楼时两台阶间的震荡，上下楼梯时该类型装置重心起伏较大，会使乘坐者感到不适而且难以实现在平地上的独立行走，需要其他人的时刻陪护和推拉。 （图2）履带式爬楼轮椅 （图2）为履带式爬楼轮椅，履带式爬楼装置技术较成熟，操作简单，行走时重心波动很小，对楼梯的形状、尺寸适应性强。但履带式的多为电力机构系统，需要大功率的电机和笨重的履带，同时对于履带的精确控制，对于重心的平衡都使得机构过于笨重庞大而且造价高昂。 在对现有的产品进行详细了解和分析的基础上我们设计了履带式和传统式相结合的设计，使得轮椅在爬楼时能像履带式爬楼轮椅一样的平稳，不需要他人陪护，在平地上更可以独立自由行走，转向自如，同时简化了机构，不需要外加大功率电机、复杂控制系统及笨重的履带，大大减轻了重量，降低了制造成本。
厕所设计说明书 Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT
设计说明书 目录 一、项目概况简介 (3) 二、设计原则 (3) 三、总体构思 (3) 四、设计详细说明 (4) 五、建筑细部说明 (4) 六、总体景观环境说明 (4) 七、植物配置 (5) 一、项目概况简介 公共厕所是为居民和行人提供服务的不可缺少的环境卫生设施，为使公共厕所的规划、设计、建设和管理符合市容环境卫生要求，以利于城市的整洁和城市功能的正常发挥，特制定的本设计。 我们设计的厕所主要放置于综合性公园中，适用于各种人群，厕所的外型是由两个花型的圆相交，中心相交的部分为无顶的休息区，具植物配置，能够让等候休息的人依然感到赏心悦目。透明凹凸蓝色玻璃顶光线自然，节能环保。 二、设计原则
1、整体性：注重景观规划设计的整体性，总体上简洁明快、局部设计在遵循整体风格统一的基础上求变化。男厕和女厕的布置基本趋于一致却也有变化，男厕的洗手台采用方形的设计，讲求简洁有力，女厕的洗手台和梳妆台为半圆形，讲究柔和曲线。 2、舒适性：遵循“以人为本”的现代设计理念，残疾人厕所中设置扶手和坐便器，门前不设台阶和障碍，门宽也适用轮椅通过，色块以大块为主且多用柔和色彩，女厕设梳妆台，男厕设大面全身镜，方便梳洗和整理着装、妆容。 3、适用性：为周边建筑提供相应的适宜环境，适用于综合性公园这样的多样人群集中的地段，建筑柔和，线条优美，色彩明快。 4、空间感：根据现有的基地形态，以“收放结合”的平面形态配合竖向多层次的景观元素（包括绿化、水体、灯具等），塑造道路环境的多元空间感。 5、美观性：充分运用景观设计的各类元素，在构图、材料、质感、植物形态及色彩、平面等各个方面相配合，强化屋顶的凹凸玻璃设计，多彩又柔和的墙面贴装布置恰如其分。 三、总体构思 1、形状 厕所外型采用两个外墙花型的双圆柱体相交，相交部分突起，为中空的设计，设置植物和座椅做中庭。 2、功能 公共厕所是为居民和行人提供服务的不可缺少的环境卫生设施，为使公共厕所的规划、设计、建设和管理符合市容环境卫生要求，以利于城市的整洁和城市功能的正常发挥，特制定的本设计.本公厕设置在综合性公园当中。
前言 近年来随着计算机技术蓬勃发展，计算和数据传送速度大幅度提高。以此硬件为基础，许多智能算法得以在短时间内实现，智能机器人正变得越来越聪明。随着现实生活中对机器人技术应用的发展，使得机器人成为战胜自然和虚拟障碍的必需品。在很多危险场所，如战场、核生化灾害地、恐怖爆炸地等需要愈来愈多的移动机器人搭载机械手等设备代替人去执行任务。众所周知机器人自主爬楼梯是移动机器人完成危险环境探查、侦察、救灾等任务需要具备的基本智能行为之一。 目前，主要有腿式、履带式、轮式爬楼车移动机器人，腿式的如四足和六足机器人，尽管这些机器人能够爬楼梯和穿越障碍，但由于腿部的运动，它们不能在平坦的表面上平滑运动；履带式移动机器人以其强大的地形适应性而倍受青睐，其所受的摩擦力均匀分布在履带上，而轮式小车的摩擦力只是集中在轮胎与地面的接触面上，就抓地力而言它们是一样的，但在小车转弯或者爬坡时，履带式小车所受的摩擦力分布不会像轮式小车那样发生剧变，所以就表现出更好的操控性，但是转弯时，履带的磨损、履带开模难度大等都成为其应用的瓶颈；轮式移动机器人克服了履带式的这些缺点，在满足一定地形适应性的前提下，可以充分发挥移动机器人移动灵活、控制简单等优点。一般来说，轮式移动机器人对地形的适应性大小与轮子的数量成正比，但随着轮子数量的增加，又带来了机器人体积庞大、重量重等缺点。爬楼轮式行驶系统均采用各轮独立驱动,自主工作的方式,同时各轮均采用弹性悬挂方式,故工作起来方便灵巧,同心性和转向性均较好。刚性轮具有较高的机械可靠性,较好的转向性和环境适应性,但其行驶稳定性和耐磨损性均较差。充气轮虽然具有较好的行驶稳定性和越障能力,但其环境适应能力差,故不能应用到爬楼车中。金属弹性轮的爬坡性能、耐磨损性、环境适应性以及机械可靠性、越障能力均较好,但其转向性能较差。椭圆轮、半球轮和无毂轮的爬坡和越障性能及耐磨损性能均较好,但其行驶稳定性较差,机械可靠性最低。综合各方面的优缺点，轮式机器人是比较合理的。
设计说明书
目录 一、项目概况简介 (3) 二、设计原则 (3) 三、总体构思 (3) 四、设计详细说明 (4) 五、建筑细部说明 (4) 六、总体景观环境说明 (4) 七、植物配置 (5)
一、项目概况简介 公共厕所是为居民和行人提供服务的不可缺少的环境卫生设施，为使公共厕所的规划、设计、建设和管理符合市容环境卫生要求，以利于城市的整洁和城市功能的正常发挥，特制定的本设计。 我们设计的厕所主要放置于综合性公园中，适用于各种人群，厕所的外型是由两个花型的圆相交，中心相交的部分为无顶的休息区，具植物配置，能够让等候休息的人依然感到赏心悦目。透明凹凸蓝色玻璃顶光线自然，节能环保。 二、设计原则 1、整体性：注重景观规划设计的整体性，总体上简洁明快、局部设计在遵循 整体风格统一的基础上求变化。男厕和女厕的布置基本趋于一致却也有变化，男厕的洗手台采用方形的设计，讲求简洁有力，女厕的洗手台和梳妆台为半圆形，讲究柔和曲线。 2、舒适性：遵循“以人为本”的现代设计理念，残疾人厕所中设置扶手和坐 便器，门前不设台阶和障碍，门宽也适用轮椅通过，色块以大块为主且多用柔和色彩，女厕设梳妆台，男厕设大面全身镜，方便梳洗和整理着装、妆容。 3、适用性：为周边建筑提供相应的适宜环境，适用于综合性公园这样的多样人群集中的地段，建筑柔和，线条优美，色彩明快。 4、空间感：根据现有的基地形态，以“收放结合”的平面形态配合竖向多层次的景观元素（包括绿化、水体、灯具等），塑造道路环境的多元空间感。 5、美观性：充分运用景观设计的各类元素，在构图、材料、质感、植物形态 及色彩、平面等各个方面相配合，强化屋顶的凹凸玻璃设计，多彩又柔和的墙面贴装布置恰如其分。 三、总体构思 1、形状 厕所外型采用两个外墙花型的双圆柱体相交，相交部分突起，为中空的设计，设置植物和座椅做中庭。 2、功能 公共厕所是为居民和行人提供服务的不可缺少的环境卫生设施，为使公共
华中科技大学 武昌分校 毕业设计（论文） 智能轮椅的设计（机械部分） 系别：机电与自动化学院 专业班：机电1201班 姓名：胡天华 学号：20121100016 指导教师：李奕 2016年5月
智能轮椅的设计（机械部分）Design Of Intelligent wheelchair (Mechanical part)
摘要 轮椅在老年人以及残疾人的生活中扮演着重要的角色，随着社会的发展，特别是城市的快速扩张和建设，以及人口老龄化问题越来越严重和残障者数量的不断增加，对辅助步行工具的需求日益提高。而高楼大厦鳞次栉比，越来越多的天桥，公园的台阶，小区上下楼等，却越来越困扰着轮椅使用者。轮椅作为残障者的唯一出行工具，受到了越来越多的制约，传统轮椅已经不能满足多数人的需求。而随着科技的发展及技术的进步，轮椅，应该被加以改进以适应现代社会的环境。 综上所述，本文在经过研究论证的基础上，采用行星轮机构，针对本文中所使用的双电机分别驱动左右轮的方案，在平地行驶时，使用电机驱动，四轮着地。通过控制两侧车轮的转速从而实现转弯控制。爬楼时，通过行星轮翻转来实现上下楼梯行走。 关键词：爬楼轮椅行星轮机构设计
Abstract Wheelchair play in the life of the disabled and the elderly in an important role, along with the development of society, especially the rapid expansion and construction of the city, as well as an increasingly serious problem of population aging and the increasing number of persons with disabilities, to assist walking the increasing demand for tools. And row upon row of tall buildings, more and more bridges, stairs park on a cell downstairs, etc., are increasingly plagued wheelchair users. As the only handicapped wheelchair travel tools, has been more and more restricted, conventional wheelchairs can not meet most people's needs. With the advancement of technology and the development of technology, the wheelchair should be modified to adapt to the environment of modern society. In conclusion, on the basis through feasibility studies on the use of planetary gear mechanism, for dual motor used herein, the left and right wheels are driven scheme, when the ground running, use motor drive, four-wheel ground. Having four-wheel drive characteristics. By controlling the rotational speed of the wheels on both sides, to achieve turn control. When climbing stairs, driving motor is rotated by another planet rocker, two pairs of wheels alternately the ground, in order to achieve and down stairs Key words: Climbing stairs wheelchair planetary gear Mechanism Design
爬楼梯的自行轮椅车设计（含全套CAD图纸）
目录 1 绪论 (3) 1.1 课题研究原因和意义 (3) 1.1.1课题研究的原因 (3) 1.1.2课题研究的意义 (3) 1.2 目前国内外研究状况 (3) 1.2.1轮组式 (4) 1.2.2履带式 (5) 1.2.3腿式 (6) 1.2.4复合式 (6) 1.3 目前研究中所存在问题 (7) 2 系统方案设计 (9) 2.1 系统方案确定 (9) 2.2智能电动越障爬楼轮椅系统构成 (10) (15) 2.2.3驱动控制系统 (16) 3 轮椅驱动模块设计 (18) 3.1 电机的选择 (18) 3.2 电机工作原理 (20) 3.3 电源的选择 (23)
3.4控制核心C8051F020 (23) 3.4.1 C8051FO20概述 (23) 3.4.2主要性能参数 (24) (25) (25) (26) 3.6 电机驱动电路 (27) 4 系统控制方案设计 (30) (30) (32) 4.2.1 并行控制 (32) 4.2.2 主从控制 (33) 5 轮椅车控制算法设计 (35) 5.1 速度检测电路 (35) 5.2 PID控制方法 (36) 5.2.1 PID控制方法介绍 (36) 5.2.2 数字式增量PID控制算法 (38) 5.2.3 标准PID算法的改进 (39) 5.2.4 干扰的抑制 (40) 5.2.5 PID调节器的参数整定 (40) 6 轮椅车控制模块的数学模型 (43) 6.1 系统运行方框图 (43)
6.2系统运行原理 (44) 6.3建立数学模型 (44) 7 软件实现 (50) 7.1 单片机片内的资源配置 (50) 7.1.1 单片机内各功能模块配置 (50) 7.1.2 单片机的端口配置 (51) 7.2 程序模块介绍 (51) 7.2.1 初始化模块 (51) 7.2.2 测速子程序 (53) 7.2.3 主程序 (56) 7.3 总程序 (58) 总结 (67) 参考文献 (68) 致谢 (69) 全套图纸加36296518
》 履带-轮组式电动多功能轮椅 设计说明书 ( { —
目录 设计任务书 (1) 第一章绪论 (2) 设计的背景和意义 (2) ~ 现有产品简介及产品分析 (2) 本章小结 (3) 第二章设计方案选择 (4) 轮椅机构形式的选择 (4) 轮组的选择 (4) 履带的收放机构 (5) 座椅调平机构 (6) 本章小结 (8) ！ 第三章轮椅的结构设计与运动分析 (8) 轮椅的结构设计 (8) 轮组 (8) 履带及其收放机构 (10) 轮椅的运动分析 (14) 轮椅的平地行驶及越障功能 (14) 轮椅爬楼梯过程的分析 (16) 第四章轮椅驱动与传动系统的设计 (19) - 轮椅的驱动系统 (19) 电机参数的确定 (20) 轮椅中间主体的传动设计 (22) 第五章轮椅运动控制系统设计 (23) 轮椅的功能分析 (23) 轮椅的控制系统 (23) 第六章总结 (28) 参考文献 (28)
设计任务书 技术要求： 1）功能：直线行驶、匀速、加速、减速、转弯、爬楼梯等； 2）较强的爬梯适应能力，应对楼梯结构的多变性； 3）良好的机动性，使其能够在平地行驶、爬楼梯、跨越障碍等动作状态间很好的过渡转换； 4）结构紧凑, 操作方便, 工作可靠； 5）良好的稳定性，利用滚轴滑轨机构进行座椅调平, 使其在越障、跨沟和爬楼梯时始终保持水平； 6）较强的越障能力和路面适应性； 7）抗冲击能力强； 8）具有更大的作用面，可以适应各种复杂多 样的路面。
第一章绪论 设计的背景和意义 年老体弱、下肢残障者在日常生活中的最大障碍就是步行能力的减弱甚至丧失。这些人行动不方便，需要有能正常行走的人加以照顾。目前，大部分年老体弱、肢体伤残者的代步工具都是普通的轮椅，普通的轮椅都是靠人力推动的，而且普通轮椅不能过障碍物，也不能越沟，更无法攀登楼梯，从而限制了轮椅使用者的活动范围，影响其参与社会生活。尤其是国内城市以多层公寓式楼房居多，电梯并没有普及到所有的居民住宅，这给轮椅乘坐者造成诸多不便。 为了给上述弱势群体带来方便，更好的关怀老年人、残疾人的生活，改善他们的生活质量，除了增加房屋和各种公共建筑设施的无障碍设计，扩大轮椅的使用范围之外，改进现有的普通轮椅，使其兼备平地行驶、越沟、过障碍、爬楼梯等多种功能，将是更加行之有效的一种措施。 为了上述需求，给老年人和残疾人提供性能优越的代步工具，解决障碍、楼梯等对他们生活造成的不便，同时考虑使用者的经济承受能力，研究一种价格适宜、平稳安全的电动多功能轮椅具有重大的意义和实用价值。 现有产品简介及产品分析 目前市场上具备爬楼梯、越障等功能的轮椅主要有两种类型——履带式和轮组式。 如图1，轮组式的轮椅大都采用三叶轮式和四叶轮式，机构精巧，能实现平 （图1）轮组式的轮椅 地行驶、越沟、过障、爬楼梯等功能，而且平地行驶时，轮椅比较平稳，人坐着也比较平稳，但无法克服爬楼梯时两台阶间的震荡，上下楼梯时该类型轮椅重心起伏较大，会使乘坐者感到不适而且难以实现在平地上的独立行走，需要其他人的时刻陪护和推拉。
标准轮椅： A. 坐椅（seat）： 1. 坐宽（seat width）：为髋部和大腿间最宽的距离（约在大转子间的联机）往左、右各加1吋，选择一个适当宽度的轮椅座位对患者来说是很重要的，不但可以让患者舒适，同时也能让患者稳定的坐在座位上以避免滑动或是跌落的危险性，若座位太过于狭窄不仅是让患者感觉不适，而且也会压迫到神经血管导致痔疮发生率增加；同样的，若座位太过于宽敞，也会使患者无法固定躯干而倾向某一侧，长期下来无形助长了使用者臀部某一侧的压迫力，同时也会增加患者推动轮椅的困难度。 2. 坐深（seat depth）：为髋关节至腘窝（popliteal fossa）的长度减去2吋，重点在于腘窝不能受到座位边缘的压迫，若太浅的话会使患者的腿部无法正确地固定在脚架上，进而影响患者使用轮椅的平衡感，若太深的话，则会使患者的脚部易于伸出脚架与滑动，进而压迫并影响其腿部的血液循环。 3. 坐椅高度（seat height）：为膝腘窝到脚跟（膝部不需要坐90°）再加上1吋，或是脚踏板的最低点要离地面2吋以上，主要目的是为了能支撑患者的重量，而且适当脚踏板的调整会提高轮椅的安全性，因此若太高会使患者重心变高而容易摔倒，若太低则会使患者的脚扥在地面上。 4. 坐垫大致可分为折迭式及硬质式两类。折迭式坐垫是由软塑料或帆布做成，便于折迭携带，减少轮椅存放的空间。但是如果使用者肌力不良，或有明显痉挛及肢体变形的问题，最好使用硬质座椅，有些硬质坐垫内嵌木制材质，使座垫更加坚固以及有附有固定患者坐姿的功能，对于有些患者，由于臀部以及腿部皆失去知觉，坐垫上附加的特殊减压和预防褥疮功能是必要的，此时可以考虑充气式坐垫，因为它能随着人体造形提供臀部最大面积的接触以分散压力，分压效果良好，但是对姿势支撑性较小，所以须配合硬式坐垫使用以增加稳定性，适用褥疮高危险群者，而且材质轻，不过缺点是容易刺破，不易修补。 B. 椅背（seat back）： 1. 标准高度至肩胛骨下缘上方2吋（约在腋下4吋），不过椅背的高度可依不同的轮椅使用方式而变动，大致上椅背的高度最高以能够支撑患者的背部，并且不会妨碍患者的动作为原则，因为椅背太高会限制上身的活动，最低的高度则不能使低于患者的肩胛，否则易使患者的背部感到不适。 2. 它的材质可以是软塑料可折迭或硬质椅背，有些患者有需由轮椅的背面进入轮椅的需求，此时椅背则必须有垂直拉炼、易于拆开的钮扣装置或是活动式的椅背（zippered opening），以便于打开或是移除背靠，可以方便患者由轮椅后方移位。 3. 在某些状况下，如：患者坐姿姿势性低血压时，椅背要能向后倾倒以符合需求，在椅背倾倒上可分为两类：一种是采用座位与靠背可以同时倾斜，但是这两夹角却不会改变的座位系统，也就是所谓的空间倾斜的座位系统，可降低倾斜时所承受的剪应力；而另一种是倾斜式的靠背，它是采用全卧式(Full reclining back)或半卧式(Semireclining back—约可倾斜30度)椅背以达到使病人后倾之目的；在此不论是哪一种类型，这类椅背常需要加高，并增加头靠，使颈部获得良好的支撑，常用于颈椎受伤合并有四肢瘫痪之患者。 C. 扶手（arm rest）： 1. 扶手除了可以提供患者的前臂放置休息，防止患者由侧方跌落之外，同时也提供了患者在使用轮椅时双手的灵敏度，可使患者藉助扶手的支撑力来保持上半身的正确姿势，并且在不妨碍血液循环的情况下，达到防止患者得到缛疮的功能，而扶手的高度从椅面到手肘（要弯曲90°）的底侧再加1吋，若太高会使患者形成耸肩的动作（shoulder up），若太低则会患者产生圆背（round back）的代偿。 2. 扶手可以分成固定式和活动式，而活动式是利用栓锁或是弹簧锁固定在轮椅上，随