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
目录
摘要 (Ⅰ)
Abstract (Ⅱ)
1 绪论.................................................................................................... 错误！未定义书签。
1.1 引言............................................................................................... 错误！未定义书签。
1.2 智能轮椅发展趋势 (1)
1.3 本课题研究目的及任务................................................................. 错误！未定义书签。
1.4 本章小结 (3)
2 上下楼梯轮椅机构选型及主要参数确定 (4)
2.1 可实现上下楼梯功能机构的比较 (4)
2.1.1 履带式机构 (4)
2.1.2 轮式机构 (4)
2.1.3 步进式机构 (4)
2.2 方案比较 (4)
2.3 上下楼梯轮椅机构确定 (5)
2.4 车身骨架的确定 (8)
2.5 本章小结 (8)
3 受力分析及电机的选取 (8)
3.1 行走机构的分析及电机选取 (9)
3.1.1 水平路面行走受力分析 (9)
3.1.2 爬坡时受力分析 (11)
3.1.3 行走机构电机选取 (12)
3.2 翻转机构分析 (12)
3.2.1 爬楼梯时受力分析 (12)
3.2.2 同心条件 (13)
3.2.3 装配条件 (13)
3.2.4 邻接条件 (13)
3.3 行星轮系安装位置确定 (14)
3.3.1 翻转电机选取 (15)
3.4 蓄电池选用 (15)
3.4.1 本章小结 (15)
4 上下楼梯轮椅传动机构设计 (17)
4.1 行走机构结构设计 (17)
4.2 定轴轮系齿轮设计及校核 (17)
4.3 强度校核 (17)
4.3.1 模数验算 (17)
4.3.2 太阳轮轴径估算 (18)
4.4 轴承的设计说明 (18)
4.5 键、销、螺栓等的设计说明 (18)
4.5.1 键的选择 (18)
4.5.2 销的选择 (18)
4.5.3 螺栓的选择 (20)
4.5.4 垫圈、垫片的选择 (20)
4.6 齿轮强度校核 (20)
4.6.1 校核齿面接触强度 (20)
4.6.2 校核齿根弯曲强度 (22)
4.7内外轴传动机构 (23)
4.8 本章小结 (23)
5 上下楼梯轮椅整体结构设计 (24)
5.1 小型化紧凑型结构设计 (24)
5.2 轮椅其他部分设计 (24)
5.3本章小结 (25)
总结 (26)
致谢 (27)
参考文献 (28)
1 绪论
1.1 引言
据联合国报告指出，全世界人口老龄化进程正在加快，今后50年内，60岁以的人口比例预计将会翻倍，由于各种灾难和疾病造成的残障人士也逐年增加，他们存在不同程度的能力丧失，如行走、视力、动手及语言等[1][2]。为了提供老年及残障人士性能出色的出行工具，帮助他们外出方便，目前美国，德国，日本，法国，加拿大，西班牙及中国等国家对智能轮椅进行了研究，使智能轮椅具有记忆地图，避障，自动行走等功能，智能轮椅是将智能机器人技术运用于电动轮椅，融合多种领域的研究，包括机器视觉，机器人导航和定位，模式识别，多传感器融合及用户接口等，设计机械，控制，传感器，人工智能等技术，也称智能轮椅式移动机器人[3][4]
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。
自二十世纪以来，在欧美，越来越多的人开始关注这方面的问题，对许多机构进行了深入的探讨和论证，然后得出了非常多的结论，也提出了多种多样的解决方案。总体而言，根据爬升结构的不同，通常采用三种结构原理[5]一种是采用行星轮机构，他们不仅绕自身的轴旋转还饶一个所有轮的共同轴线旋转；一种结构是履带型爬梯轮椅；一种结构是步进支撑式。我国起初在这方面由于各种原因并没有多少的重视，所以研究缓慢，但是随着经济等快速发展，在相关产业带动下，研究爬楼轮椅对我国而言有巨大的现实意义。
1.2 智能轮椅发展趋势
上下智能爬楼机构/轮椅的研究已经具有相当长的历史，先后提出了各种构思的机构，如果按照机构形式分类，可以分为星轮式、履带式、步进式等[6]
1.3 本课题研究目的及任务
在经过严密仔细的调查推理之下、严谨细致的研究态度下，要求设计一台满足设计标准的自动爬梯轮椅。使爬梯轮椅在爬楼梯时轮椅能够被充分的抬起，连续以相同的幅度上升（下降）直到足以攀登上（下）第二级台阶，确保椅子的角度不变，确保了坐轮椅的人不翻到；在没有楼梯时，具有平地行走能力与转弯能力，并且可以实现水平方向移动；轮椅应具有安全可靠、舒适轻便、价格低廉的特点；总结和巩固在校4年所学的知识，使之进一步深化和系统化；
要求完成：
1、完成系统整体方案的设计；
2、完成机械的结构设计，绘制系统装配图及典型零件零件图；
3、完成设计说明书，要求不少于40页；
4、完成与设计相关的外文资料的翻译，要求不少于5000字符。
1.4 本章小结
通过查阅资料，对于爬楼梯的机构有了更多的了解，初步确定设计的方案。
2 上下楼梯轮椅机构选型及主要参数确定
2.1 可实现上下楼梯功能机构的比较
目前比较主流的爬楼机构为履带式，星轮式，步进式。通过对比分析，选择一种合适运动机构，然后通过对下列机构的特点进行对比和分析，结合优缺点，选择最为适合本次设计要求的机构。
2.1.1 履带式机构
顾名思义，履带式机构就是通过履带爬行，相当于坦克的行进方式，但是由于履带的结构构造，当履带式在爬梯过程中，重心会出现偏移，所以在楼梯上，不论是上坡还是下坡，都容易出现侧倾，这是非常危险的。履带式爬楼轮椅不适合在楼梯阶沿太光滑及斜度大于30－35度的环境使用，履带的损耗会非常严重，从而导致不得不经常更换或者是维修，带来许多的经济负担，而如果使用高质量高硬度的履带，虽然履带磨损率得到了保障，但相应的会对楼梯阶沿造成损伤，尤其是木制楼梯。履带式爬楼轮椅平地行走时阻力较大，转角处拐弯不灵活[7]对此，国内外提出过各种各样的改进机构，但目前仍不是很理想。
图 1 履带式轮椅
如果电动爬梯轮椅使用履带式作为爬梯机构，那么会带来以下几个问题：
1.传动效率低，体积巨大，虽然跨越障碍时具有优势，但在平地行驶时有很大的缺点，；
2. 爬楼梯时，台阶和履带的磨损比较严重。
3. 转弯半径大，尤其在房间内，转弯很不方便。另外，由于其转弯时两侧履带速度不一样，甚至需要两侧履带做相反方向转动，履带会在地面上产生滑动，对地面磨损严重。
2.1.2 轮式机构
星轮式的爬楼机构由均匀分布在“丫”型、“五角星”或“十”字形系杆上的若干个小轮构成。各个小轮既可以绕自己的轴线自转，又可以随着杆一起绕中心轴公转。当平地行走时候，各小轮绕自我轴线自转，而爬楼梯时，各小轮一起绕中心轴公转，从而实现爬梯的功能。但是就现在的研究表明，不论是上述何种轮式机构，由于各种原因，仍然会出现各种问题，例如打滑等，具有不安全的因素。目前国内在这方面的研究没有完善，许多问题没有考虑周全，比如考虑防滑制动装置等，在上下楼的过程中需要外力来帮助以防止出现各种意外，但是对于总重量接近于100公斤的轮椅而言，一旦出现打滑将会非常危险，严重时还会威胁生命，造成严重后果。因此，如何提高星轮式爬梯轮椅的安全性还有待于商讨，但是因为其结构简单和价格低廉，在低端市场仍有一定的需求。
2.1.3 步进式机构
步进式机构又称腿式机构，顾名思义，是模仿动物的足来运动。所以它的地形适应能力最强，能够应对大部分环境下的行走问题，但是，步进式机器人一般具有繁复的机械结构而且效率低下，控制复杂，如果要稳定的行走，还有很多难题需要解决。
2.2 方案比较及分析
通过综合分析，各机构特点如下表所示；
表1 爬楼机构特点总结
价格安全性传动效率操作性复杂程度履带式中高低中中步行式高高中高高星轮式低中低低低
图 2 机构传动简图
2.3 上下楼梯轮椅机构确定
经过比较了履带式、行星轮式、步进式三种爬梯机构，分析了其中的优点和缺点。重点考虑到机构的安全性，能量的利用率和控制的容易与否。此外，还借鉴了各种国内外的研究方案，最终，我们采取了行星轮式的爬梯机构。
第一，顾名思义，圆形在平地滚动的运动模型是最简单的,所以，轮式机构在平地运动时有着其他机构不能比拟的优势。所以为了保障轮椅车在大部分情况下的考
量，优先考虑轮式机构；
第二，因为星轮式机构具有攀爬楼梯的功能，而且可以使轮椅在平地行走时和爬楼梯时使用同一个机构，人为降低非常大的设计难度。本次设计采用双行星轮，左右布局对称。平时在平地上直线行走时，电机的运行模式相同，使得轮椅的运动方向得以控制；转弯时，分别控制两个电机的转速，使内侧电机的转速低于外侧电机，或是使两电机转向相反，从而灵活的转向；爬楼时，另外一对电机驱动行星轮系绕轴心公转实现上下楼梯的功能。该机构的传动简图如图 2-7 所示。
一个直流电机分别驱动两侧各两个行星轮。主传动轴的传动由电动机通过减速箱传递，然后由齿轮分配到了两个行星轮，为了尽可能减少传动齿轮的尺寸，在主传动轴与行星轮之间增加一个过渡齿轮。行星轮的翻转运动靠另外一个直流电动机驱动行星轮的支架来实现。采用内外轴的结构形式使得整个结构更为紧凑：行星轮翻转通过内轴驱动，驱动轮系转动通过外轴。为了使使用者更为舒适，减小振动，有两种方案可以选择；一是增加弹簧减震装置，但是市面上大部分成熟的减震装置重量较重，安装到轮椅上根本不合理，所以采用橡胶充气轮胎来减小振动。轮椅两侧各有一个万向轮（位于轮椅后端）以及两个或一个充气轮胎着地，如图2-8。在平坦路面行走或上坡时，电机2不通电，由电机1通过行星减速箱、末端圆柱齿轮副和定轴轮系同时驱动两个行星轮转动，如图 2-9 所示，从而可以满足日常情况下的运行要求。
图 3 引导轮结构
图 4 齿轮及车轮转向
如图设置的最终后果是四个行星轮在电源电力的驱使下，同一个时间、一样的方向、而且以一样的转速，这两个行星轮既可以单独作为驱动轮，也可以同时驱动，推动轮椅向前运动。这样全轮驱动不仅仅选择单轮驱动（只有一个两个行星轮驱动轮）在一些复杂的结构。但是还是有一些问题需要注意的，比如在全轮驱动，两个行星轮是左右镜像布置的情形下，前后两轮不用区分如何安排，行星轮不管怎么翻转都不会出现问题；轮椅在使用过程中，后轮承受着主要的压力，后排轮均为驱动轮的话，驱动力会远远大于只有单排轮驱动。（驱动力与作用于驱动轮上的压力成正比，也就是说双轮驱动会比单轮驱动产生大约两倍的驱动力）可以减少转弯半径。上下楼梯时，从安全方面考虑，均采用面向下楼方向的姿势，这时锁定电动机 1，由电动机 2 通过行星减速箱、末端齿轮副驱动前后四个车轮旋转，从而将整个轮椅向上抬升或下降，将轮椅车从一级台阶移动到另一个台阶，车轮连续翻转，如此重复即可实现上下楼梯功能。为了避免轮子下降过快产生冲击，可以通过电机 2 转速进行控制，使轮子缓慢下降。
在面对复杂的路面状况时，传统轮椅无法满足日常需要，但是可以改变后轮的姿势用以满足不同的使用需求和路面状况。为了减小轮椅车的重量和体积，采用了重量轻、体积小、输出扭矩大的直流电动机，经减速器输出至传动轴，减速机构在经过仔细论证下使用了与电动机集成的行星齿轮减速器和末级圆柱齿轮减速传动，它的大小适合轮椅车，传动效率高，运行时声音小，是满足电动轮椅车设计的动力装置。由于轮椅在平地行走时需要相对较高的速度，而在上下楼梯时需要非常低的速度以及比较大的扭矩，所以为两对电动机选择了不同减速比的减速器，以满足轮椅在平地行走时高速度但需要扭矩小，而在攀爬楼梯时需要低速度大扭矩的要求。
2.3.1 座椅姿态调整
座椅姿态检测采用双轴倾角传感器，实吋检测座椅与水平面的姿态以保证乘坐者的安全，翻转时轮椅与地面的支撑点，增加了乘坐齐的安全性与舒适性，同时又使得行星轮在翻转的过程中所需要的力矩减少，翻转更加容易[9]。
图 5 座椅姿态调整装置
2.4 车身骨架的确定
首先先确定轮椅主体，就是轮椅骨架的确定。首先需要考虑驱动系统及传动装置的布置，给它们留出必要的空间，还要使包括使用者在内的各个部件重心合理分配，不会出现危险情况的发生。
轮椅椅座的设计是重中之重，不仅需要满足人体工程学，还需要通过对各使用人群进行标准化分析，结合实际得出合适的尺寸，满足所有使用者的需要：支承腿架垂直高度500-900mm。椅座离地面高度600-1000mm，椅背垂直高度850-1000mm，椅座尺寸在730mm×850mm左右，扶手高度240-300mm，倾角0°。
图 6 轮椅外观图
2.5 本章小结
经过上面的对比分析，确认双联行星轮机构。行星轮机构的操作灵活，满足日常使用需要，可以在狭小房间内使用，而且操作灵活，可以满足多种楼梯的使用需要。选择完成后，作为残障群体使用的代步工具，应满足相关的国际标准，在此基础上进行设计。
3 受力分析及电机选取
3.1 行走机构分析及电机选取
3.1.1 水平路面行走受力分析
考虑到轮椅的使用环境和使用条件，我们要求电动机具有以下特点；
1.起动转矩足够大,因为日常环境下有许多的意外状况，为了应对突发情况，要求电机能够在满载情况下速度停止和启动，加速和减速要求灵活；因为是轮椅的使用，所以最大速度一般不高，这就要求电机的调速范围小，一般在25%～100%这个区间范围内，而且必须要求输出功率恒定，转矩小的特点，可以符合电动轮椅可以满功率运行的要求；
2.因为目前的电池技术瓶颈，为了使电动轮椅的使用时间延长，满足日常运行的要求，这就要求电机的能耗比达到一定的标准，具有优异的能耗比，满功率运行时要求应达(1～1.25)kW/kg 以上；
3.为了应对路面行驶时的突发情况，要求反应迅速，电机的可操控性高，且准确；
4.在任何运行环境下均能达到最佳的状态；
5.因为可能是在室内运行，这就要求运行时，噪声尽可能的小，且考虑到目标人群为残障人士，这就对轮椅的可维护性有了一定的要求。
无刷直流电机的特点是永久磁铁励磁绕组，一般而言具有以下优点：1.使用电子换向来替代传统的机械换向，损坏率较低，不易损坏，使用寿命长，性能可靠；
2.属于静态电机，空载电流小。
3.效率高
表2 各类型电机比较表
电动轮椅的电机就好比是人体的心脏，对电动轮椅的重要性不言而喻。所以在选择电机的时候，不仅要考虑体积是否合适，重量是否合适，性能能不能满足要求，价格是否便宜，可维护性怎么样，使用寿命有多久等；还要考虑在日常使用过程中遇遇到的各种问题。所谓轮椅运动就是电机输出功率经过传动机构放大后带动轮子克服地面摩擦力转动，当整个驱动系统的输出转矩大于行驶中的阻力时，轮椅加速行驶；当输出转矩小于行驶阻力时，轮椅减速。电机输出的转速经减速器等传动机构减速后，转速即为车轮转速。电动轮椅驱动力与行驶阻力的平衡关系可由下式给出：
设轮椅和人的质量分别为 40kg 和80kg，图 3-1 水平路面行走时受力分析
式中，错误！未找到引用源。为驱动力；错误！未找到引用源。为地面摩擦阻力；错误！未找到引用源。为空气阻力；错误！未找到引用源。为爬坡阻力；错误！未找到引用源。为加速阻力；错误！未找到引用源。为所有电动机输出总转矩；错误！未找到引用源。为传递效率；错误！未找到引用源。为减速器减速比；错误！未找到引用源。为其他传动机构传动比；错误！未找到引用源。为后轮半径；错误！未找到引用源。为整车质量；错误！未找到引用源。为滚动阻力系数；错误！未找到引用源。为车速；错误！未找到引用源。为道路坡度；错误！未找到引用源。为空气阻力系数；错误！未找到引用源。为车辆迎风面积；错误！未找到引用源。为轮椅质量换算系数。
于我们要设计的电动轮椅的行驶速度的期望为每小时5km至10km，速度较低。行驶时的路况一般为平坦或者障碍物较小的地面，所以坡度阻力很小而空气阻力和相对地面摩擦力可以忽略不计。所以当轮椅匀速行驶时，行驶阻力约等于地面摩擦阻力。即：错误！未找到引用源。。
轮椅在正常匀速行驶时，电机输出转速和轮椅行驶速度有着下列关系：
v = wr / i
0i g
其中，v为轮椅行驶速度；w为电机输出转速。
轮椅车身骨架重量大致为40kg左右，最大载重量为80kg，轮椅行驶在混凝土路面上，摩擦力为橡胶轮胎与路面的滚动摩擦力，查表可得，摩擦系数范围从0.010到0.030，取最大值μ =0.030。可计算地面摩擦阻力为:
mgf = (40+80) ×9.8×0.030 =35.28N
平坦路面上功率P=FVμ=（40+80）×9.8×2×0.03=70.56W
其中，路面摩擦系数μ=0.03
G为重力加速度取g=9.8
图 7 水平路面行走时受力分析
3.1.2 爬坡时受力分
析
轮椅最大可以爬30度的坡，假设爬坡时的速度为 0.5m/s，受力分析如图 3-2所示
爬坡时所需的总功率为
S
P?
F
F
C
V
os30
=μ）
in
（
30
?
?
?
?
?
+
=（1176×Sin30°+1176×Cos30°×0.03）×0.5
=309W
图 8 爬坡时受力分析
3.1.3 行走机构电机选取
通过以上分析，最终选取24V微型齿轮减速电机，参数如下：
表 3 行走机构电机参数
加工定制：是类别：齿轮减速机齿轮类型：圆柱齿轮减速机
安装形式：卧式布局形式：同轴式齿面硬度：硬齿面
用途：减速机品牌：WST 型号：WST-500GB
输入转速：11-780（rpm）额定功率：0.5-3.5（kw）输出转速范围：11-780（rpm）
许用扭矩：0.5-3.5（N.m）使用范围：广泛级数：双级
3.2 翻转机构分析及电机选取
3.2.1 爬楼梯时受力分析
通过查阅相关资料，找到国家制定的住宅规范；1.室内楼梯的每段净宽不应小于1.4m，踏步高度不应大于160mm，踏步高度不应小于280mm；2.室外台阶的踏步高度不应大于150mm，踏步宽度不应小于300mm。
为了实现上楼连续性，轮子太小会卡住，轮子太大不容易翻转，所以应该与轮梯相适应。不仅要能保障上楼梯的顺利，还要尽可能使电动轮椅上下楼平稳不颠簸，为了使轮椅车在上下楼梯过程中不下滑，不仅要让它的重心保持稳定，而且还要使
毕业设计 开题报告 课题名称智能轮椅的设计（机械部分） 院系机电与自动化学院 专业班机电1201 姓名胡天华 评分 指导教师李奕
武昌首义学院 武昌首义学院本科生毕业设计开题报告
置最适合自己的轮椅，于此同时模块化也可以降低生产成本，提高了智能轮椅的性价比。 随着人工智能，模式识别，图像处理，计算机技术和传感器技术的发展，智能轮椅的功能将更为完善丰富，也将真正进入老年人和残疾人的生活。 综上所述，国外在爬楼梯装置方面的研究已经有一百多年的历史了，研究出来的种类多，有一些已经可以实现市场化，取得了很大的成果。但是，他们研究出来的产品大多是结构复杂，价格昂贵，有许多产品价格在十几万以上，这对于中国的普通老百姓来说可望而不可及。国内的研究相对来说比较晚，虽然也诞生了很多专利，但由于受到体积，重量，稳定性及安全性的限制，还没有产品真正的投入使用。从国内外爬楼梯装置的特点可以看出，爬楼梯轮椅装置发展至今除了轨道式爬楼梯装之外，大多数爬楼梯轮椅装置的自主性都不高，仍然需要在旁人的协助下实现上下楼运动。而且存在许多问题值得深入研究。由此可见，为了解决轮椅使用受限的难题，同时还要考虑我国的国情，考虑到使用者的经济承受能力，研究一种价格低廉，功能多样的爬楼轮椅势在必行。 目前，市场上爬楼梯轮椅多种多样，种类繁多。但是比较优秀，实用，价格低廉的爬楼梯轮椅少之又少。目前，最为先进的爬楼轮椅为美国的iBOT。由美国著名发明家迪恩·卡门发明的爬山轮椅iBOT3000独立机动系统（以下简称iBOT）是目前为止世 图1美国 iBOT 界上最为先进的具有上下楼梯功能的全自动轮椅。其外形如图1.1所示。 从外表看上去，iBOT与普通轮椅不大一样；它有6个轮子，前面一对为直径10厘
浅谈智能轮椅的研究设计 中国即将步入老年化社会，可与预见未来几十年，随着老龄化的加深，同时由独生子女政策的影响，子女们必将不能看护需要照顾的老人。由于受到人力与资源的限制，一种更高效更便捷的智能轮椅有待开发。本着为有所需要的老人，病人提供更好地服务，文章讨论如何开发出更智能、更便捷的智能轮椅。在当前的市场分析中，研究了结合当下物联网技术方案，将轮椅使用状态进行时时管理，进行更人性化的功能实现。 标签：智能轮椅；物联网；人性化；远程监管 1 概述 目前美、德、日、法、加以及中国等国家对智能轮椅进行了研究，使智能轮椅具有记忆地图，智能避障，自动行走，爬楼地，与用户交互等多种功能。鉴于此，研究了一种基于物联网接入，芯片智能控制的智能轮椅，并对控制系统进行模块化设计，有利于智能轮椅的功能扩展和升级。本文介绍了在基于单片机作为核心控制，集成了陀螺仪，WIFI网络模块，温度感应，心律感应器和液晶显示模块。方便易用，操作简便，用户显示界面友好，总体造价相对便宜划算。 2 智能轮椅特性优势 在本次研究设计进行前，在对当下市场流行的智能轮椅进行了深入的调查和分析，得出以下的结论：智能轮椅要实现实现智能轮椅的人文实用性，科学先进性。 2.1 人文实用性 智能轮椅要考虑到老年人，或是先天后天残肢者的健康等情况，实现科学性的人机交互。实现他人遥控控制，自身独立控制行走和自动识别控制三种模式，其中模式的切换简单。在使用过程中，满日常的行走外，还能实现轮椅-躺椅切换，在使用者休息时型变为躺椅。通过自动控制模式，在设定的路线实现自由行走，满足如使用者如厕、吃药、就餐、睡觉等固定地点自动寻路。 2.2 科学先进性 在当下兴起的物联网技术革命中，机-物的信息交互能夠实现信息节点的快速反应控制管理。智能轮椅的核心处理器为单片机，在接入外置模块，如心律监控感应，温度感应，可实现对使用者的心率进行实时监控，为可能出现的情况采取数据，对使用者的身体健康状况负责；WIFI模块可实现智能设备接入控制，如使用者不方便对轮椅进行操控时，可由他人进行遥控控制；另接入红外超声模块，对障碍物进行避障和行进速率等功能控制，设置过程中对异常的障碍进行鸣笛提示，降低进行速率并对当前线路进行再规划。
Computer Science and Application 计算机科学与应用, 2019, 9(6), 1216-1222 Published Online June 2019 in Hans. https://www.doczj.com/doc/762166836.html,/journal/csa https://https://www.doczj.com/doc/762166836.html,/10.12677/csa.2019.96136 Research on Intelligent Wheelchair Control System Tianping Zhang1,2, Yijian Gong1 1School of Information Engineering, Wuchang Institute of Technology, Wuhan Hubei 2School of Logistics Engineering, Wuhan University of Technology, Wuhan Hubei Received: Jun. 10th, 2019; accepted: Jun. 21st, 2019; published: Jun. 28th, 2019 Abstract Wheelchairs, as an important means of transportation, play an important role in daily life for people with mobility disabilities, including the elderly or the disabled. How to design a better in-telligent wheelchair, effective wheelchair control scheme and interactive operation mode is of great significance to provide more efficient and safer travel services for people with mobility dis-abilities. This paper studies the wheelchair control structure, wheelchair control mode, wheel-chair status monitoring, and provides an effective basis for caring for the elderly. Keywords Intelligent Control, Intelligent Alarm, Safety Monitoring 智能轮椅控制系统研究 张天平1,2，龚义建1 1武昌工学院信息工程学院，湖北武汉 2武汉理工大学物流工程学院，湖北武汉 收稿日期：2019年6月10日；录用日期：2019年6月21日；发布日期：2019年6月28日 摘要 对于包括老年人或者残疾人在内的行动不便人群，轮椅作为重要代步工具，在日常生活中扮演着重要的角色。如何设计出更好的智能轮椅，以及有效的轮椅控制方案和交互操作方式，为行动不便人群提供更加高效、更加安全的出行服务具有十分重要的意义。本文研究了轮椅控制结构、轮椅控制模式、轮椅状
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可站立式电动轮椅机构设计及运动学仿真 作者：任怡， 张峻霞， 薛强， 胡军， REN Yi， ZHANG Jun-xia， XUE Qiang， HU Jun 作者单位：天津科技大学,机械工程学院,天津,300222 刊名： 机械设计 英文刊名：JOURNAL OF MACHINE DESIGN 年，卷(期)：2009，26(3) 被引用次数：0次 参考文献(4条) 1.张锡玉轮椅舒适性研究及脑瘫患者专用轮椅的设计 2006 2.刘云.王艾伦一种新型可卧立电动轮椅的研制与设计[期刊论文]-机械与电子 2007(10) 3.国家质量技术监督局GB 10000-1988.中国成年人人体尺寸国家标准 4.丁玉兰人机工程学 2005 相似文献(1条) 1.期刊论文赵亮专利侵权屡忍耐维权无获心难平——访中国站立式电动代步车专利持有人谢寿椿-中国发明与专 利2010(6) 谢寿椿,1935年生于浙江杭州.20世纪50年代毕业于清华大学,高级工程师,一生从事机械制造和汽车、摩托车设计、运用及维修的教学科研中在我国工业设计行业尤为知名.曾18此获得省部级嘉奖,连续两届当选兰州市安宁区人大代表.退休后,仍被业界多家中外知名企业竞相争聘.向来爱好机械设计的谢寿椿,闲暇中研发的新型电动代步车、电动轮椅、电动跑车等.已取得国家知识产权局颁发的四个中国实用新型专利及美国专利与商标局(USPTO)颁发的美国发明专利证书(US7.192.040B2). 本文链接：https://www.doczj.com/doc/762166836.html,/Periodical_jxsj200903014.aspx 下载时间：2011年2月15日
手动轮椅车目前执行的国家标准是GB/T13800-92，该标准规定了手动轮椅车的术语、型 号、安全性能、试验方法、检验规则等。 这里主要谈谈标准中与消费者密切相关的一些轮椅车的主要性能指标的要求及其测试方法。☆车轮着地性：当使用者自主驱动行走时，不小心压在一块石头上，或者是过一个小坎，不能让其他轮子悬空，造成方向失控，而使车子突然转向形成威胁。 测试要求：将装有试验用假人的手动四轮轮椅车任何一个车轮抬高20mm的高度，其余车 轮都应着地。 ☆椅座耐冲击：一般轮椅车的使用者都不易缓慢地起身和坐下，相对猛然坐下的时候多，所以要求椅座要达到一定的强度。 测试要求：将轮椅车水平放置在测试台1181973402上，使装有铁砂质量为25公斤的足球自250毫米高度处自由落在椅座上3次，应无变形、断裂、撕裂、脱焊和损坏等异常现象。 ☆静态稳定性：当使用者自主驱动，要爬上(下)一个坡道，或者要横向驶过一段坡道，轮椅 车本身质量很轻，极易倾斜，但在一定的坡度之内，不能“仰面翻倒”、“兜头扣下”或者横着翻倒。 测试要求：将装有试验用假人和制动后的手动四轮轮椅车置于斜度可调的测试平台上，先将电动轮椅按推上、推下斜坡的方向放置，等速率增加平台斜度，在10°以内，上坡位轮子不得离开测试台面;然后将轮椅车按向左、向右与斜面成直角放置，在15°以内，上坡位轮子 不得离开测试台面 ☆驻坡性能：轮椅护理者将使用者推至斜坡处因故将车闸刹好离开了，结果轮椅车自己沿着坡度下溜或者翻了，那情形难以预料。本指标就是要避免此类情况的发生。 测试要求：将装有试验用假人的手动四轮轮椅车的制动器调整适当并刹紧，按向前、后、左、右4个方向置于斜度可调的测试平台上，小脚轮处于拖曳位置，等速率增加平台斜度，在8°以内，不得出现滚动、滑动及车轮离开测试台面的现象。 ☆滑行偏移量：使用者有意或无意让电动轮椅车自己滑行了一点距离，如2米，结果就掉沟里了，或者跑到机动车道上了，多危险呀!再者，跑偏意味着装配不平衡，使用者操纵起来 必然左右力量不均衡，时间一长，会影响身体及双臂的发育和肌力的发展。 测试要求：将装有试验用假人的手动四轮轮椅车推置于测试斜坡上，使其右边的驱动轮与零线重合，小脚轮调至向前滚动的方向，靠势能使轮椅车沿斜面下滑，在2.5°的检验轨道内距零线的偏差值应小于350mm。 ☆最小回转半径的测试：在水平测试面上由操作人驱动轮椅车作360°双向转向，其值不得大于0.85米。
轮椅项目 计划书 规划设计/投资分析/产业运营
报告说明— 轮椅是装有轮子并可以替代行走的椅子，是伤残人士居家康复、周转 运输、就诊、外出活动的重要移动工具，其产品主要分为电动轮椅和手动 折叠轮椅。其中电动轮椅是在普通轮椅上叠加了高性能动力驱动装置、智 能操纵装置、电池等部件进行改造升级而成的，与传统轮椅相比更为人性化，操作也更加方便，因此很快就成为国内外市场上最受欢迎的实用轮椅 产品。 该轮椅项目计划总投资2247.31万元，其中：固定资产投资1879.27 万元，占项目总投资的83.62%；流动资金368.04万元，占项目总投资的16.38%。 达产年营业收入2682.00万元，总成本费用2045.62万元，税金及附 加40.60万元，利润总额636.38万元，利税总额764.76万元，税后净利 润477.28万元，达产年纳税总额287.47万元；达产年投资利润率28.32%，投资利税率34.03%，投资回报率21.24%，全部投资回收期6.21年，提供 就业职位46个。 近年来，我国轮椅市场主要集中于低端产品，而中高端产品需求无法 满足，这导致我国中高端需求大多依赖于国外进口。而电动轮椅的在我国 的迅速发展，将会在一定程度上满足我国产量较少的中高端轮椅市场，从 而提升整体轮椅市场的竞争力。但由于目前国内电动轮椅价格相对较贵，
远远超出我国老年人的消费能力；且国家对电动轮椅的生产和销售的市场监管存在着一些问题，消费者缺乏购买信心。我国电动轮椅市场未来仍有很长的路要走。
第一章项目总论 一、项目概况 （一）项目名称及背景 轮椅项目 智能轮椅是指具有视觉和口令导航功能、能与人进行语音交互的机器人轮椅。智能轮椅可以安全便捷地将用户送到目的地，或完成指定任务。在运动过程中，智能轮椅需要接受用户的指令，同时也要结合环境信息启动自身避障、导航等功能，产品的技术含量及附加值较高。随着消费观念的转变和智能化时代到来，智能轮椅成为轮椅行业升级的重要方向。 电动轮椅是传统手推轮椅的升级产品，在传统手动轮椅的基础上，叠加高性能动力驱动装置、智能操纵装置、电池等部件，改造升级而成的。从产业链来看，电动轮椅上游主要是机械、塑料、电子和合金等原材料生产厂商，下游主要销售渠道包括医疗器材专卖店、康复医疗机构、养老机构及电商平台等。 （二）项目选址 某某经开区
一、项目概述 1、1项目背景 当今世界发达或发展中国家的中小城市都面临着人口老龄化问题,据联合国预测分析,1990-2020年世界老龄人口平均年增速度为2、5%,同期我国老龄人口的递增速度为3、3%,增长速度超过了世界老龄化的速度。人社部新闻发言人李忠指出,中国已经逐渐进入老龄化社会,60岁以上老年人口达到2、1亿,占总人口的比例15、5%,2、1亿的人里有将近4000万人就是失能、半失能的老人。这些老人在疾病治疗、康复及日常生活中,都需要借助轮椅活动。 另外第二次全国残疾人抽样调查数据推算,全国各类残疾人总数达8296万人,其中肢体残疾2412万人,占29、07%;多重残疾1352万人,占16、30%。而这些人中有相当一部分在生活、工作中,在治疗与康复训练中,也需要借助轮椅来完成。 随着行动不便的老年人、残疾人的数量在逐渐增加,这一现象带来了对特殊群体产业市场多元化的需求,如何为这类特殊群体8提供相应的便利产品服务,已成为社会各界共同关注的话题。这为轮椅生产企业提供了良好的发展空间与广阔的市场前景,多功能智能轮椅行业市场前景非常可观。 1、2项目简介 如今我们正处于智能电子产品的兴盛发展阶段,网络及大数据的应用广泛,自动化技术正在经历一次巨大的变革。公司基于普通轮椅已不再能满足人们实际需求的现状,积极响应号召,采用互联网+智能轮椅
的模式,本着互联网便利她人的原则成立。公司以市场需求为导向,建立基于网络及大数据多维度下的人性化智能轮椅系统,构建24小时使用者动态实时数据采集分析平台与实时环境数据采集分析平台,综合运用电子驱动装置、GPS定位系统、数学建模分析、语音识别系统、大数据的分析与挖掘、分布式云计算等专业知识,致力于解决无论就是世界大环境还就是中国国内内况,由于老龄化程度的增加,及先天或因各种意外事故造成的肢体残疾的残障人士数量的增加所带来的问题。公司也致力于智能轮椅的研发与技术创新,不断推出更加符合市场需求的多功能智能轮椅。并坚持以人为本的人文情怀与热情周到的服务态度,切实做好产品服务,真正做到让消费者买得放心,用得舒心。 二、产品及研发 2、1产品介绍 2、1、1功能介绍 智能轮椅不仅仅拥有市场上普通轮椅的基本功能,更加入了自动行驶、健康监测、等功能。不仅仅注重满足生理上的需求,更加注重对使用者心理上的满足。让使用者获得更加健康自主自由的生活。产品功能主要有以下几个方面: ①出行小助手:智能轮椅运用电子驱动装置与智能导航无需人力即可行驶使出行更加便利快捷通过无障碍地图与智能感应系统达到无障碍行驶为使用者出行提供安全保障增加使用者出行自主性 ②健康小助手:拥有身体指标检测功能实时监测身体指标同时还有药物服用提醒功能为使用者健康保驾护航最特别的就是情绪监测与
２００８ 年３月３０日 《机器人技术与应用》 １ ０ 引言 随着社会老龄化进程的加快以及由于各种疾病、工伤、交通事故等原因造成下肢损伤的人数的增加，为老年人和残疾人提供性能优越的代步工具已成为整个社会重点关注的问题之一。智能轮椅作为一种服务机器人，具有自主导航、避障、人机对话以及提供特种服务等多种功能，可以大大提高老年人和残疾人的日常生活和工作质量，使他们重新获得生活自理能力和融入社会成为可能。目前，世界各国的研究者都在广泛开展智能轮椅相关技术的研究。 作为机器人技术的一种应用平台，智能轮椅上融合了机器人研究领域的多种技术，包括运动控制、机器视觉、模式识别、多传感器信息融合以及人机交互等等。经过２０多年的研究和开发，智能轮椅的交互性、自主性以及安全性都得到了很大的发展。本文旨在对目前智能轮椅的国内外研究现状、关键技术及其发展趋势进行介绍。 １ 智能轮椅的国内外研究现状 智能轮椅通常是在一台标准电动轮椅的基础上增加一台电脑和一些传感器或者在一个移动机器人的基础上增加一个座椅进行构建。最早的相关研究开始于１９８６年，轮椅通过视觉进行导航协助。之后 ＩＢＭ Ｔ．Ｊ．Ｗａｔｓｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ的Ｃｏｎｎｅｌｌ 和Ｖｉｏｌａ将座椅放在一个移动机器人平台上，利用操纵杆、超声和红外传感器实现了机器人的行走和避障等导航功能。Ｊａｆｆｅ等负责的ｓｍａｒｔ ｗｈｅｅｌｃｈａｉｒ项目利用两个超声波传感器测定人的头部运动位置，并以此实现了利用头部姿势控制轮椅的运动。经过２０多年的开发，世界各国的研究者相继开发了多种智能轮椅平台，包括美国麻省理工大学的Ｗｈｅｅｌｅｓｌｅｙ， 密西根大学的ＮａｖＣｈａｉｒ，匹兹堡大学的Ｈａｐｈａｅｓｔｕｓ，ＳＷＣＳ（Ｓｍａｒｔ Ｗｈｅｅｌｃｈａｉｒ ＣｏｍｐｏｎｅｎｔＳｙｓｔｅｍ）， 加拿大的ＴＡＯ项目，西班牙的ＳＩＡＭＯ， 法国的ＶＡＨＭ， 德国乌尔姆大学的ＭＡｉｄ，不莱梅大学的Ｒｏｌｌａｎｄ， ＦＲＩＥＤＮＳ Ｉ，ＩＩ系列，希腊的ＳＥＮＡＲＩＯ等。我国开展智能轮椅的研究较晚，但是也根据自己的技术优势和特点，开发出了有特色的智能轮椅平台，包括中科 智能轮椅研究现状及发展趋势 o 鲁 涛 原 魁 朱海兵 中国科学院自动化研究所 ［摘 要］ 本文对智能轮椅近年来国内外研究工作进行了分析和总结，并讨论了智能轮椅研究中的关键技术，最后简要分析了未来的研究发展趋势。［关键词］智能轮椅，导航，人机接口 ［Ａｂｓｔｒａｃｔ］ Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｓ ａ ｓｕｒｖｅｙ ｏｆ ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ ｏｎ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｗｈｅｅｌｃｈａｉｒｓ ａｂｒｏａｄ ａｎｄ ｈｏｍｅ．Ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｆｕｔｕｒｅ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ．［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｗｈｅｅｌｃｈａｉｒ， Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ， Ｈｕｍａｎ－Ｍａｃｈｉｎｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ ＷｈｅｅｌｅｓｌｅｙＮａｖＣｈａｉｒ
轮椅项目 商业计划书 规划设计/投资分析/产业运营
报告摘要 轮椅是装有轮子并可以替代行走的椅子，是伤残人士居家康复、周转运输、就诊、外出活动的重要移动工具，其产品主要分为电动轮椅和手动折叠轮椅。其中电动轮椅是在普通轮椅上叠加了高性能动力驱动装置、智能操纵装置、电池等部件进行改造升级而成的，与传统轮椅相比更为人性化，操作也更加方便，因此很快就成为国内外市场上最受欢迎的实用轮椅产品。 近年来，我国轮椅市场主要集中于低端产品，而中高端产品需求无法满足，这导致我国中高端需求大多依赖于国外进口。而电动轮椅的在我国的迅速发展，将会在一定程度上满足我国产量较少的中高端轮椅市场，从而提升整体轮椅市场的竞争力。但由于目前国内电动轮椅价格相对较贵，远远超出我国老年人的消费能力；且国家对电动轮椅的生产和销售的市场监管存在着一些问题，消费者缺乏购买信心。我国电动轮椅市场未来仍有很长的路要走。 该轮椅项目计划总投资18782.28万元，其中：固定资产投资14525.51万元，占项目总投资的77.34%；流动资金4256.77万元，占项目总投资的22.66%。
达产年营业收入41166.00万元，净利润7494.67万元，达产年纳 税总额4270.25万元；达产年投资利润率53.20%，投资利税率62.64%，投资回报率39.90%，全部投资回收期4.01年，提供就业职位799个。
轮椅项目商业计划书目录 第一章项目概述 第二章项目背景研究分析 第三章市场调研分析 第四章项目方案分析 第五章工程设计可行性分析 第六章运营管理模式 第七章风险性分析 第八章 SWOT分析 第九章实施安排 第十章投资方案计划 第十一章项目经济评价分析 第十二章项目综合评估
2. 性能指标 2.1 表面、外形和质量要求 2.1.1 表面要求 2.1.1.1零部件外表面：轮椅车所有手能触及的外表面均应平整光滑，不得有锋棱、毛刺、尖角等，各管孔端部均应加有封头。 2.1.1.2 镀铬零件：主要表面应无明显的鼓泡、孔隙、粗糙、裂纹、漏镀等镀层缺陷。 2.1.1.3 镀锌零件：主要表面应平滑，无滴瘤、粗糙和刺锌，无起皮，无残留的溶剂渣。 2.1.1.4 阳极氧化零件：主要表面应色泽均匀，无色差、无可见缺陷。 2.1.1.5 涂漆表面：应平整光滑，色泽均匀、不许露底、气泡、剥落、开裂，不得有明显的擦伤、碰伤。
2.1.1.6 焊接表面：应光滑平整，不得有焊瘤或凹坑，焊缝均匀，不得有气孔、裂纹、夹渣、漏焊、烧穿等缺陷。 2.1.2 外形尺寸 轮椅车的最大外形尺寸不得大于表1的规定数值。 表1 轮椅车外形尺寸单位：mm 2.1.3 质量 折叠普通型手动四轮轮椅车的质量应不大于22kg。 注：折叠普通型指普通靠背、固定式扶手、固定脚托架的手动四轮轮椅车。 2.2 装配 2.2.1 轮椅车装配后其各项功能应能按生产商的说明正常使用，所有转动、移动部件均应运动均匀、灵活，间隙适当，不得有卡滞或松弛现象。 2.2.2 轮椅车的轮辋（车圈）应符合QB 1802 自行车轮辋（车圈）的规定，辐条和条母应符合QB/T 1888 自行车辐条和条母的规定，轮胎应符合GB/T 1702 力车轮胎的规定。 2.2.3 各车轮的辐条应调节均匀，辐条头不允许突出条母之外。 2.2.4 装配后的轮辋（车圈）的径向跳动和端面跳动均应小于4mm,手圈的径向跳动应小于10mm, 端面跳动应小于5 mm。 2.2.5 折叠式轮椅车应折合、展开灵活，不得过松或过紧。 2.2.6 折叠式轮椅车的搁脚板应易于翻动，翻起后应不会自行落下；搁脚板翻下后与脚托架的夹角应为88°～90°，内侧不应有下垂现象。 2.3 性能 轮椅车的性能应符合表2的规定。 表2 轮椅车性能指标
轮椅介绍 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。 【轮椅的结构和功能】 轮椅的结构 普通轮椅一般由轮椅架、车轮、刹车装置及座靠四部分组成，如图3-7-7。下面简述轮椅各主要部件的功能。 1. 大车轮承载主要的重量。轮的直径有51、56、61、66cm数种。除了少数使用环境要求而用实心轮胎外，多用充气轮胎。 2. 小车轮直径有12、15、18、20cm数种，直径大的小轮易于越过小的障碍物和特殊的地毯。但直径太大使整个轮椅所占空间变大，行动不方便。正常小轮在大轮之前，但在下肢截瘫者用的轮椅，常将小轮放在大轮之后。操作中要注意的是小轮的方向最好可与大轮垂直，否则易倾倒。 3. 手轮圈为轮椅所独有，直径一般比大轮圈小5cm。偏瘫用单手驱动时，再加一个直径更小者以供选择。手轮圈一般由患者直接推动，若功能不佳，为易于驱动，可有下列方式的改动：（1）在手轮圈表面加橡皮等以增加磨檫力。（2）沿手轮圈四周增加推动把手（knob）。推把有以下几种：①水平推把。用于C5脊柱损伤时。因此时，肱二头肌健全，手放在推把上，靠屈肘力可推车前进。若无水平推把，则无法推动。②垂直推把。用于类风湿性关节炎肩手关节活动受限时。因此时无法使用水平推把。③加粗推把。用于手指运动严重受限而不易握拳的患者，也适用于骨关节炎、心脏疾病或老年病人。 4. 轮胎有实心的、有充气内胎和无内胎充气型三种。实心型在平地走较快且不易爆破，易推动，但在不平路上振动大，且卡入与轮胎同宽的沟内时不易拔出；有充气内胎的较难推，也易刺破，但振动比实心的小；无内胎充气型因无内胎不会刺破，而且内部也充气、坐起来舒服，但比实心者较难推。 5. 刹车大轮应每轮均有刹车，当然象偏瘫者只能用一只手时，只好用单手刹车，但也可装延长杆，操纵两侧刹车。刹车有两种：（1）凹口式刹车。此刹车安全可靠，但较费力。调整后在斜坡上也能刹住，若调到1级在平地上不能刹住为失效。（2）肘节式刹车。利用杠杆原理，通过几个关节而后制动，其力学优点比凹口式刹车强，但失效较快。为加大患者的刹车力，常在刹车上加延长杆，但此杆易损伤，如不经常检查会影响安全。 6. 椅座其高、深、宽取决于患者的体型，其材料质地也取决于病种。一般深为41、43cm，宽40、46cm，高4 5、50cm。 7. 座垫为避免压疮，对垫子要高度注意，有可能尽量用蛋篓（eggcrate）型或Roto垫，这种垫由一块大塑料，上面有大量直径5cm左右的乳头状塑胶空心柱组成，每个柱都柔软易动，患者坐上后受压面变成大量的受压点，而且患者稍一移动，受压点随乳头的移动而改变，这样就可以不断地变换受压点，避免经常压迫同一部位造成压疮。如无上述垫子，则需用层型泡沫塑料，其厚度应有10cm，上层为0.5cm厚的高密度聚氯基甲酸酯（polyarethane）泡沫塑料，下层为中密度的同样性质的塑料，高密度者支持性强，中密度者柔软舒适。在坐位时，坐骨结节承压很大，常超出正常毛细血管端压力的1~16倍，易于缺血形成压疮。为避免此处压力过大，常在相应处的垫子上挖去一块，让坐骨结节架空，挖时前方应在坐骨结节前2.5cm处，侧方应在该结节外侧2.5cm处，深度在7.5cm左右，挖后垫子呈凹字形，缺口在后，若采用上述垫子加上切口，可以相当有效地防止压疮的产生。
智能轮椅开题报告
毕业设计 开题报告 课题名称智能轮椅的设计（机械部分） 院系机电与自动化学院 专业班机电1201 姓名胡天华 评分 指导教师李奕 武昌首义学院
武昌首义学院本科生毕业设计开题报告
置最适合自己的轮椅，于此同时模块化也可以降低生产成本，提高了智能轮椅的性价比。 随着人工智能，模式识别，图像处理，计算机技术和传感器技术的发展，智能轮椅的功能将更为完善丰富，也将真正进入老年人和残疾人的生活。 综上所述，国外在爬楼梯装置方面的研究已经有一百多年的历史了，研究出来的种类多，有一些已经可以实现市场化，取得了很大的成果。但是，他们研究出来的产品大多是结构复杂，价格昂贵，有许多产品价格在十几万以上，这对于中国的普通老百姓来说可望而不可及。国内的研究相对来说比较晚，虽然也诞生了很多专利，但由于受到体积，重量，稳定性及安全性的限制，还没有产品真正的投入使用。从国内外爬楼梯装置的特点可以看出，爬楼梯轮椅装置发展至今除了轨道式爬楼梯装之外，大多数爬楼梯轮椅装置的自主性都不高，仍然需要在旁人的协助下实现上下楼运动。而且存在许多问题值得深入研究。由此可见，为了解决轮椅使用受限的难题，同时还要考虑我国的国情，考虑到使用者的经济承受能力，研究一种价格低廉，功能多样的爬楼轮椅势在必行。 目前，市场上爬楼梯轮椅多种多样，种类繁多。但是比较优秀，实用，价格低廉的爬楼梯轮椅少之又少。目前，最为先进的爬楼轮椅为美国的iBOT。由美国著名发明家迪恩·卡门发明的爬山轮椅iBOT3000独立机动系统（以下简称iBOT）是目前为 图1美国 iBOT 止世界上最为先进的具有上下楼梯功能的全自动轮椅。其外形如图1.1所示。 从外表看上去，iBOT与普通轮椅不大一样；它有6个轮子，前面一对为直径10厘
轮椅的正确使用方法 方法、步骤： 第一.轮椅的展开和折叠 展开：双手握住把套向两侧轻拉，使左右车架稍许分开，在坐垫两侧用手心向下轻压至定位处，轮椅车即自行展开平放。展开时，请切勿硬扳左右车架，以免损坏各部件，向下压坐垫时，请勿将手指握住左右支撑管，以免夹伤手指。 折叠：先将左右脚踏板翻起，用两手抓住坐垫两端向上提起，即可折叠。 第二.手动轮椅的操作 1.上车 1)将展开的车平放在地上； 2)扳动驻立刹车，刹住左右后轮 3)把脚踏板收起，移近轮椅，扶住左右扶手，慢慢做到坐垫上； 4)人坐上轮椅之后，展开脚踏板，放脚到脚踏板上，系好安全带； 5)松开驻立刹车即可推行。 2.行驶 1）在行驶过程中，如遇障碍物，护理人员需双手握住把手套同时用脚踩脚踏套，使前轮抬起越过障碍物，后轮碰到障碍物时，双手紧握把手套，向上提起后轮，即可越过障碍物
2）行驶过程中，如遇大的障碍物或台阶，需要两人紧握轮椅两侧大架，将轮椅平抬越过障碍物。 3）下坡时须倒行，用双手握住手推圈，以力大小控制下坡速度，坡度过陡时需要有护理人员控制，护理人员应该倒行缓慢下坡，上坡即为正常推行。 第三.下车 A) 刹住驻立刹车 B) 翻起脚踏板 C)双脚踩稳地面 D)松开安全带 E) 手握扶手或由护理人员搀扶站离轮椅 第四.保养和维护 1)轮椅使用前应检查前轮、后轮、驻立刹车等各部位的螺丝及后轮辐条，如有松动请锁紧（由于运输颠簸等因，可能会造成轮椅车螺丝的松动） 2.)检查车胎充气是否正常，如有气不足，请及时充气，充气方法与自行车相同 3.)轮椅在使用过程中，每月都需要检查各部位机动、螺丝及后轮辐条是否有松动，若有松动及时锁紧，以免产生安全隐患 4.)活动部位每周应加润滑油，以防活动不灵活 5.)轮椅车使用后，应用软干布将表面水汽、污物等擦干净，以防生锈 6.)轮椅应存放在干燥的场所，以免受潮生锈；坐垫、靠背应保持清洁，以防滋生细菌 注意事项 1.严禁踩踏脚踏板上下轮椅 2.严禁未刹住驻立刹车上下轮椅 3.轮椅在行驶过程中，尤其是下坡时严禁使用驻立刹车，以免翻车带来人身伤害；每月检查轮椅的紧固件，如有松动及时报修。
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
脑控智能轮椅控制系统 摘要：为身体高度瘫痪的残疾人士能够自由移动，提出了一种基于脑机接口实验平台BCI2000的自发想象控制轮椅的新方法。该控制系统主要由Emotiv脑电采集装置、一台笔记本电脑、一个单片机控制器组成，对采集的信号进行时频特征分析，并利用改进的感知器算法对信号进行分类。利用提示被试者想象左右手运动的脑电信号特征，实现对轮椅的左转和右转的控制，对今后进一步研究轮椅的精确控制系统具有重要的指导意义。 关键词： Emotiv；BCI2000；脑控；智能轮椅 脑-机接口BCI(Brain-Computer Interface)是一种利用脑部神经发出的信息与计算机或其他外部设备通信的系统[1]。基于头皮的脑电信号可以反映大脑的不同状态，且记录简单、无创，能够实时地进行信号的提取和分类，在目前脑-机接口研究中是最多的[2]。 传统的轮椅人机交互由声音、摇杆和按键等实现。然而对于高位瘫痪不具备语言能力的人来说，通过BCI这种技术可以很好地帮助他们实现意念控制外部设备的愿望。目前随着BCI 技术的发展，实现大脑控制外部设备变得越来越有可能。在国外，Farwell等人就利用脑电信号中的P300开发了虚拟打字机，可以实现意念控制文字的输入[3]。同时，在现有脑电控制的智能轮椅系统中，可以利用闭眼放松的脑电信号的Alpa波和左右手运动想象脑电信号的Beta波来实现对轮椅的控制[4]。而脑电信号很微弱且易受外部环境的干扰[5]，其处理的算法也非常复杂。对于利用脑电信号进行控制的系统，处理脑电的步骤一般包括信号的滤波、特征提取、信号分类和转换。脑电特征提取方法主要有小波(包)分析、功率谱法和共空间模型等。而脑电信号的分类方法中最主要的包括线性判别法、支持向量机法和人工神经网络等[6]。 由于脑机接口的研究很复杂，许多处理算法也只是处于离线的理论研究阶段，实际操作的可靠性也有待提高。本文主要研究了脑电数据的离线处理方法，运用AR模型估计方法验证了想象数据的可分离性，然后使用感知器算法对信号的特征进行分类，并基于BCI2000平台将其转换为控制信号，达到了控制外部轮椅设备的目的。该操作平台的优点是：不利用人体的肢体动作就可以实现对轮椅运动方向的控制，成本较低，为行动有障碍的残疾人士提供了一个自由的控制平台，对今后进一步实现轮椅的集成控制有重要意义。 1 BCI2000试验平台 BCI2000是一种能描述任意BCI系统的模型，该模型由4个相互联系的功能模块构成：数据获取模块（数据的采集和存储）、信号处理模块、用户应用程序模块、操作员模块，。这4个模块各自分离，并通过TCP/IP协议进行相互通信[7]。 在BCI2000系统运行过程中，每次数据获取模块获得一组脑电数据后，就发送给信号处理模块，在此对脑电数据进行信号的特征提取和模式分类，并将分类的结果转化为控制命令发送给用户应用模块。每个模块各自实现自己的功能，它们之间的通信协议不受信号的通道数和采样率、信号处理的复杂度和所需要控制的外部设备等因素的限制[7]。 2 脑电信号分析 2.1 特征分析 在想象运动中Mu节律的能量高低及分布可用于对数据进行分类，并且可以通过训练用户控制Mu节律的能量高低和分布状况来实现对外部设备的控制[8]。本设计利用Mu节律的能量幅值变化来研究人脑下达不同运动意识指令时EEG的表现特征，并且将时域特征与频域特征结合作为时频特征。实验中，利用刺激界面使被试者进行左右手运动的想象动作，从提示到结束的时间为9 s，同时记录下被试者的脑电数据，将通过电脑采集的脑电数据存储到计算机内。最后利用MATLAB进行数据分析，提取脑电数据的特征向量。
轮椅通常是指带有行走轮子的座椅，是肢体伤残者的代步工具。 一轮椅的结构和功能 1.大车轮 承载主要的重量。轮的直径有51、56、61、66cm数种。除了少数使用环境要求而用实心轮胎外，多用充气轮胎。 2.小车轮 直径有12、15、18、20cm数种，直径大的小轮易于越过小的障碍物和特殊的地毯。但直径太大使整个轮椅所占空间变大，行动不方便。正常小轮在大轮之前，但在下肢截瘫者用的轮椅，常将小轮放在大轮之后。操作中要注意的是小轮的方向最好可与大轮垂直，否则易倾倒。 3.手轮圈 为轮椅所独有，直径一般比大轮圈小5cm。偏瘫用单手驱动时，再加一个直径更小者以供选择。手轮圈一般由患者直接推动，若功能不佳，为易于驱动，可有下列方式的改动：⑴在手轮圈表面加橡皮等以增加磨檫力。⑵沿手轮圈四周增加推动把手（knob）。推把有以下几种：①水平推把。用于C5脊柱损伤时。因此时，肱二头肌健全，手放在推把上，靠屈肘力可推车前进。若无水平推把，则无法推动。②垂直推把。用于类风湿性关节炎肩手关节活动受限时。因此时无法使用水平推把。③加粗推把。用于手指运动严重受限而不易握拳的患者，也适用于骨关节炎、心脏疾病或老年病人。 4.轮胎 有实心的、有充气内胎和无内胎充气型三种。实心型在平地走较快且不易爆破，易推动，但在不平路上振动大，且卡入与轮胎同宽的沟内时不易拔出；有充气内胎的较难推，也易刺破，但振动比实心的小；无内胎充气型因无内胎不会刺破，而且内部也充气、坐起来舒服，但比实心者较难推。 5.刹车 大轮应每轮均有刹车，当然象偏瘫者只能用一只手时，只好用单手刹车，但也可装延长杆，操纵两侧刹车。刹车有两种：⑴凹口式刹车。此刹车安全可靠，但较费力。调整后在斜坡上也能刹住，若调到1级在平地上不能刹住为失效。⑵肘节式刹车。利用杠杆原理，通过几个关节而后制动，其力学优点比凹口式刹车强，但失效较快。为加大患者的刹车力，常在刹车上加延长杆，但此杆易损伤，如不经常检查会影响安全。 6.椅座 其高、深、宽取决于患者的体型，其材料质地也取决于病种。一般深为41、43cm，宽40、46cm，高45、50cm。 7.座垫 为避免压疮，对垫子要高度注意，有可能尽量用蛋篓（eggcrate）型或Roto垫，这种垫由一块大塑料，上面有大量直径5cm左右的乳头状塑胶空心柱组成，每个柱都柔软易动，患者坐上后受压面变成大量的受压点，而且患者稍一移动，受压点随乳头的移动而改变，这样就可以不断地变换受压点，避免经常压迫同一部位造成压疮。 8.脚托及腿托 腿托可为横跨两侧式，或两侧分开式，这两种托都以采用能摇摆到一边和可以拆卸的为最理想。必须注意脚托的高度。脚托过高，则屈髋角度过大，体重就更多地加在坐骨结节上，易引起该处压疮。 9.靠背 靠背有高矮及可倾斜和不可倾斜之分。如患者对躯干的平衡和控制较好，可选用低靠背
1.2.1 智能轮椅的国内外研究现状 智能轮椅通常是在一台标准电动轮椅的基础上，增加一台电脑和一些传感器或者在一个移动机器人的基础上增加一个座椅进行构建。最早的相关研究开始于1986年，轮椅通过视觉进行导航协助。之后IBM T.J.Watson Research Center 的Connell 和Viola将座椅放在一个移动机器人平台上，利用操纵杆、超声和红外传感器实现了机器人的行走和避障等导航功能。Jaffe等负责的smart wheelchair项目利用两个超声波传感器测定人的头部运动位置，并以此实现了利用头部姿势控制轮椅的运动。经过20多年的开发，世界各国的研究者相继开发了多种智能轮椅平台，包括美国麻省理工大学的Wheelesley, 密西根大学的NavChair，匹兹堡大学的Haphaestus，SWCS(Smart Wheelchair ComponentSystem), 加拿大的TAO项目，西班牙的SIAMO, 法国的VAHM, 德国乌尔姆大学的MAid,不莱梅大学的Rolland, FRIEDNS I,II系列,希腊的SENARIO 等。 我国开展智能轮椅的研究较晚，但是也根据自己的技术优势和特点，开发出了有特色的智能轮椅平台，包括中科院自动化所的多模态交互智能轮椅、嵌入式智能轮椅，上海交通大学的多功能智能轮椅，中科院深圳先进技术研究院基于头部动作的智能轮椅等等。 在控制系统结构方面，目前多数智能轮椅平台上采用的是主从式控制方式。上位机负责系统的整体控制，包括各功能子模块的协调，任务规划，系统管理以及人机交互等，同时完成运动控制量的计算、送到下位机，以完成对轮椅的运动控制。该种控制模式对硬件的要求较为简单，系统较容易构建，是系统验证期所采用的典型结构。目前上位机多采用普通PC机，由于信息的集中处理使得上位机的信息处理量大，负担很重，实时性较差，无法满足实际使用的需要。随着嵌入式技术的飞速发展，采用嵌入式控制系统构建智能轮椅平台逐渐引起研究者们的注意，中科院自动化所研制的嵌入式智能轮椅系统在该方面进行了尝试，系统采用ARM+DSP+FPGA的方式来分别构建智能轮椅的中央控制系统、传感器系统、视觉系统和运动控制系统，整个控制系统运行稳定，具有实时性高、功耗低，续航时间长的特点，在控制模式方面，智能轮椅上普遍采用的是三种模式：自动模式、半自动模式、手动模式。 在自动模式下，由使用者通过人机交互界面设定目标，智能轮椅通过自身获得的环境信息自主完成到目标点的路径规划和跟踪，比如到卧室，客厅等。该模式主要针对控制轮椅能力较弱的老年人和残疾人； 在半自动模式下，则是通过使用者和轮椅之间的协作控制来达到安全导航的目的。该模式下以使用者控制为主，轮椅控制系统主要负责控制过程中的局部规划和安全检测。比如轮椅行进过程中的自主避障；在门、走廊等狭窄区域，根据使用者的操纵指令进行局部路径规划，帮助使用者完成操纵意图，同时避免危险发生等等。 在手动模式下，则是由使用者通过操纵杆实现对轮椅的完全控制，相当于一台普通的电动轮椅。在人机接口方面，针对不同残疾人群，研究者们开发了多种智能轮椅人机接口。 根据控制方式的不同，可以分为设定型人机接口和自然型人机接口两种，其