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 (4)
2.3行星轮机构设计 (5)
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。
1.2.1履带式
履带式爬楼装置是目前使用较广的一种方式，其原理简单，有多款成熟产品
问世。其中较为出名的是法国TopChiar公司研制的悍马-H8型，如图1a。悍马
-H8在结构上将平地电动轮椅和爬楼机构融为一体，平地运动时履带机构收起，
由后轮驱动，爬楼时履带机构放下，和轮椅底部成一定角度，爬楼时可调节，使
乘坐者始终处于较舒适的状态，由履带机构驱动轮椅爬楼，由于功能强大，售价
也不菲，约20万人民币;也有一类履带式爬楼装置设计成独立模块，和普通轮椅
配合使用，图1b为加拿大T09-ROBh型爬楼装置，该装置可和普通轮椅的后轮、
背部固定起来，由专人操纵辅助完成上下楼，虽然功能没有悍马-H8强大，但价
格相对便宜，约3万人民币，平时可放在固定楼道附近使用。
（a)法国悍马-H8
（b) T09-ROBY
图1履带式爬楼装
置
履带式爬楼机构行走方式连续，抓地力强，上下楼时重心平稳，安全可靠，
但体积、重量及噪声也较大。
1.2.2星轮式
轮式机构在地面的运输工具中使用范围最大，国外的爬楼梯装置设计中也常常
采取轮式机构。普通的残疾人使用的轮椅及电动轮椅车也通常使用轮式机构，轮
式机构体积小巧，结构简单且容易控制，运行起来既平稳速度又快，工作能效高，
并且由于转向时候采取的差动传动转向半径，这种转向半径很小，且易于转向;
圆柱型轮体机构常常使用在一般的轮式机构之中，在平地行走具有很大的优势，
但是路况较差如崎岖路面、楼梯状况时，普通的轮式机构又不能达到使用者的要
求。
普通轮式机构要想跨越台阶等障碍，其中一个必要
条件就是车轮半径至少要大于台阶高度，而且跨越
台阶需要的能量很大，过程不稳定，冲击较大;而且
楼梯台阶的宽度
有限，如果一味的增大车轮半径又会导致轮椅在台
阶上失去了支撑点，这也是目前常规轮椅采用大的
后轮而无法实现上下楼梯功能的主要原因。
通常来讲，轮子的个数和轮式机构对路况的适应性
能力强弱成正比，可是，如果轮子个数很多，那么
势必会是小车体积增大，重量增加。所以要是轮式
机构完成爬楼梯的性能，就要改进它的机构。能爬楼梯及可以越障的轮式机器人通常使用行星轮机构，行星轮的形态一般排列成十字形或Y型，这样来实现它的功能。强生公司的IBOT，如右图）所采用的就是行星轮式爬升机构。
1.2.3腿足式
腿足式爬楼轮椅的主要特点是爬楼动作是一个由腿足完成的不连续过程。早期的爬楼梯装置多数都采用这种不连续方式。18世纪90年代Bray发明制造的爬楼梯轮椅采用的方式就是不连续方式。在爬楼过程中，两套支撑装置中的一套作为支撑，另一套爬升，运动轨迹为上升、平移、着陆，类似人的两条腿一样爬楼。腿足式爬楼梯装置实际上就是模仿人类爬楼的动作。腿足式爬楼轮椅的研究日本的技术比较成熟，经过数十年研究，出了很多专利甚至产品。在日本的丰田公司，“iFoot”，和“iUnit"可以让轮椅使用者能够像正常人一样随心所欲地到处运动。“iFoot”，外观犹如一个长着机器腿的大椅子，或者说是一个从日本卡通片中逃出来的机器人，如图1.2.3 （a)所示，它能够像人一样两条腿走路。如果你觉得太慢，那么还有“iUnit"可供选择，这种设计有四个轮子，使用者坐在距离地面较低的轮椅里面。但是这种装置还处在概念阶段，没有到可以上市的程度。另一个正在研制中的轮椅和“iFoot”比较像，尽管外观上不像“iFoot”那样漂亮，但它更实用。这是日本研发的又一腿足式爬楼装置，名字"WL-16RII"，如图1.2.3 （b）。也是有两条腿的椅子，座椅底安装了陀螺仪系统，每条腿上也都装有压力传感器，通过信息采集以及陀螺仪联合控制处理来保持平衡，可以上下楼梯，并且可以调高或者调低，可为老年人和残疾人提供新的行动能力。不过，这种轮椅目前也没能上市。
（a） iFoot (b) WL-16RII
图2腿足式爬楼装置
综上所述，国内外在爬楼梯装置方面的研究已经有较长的历史，成果也较多，诞生了很多的专利以及产品，但是它们或者结构复杂、或者造价昂贵，总是存在这样或那样的缺陷。为了更好地解决老年人、残疾人活动问题，提出一种整体结构紧凑、质量适中、安全性好、操作方便、价格适宜的爬楼梯轮椅方案是十分必要的。此外，考虑到轮椅的主要作用是平地行驶，故在做好爬升装置的前提下更应将平地行驶功能做到最好。可以看出，虽然爬楼梯装置的研究已经有了一定的成果，但距离完美的产品的诞生还是有很长一段路需要走的。
2 自动轮椅总体设计
2.1概述
根据目前爬楼梯装置的研究现状，分析已产生的各种机构的优缺点，在充分考虑结构、造价、安全性等重要因素的基础上，研究设计一种星轮式电动爬楼梯轮椅。该设计在满足爬楼梯轮椅的基本要求前提下，尽量做到结构简单，价格适宜，对台阶适应性强，安全性高等方面。具体要做到以下几点:
(1)能爬楼、越障，平地时可作电动轮椅使用。
(2)爬楼时重心波动较小，具有良好的稳定性和可靠性。
(3)作为电动轮椅时要符合，国标GB12996-91电动轮椅技术参数标准。
(4)轮椅车上下楼应和我们日常习惯一致，避免反向上楼给使用者带来的不便，同时确保上下楼过程的安全性。
分析现有的三种典型爬楼梯机构，综合比较其缺点，见表2-1
表
2-1典
型爬
楼机
构优
缺点
对照表 通过对比以上各种爬升机构的优缺点，星轮式越障机构优势突出，结构简单，成本低，而且传动机构易布置，因此本课题采用星轮式越障机构。
综合考虑我国国情和普通消费者的购买能力，在三种爬楼梯机构的性能对比分析，同时满足轮椅的设计要求的基础上，开发了一种既可满足爬楼梯功能，又安全可靠，操作方便，通用性好而且价格适中的行星轮式多功能电动爬楼梯轮椅车。
2.2 总体结构设计
轮椅的总体设计如图4所示，主要由越障机构（行星轮机构）、车架、座椅和座椅调节平衡机构、驱动机构和转向机构组成。 爬升机构 星轮式 履带式 腿足式 台阶适应能力 一般 强 强 稳定性 一般 强 差 控制难易 易 一般 难 机构复杂程度
简单 一般 复杂 对台阶是否损伤
否 是 否 行走阻力 小 大 大
图4
(1)越障机构：本课题采用两对星轮式机构，前后各一组行星轮并且左右分别对称安装，通过行星轮的公转和自传实现平地行驶和越障的转换，以便顺利通过各种路况；行星轮小轮之间通过链连接，每组行星轮一侧安装一对电磁离合器，通过电磁离合器的通和断来控制行星轮支架的翻转。
(2)车架：车架是整个轮椅车的基础，应结合轮椅车总布置的要求来设计，还应具有足够的强度和刚度，保证轮椅车可以顺利通过各种复杂路况；质量要尽可能小，应布置的离地面更近一些，使轮椅重心降低，有利于提高轮椅的行驶稳定性。
(3)座椅和座椅调节平衡机构：座椅起着支撑人体，使轮椅操纵方便和乘坐舒适的作用，因此这次设计要充分考虑使用者的要求。座椅调节机构采用了一种滚道滑轨式固结在车架上，滚轴一端连接座椅，一端安装有轴承，通过轴承在圆弧轨道中的滚动，实现座椅调节的目的。
（4）驱动机构：采用电机中置，链传动和齿轮相结合的传动方式，以使电机的传动可以有效的传递给行星轮结构，驱动轮椅的运动。
（5）转向机构：鉴于设计的车轮数目较多，如果直接采用前轮转向或是后轮转向，则同时有8个轮着地，并且同时要转到6个轮才能实现转向，所需的转向力将很大，造成转向困难。为了解决这一困难，我单独在轮椅的前边设计了转向轮并且还采用了机械传动等，在平地行驶时使用者可以方便的通过控制转向盘的传动实现对轮椅的转向，越障时依靠电机带动转向轮升高，防止转向轮影响轮椅越障。
2.3行星轮机构设计
2.3.1行星轮总体结构概述
行驶机构采用轮组结构。轮组结构中的小轮个数越少，结构越简单，但是轮组的翻转力矩也越大，轮椅重心波动也就大，稳定性越差。但随着小轮个数的增加，轮椅重心波动减小，但是整个轮组机构的结构也越来越复杂。因此，本文轮椅的前轮由三个小轮构成轮组机构，后边是由四个小轮组成轮组机构，即都为行星轮机构。如图平地运行状态，链传动动力，小轮着地运行。后轮为主动轮，前轮为从动轮。开始爬楼梯时，圆台结构外移和轮体相连夹紧，整体运动，小轮由链条锁紧防止滚动出现危险。爬楼梯结束，由外侧弹簧推回圆台，小轮继续运行。
图4
2.3.2行星轮架的中心距
由建筑楼梯数协调标准GBJ101-87知：楼梯踏步高度h 的取值范围为140mm-220mm ，楼梯踏步宽度必须控制在220mm-320mm 之间，楼梯梯段最大坡度不宜超过38°。
（1）s ，h 最小时，两小轮中心距不应大于22h s +，如图2-3-1所示，根据几何关系有： (2R)2≤2min 2min h s + (2-3-1)
代入数值，求得：R ≤180mm
（2）s ，h 最大时，车体后面行星轮架至少前倾，并且一小轮应至少能登上上一台阶，所以2R ≥h ma =110mm 。
综上分析知，R 的取值范围是（110,180）。R 应尽量大，但太大又影响体积的大小设定，所以综合一下设计设计中取R=145mm 。
2.3.3小轮半径r 的范围值
（1）两小轮半径应小于小轮中心距，根据几何关系有：
r ≤R (2-3-2) 代入数值得：r ≤R=145mm
（2）小轮最小时，支架不应和楼梯沿相碰。h 最小时，这种可能性大，则 有几何关系知：
sin α=
R h 3min (2-3-3) tan β=tan （90-α）=m in m in r h r - （2-3-4）
计算并代入数值： α=arcsin R h 3m in ≈32.606° β=27.394°
所以
=min r 47.79mm
综上可知：
r 的取值范围是（47.79,195），r 应取较大值，以提高平地行驶速度，但是过大行星轮支架的半径也越大，不利于机构紧凑型和轻便型，因此我们取r=65mm 。特别指出的是，以上分析中R ，r 的值并不是固定的，只需要在其范围内取值即可。
3动力系统的设计
3.1动力系统参数设计
对轮椅动力系统进行设计，必须结合轮椅在平地和爬楼等不同路况进行分析，以满足各种路况下轮椅都能提供足够的动力需求。根据电动轮椅的标准GB12996-91可知，对其主要技术性能的规定如表3-1所示：
表3电动轮椅国家标准
参考轮椅的运行实际情况，确定其技术指标为：平地行驶时最大运行速度为7.2km/h，最大爬楼速度为每分钟20个台阶。轮椅携带四块12v蓄电池，每块电池容20Ah，一次行程40km以上。
3.2驱动电机参数设计
3.2.1驱动电机的类型选择
驱动电机是自动上楼轮椅整个轮椅车动力系统的核心，其正常运行不仅要为轮椅提供足够的动力，也要确保轮椅车在使用过程中，特别是爬楼时的安全性和可靠性。
首先，选择驱动电机的类型，轮椅车依靠蓄电池来供电，为电机提供能源，一般可选步进电机、直流电机或是无刷直流电机作为驱动电机。
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制，驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，可以准确定位和调速：转矩大、惯性小、影响频率高，但是其能耗大、转速低，并且伴有振动和噪声，不利于轮椅的稳定型和实用性。直流电机响应速度快、控制特性好，可以在很宽的范围内进行平滑调
节，而且具有很高的灵敏性，满足轮椅的突发情况下的要求，但传统的直流电机均采用换相器和电刷以机械方法进行换相，因此存在相对的机械摩擦，由此带来噪声、火花、无线电干扰以及寿命短等问题，需要经常维护。无刷直流电机继承了直流电机的优点，采用电子换相电路，克服了传统直流电机采用机械转换装置的弊病，具有无噪声、免维护、可靠性高的优越特性。因此我们选用48V 的无刷直流电机作为轮椅的驱动电机。
3.2.2选择驱动电机的功率
轮椅具有平地行驶和爬楼两种不同的工作状态，不同工作状态对应不同的功率需求，因此先分别计算两种状态下驱动电机所需功率，然后再选择驱动电机的额定功率。该轮椅自重为50kg ，最大承载能力为100kg ，因此轮椅的最大运行总质量为150kg ，该总质量由前轮和后轮共同分担，假设前轮和后轮分别承受总质量的40％和60％，并且取轮胎和地面间的静摩擦系数μ为0.71.
（1） 平地所需功率
平地行驶时，轮椅采用后驱动轮，后驱动轮组任意两个小轮着地，克服和地面间的摩擦力2F 前进，前轮随之前进，同时设前轮和地面之间的摩擦力为1F 。当12F F ≥时，轮椅在平地上正常行驶。
前轮承受的正压力; N G G N 58840(1=?+=％）
人车 后轮承受的正压力：N G G N 88260(2=?+=％）
人车 前轮承受的水平摩擦力：N N F 48.41711==μ
后轮承受的水平摩擦力：N N F 22.62622==μ
所以12F F ＞,满足正常行驶要求。
所设计的轮椅直径为D=195mm ，轮椅平地的最大运动速度为V=2m/s ，根据轮椅行驶速度和车轮直径，计算轮椅车在平地上行驶的相关参数： 后驱动轮所需要最大转速为：rpm 196601==D
V n π 后驱动轮所需最大角速度为：s /rad 51.2060n 211==πΩ 后驱动轮最大切向加速度为：22m/s 96.6m
==F α 后驱动轮最大角加速度为： 22/8.922/s rad D ==
αα 后驱动轮转动惯量为：22121/00476.08
121m kg D m r m J === 电机所需要的工作功率为：a a p 1000p V W d F P P ==
轮椅包括齿轮传动。链传动和轴传动，因此我们设传动总功率为0.85，所以在平地行驶所需功率为：kw P d 35.0=
（2） 轮椅爬楼时，由于速度较小，忽略空气阻力和加速阻力，只有滚动阻力αcos Gf F f =和坡度阻力αsin G F t =，所以轮椅行驶方程式可以表示为：αα总sin cos G Gf F F F t f +=+=，其中α为坡度角。
查表可知，良好的沥青路面和混凝土路面的滚动阻力系数f 的数值为0.010-0.018，一般的沥青和混凝土路面为0.018-0.020。平时路地行驶时我们取滚动阻力系数为0.018，爬楼时因为大多数楼梯为混凝土或是大理石，所以我们把滚动系数取为0.020。因为平路行驶时α=0，所以受工作阻力为： N Gf F t 46.26==
我们设计的轮椅最大爬坡度为40°，所以爬楼时工作阻力为：
N F F F t 3.974t f 2=+=
所以t t2F F ＞，取F=t2F =974.3N ，取v=0.2m/s ，求得电机所需工作功率为： kw p P P a
w d 23.0== 综上所述，为了使轮椅爬楼和越障时有足够的驱动力，驱动电机功率必须大于0.35kw ，并且有一定的剩余。所选驱动电机主要性能参数如下表：（上海瑞克） 型号 额定功率（w ） 额定转矩（nm ） 额定电流（A ） 额定转速(rpm) 额定效率(%) 额定电压(v) 起
始转速
(rpm)
90ZE02 400 5 4.2 230 ≥80 48 285
3.3电池选择
轮椅装载48V 的蓄电池作为供电能源，同时可以满足平地行驶和爬楼梯的要求。为了选择性价比最高的蓄电池，一般从电池容量、电压大小、重量、使用寿命和价格成本等几方面进行考虑，市场上有四种常见的蓄电池：铅酸电池、镍氢电池、镍锌电池和锂电池。镍氢电池、镍锌电池和锂电池性能优越，使用寿命长，但是价格昂贵，一般比铅酸电池高4-5倍，增加了轮椅的制造成本。铅酸蓄电池成本较低、使用历史长、相对更加成熟，改进后的免维护铅酸电池性能更加稳定可靠，使用也更方便，得到了广泛使用。因此，轮椅车选用免维护铅酸蓄电池作为供电能源。
4关键零件的设计计算
4.1配齿计算
4.1.1传动比计算
由前面已知上楼梯时，要使后轮转动而爬上楼梯所需要的扭矩为170N m ? 功率 P=0.23kw .而所选电机额定转速 1e n =230min r 额定转矩为5N m ? 已知外轮系的大径为500mm
后轮由电机通过一级齿轮传动和一级链轮传动而进行上楼梯动作。
由 m=9549p n
可知 Ⅲ轴转速3n =61.8min r
由于链轮3.4.5.6之间为等传动比传动，现假定四个链轮d=200mm 则轴Ⅱ的转速2361.8min n n r ==，由电机额定转速230min e n r =
1.2齿轮之间的传动比2230 3.7261.8
e n i n μ==== 4.1.2齿轮模数和齿数计算
（1）初选小齿轮齿数122Z = 则大齿轮齿数21 3.722281.84Z iZ ==?= 取282Z =
（2）按齿面接触强度设计[]2
13112.326t E t K T Z d d H μφμ??±≥? ? ????
试选载荷系数 1.3t K =
计算小齿轮传递的转矩15e T T N m ==?
查表可知齿宽系数0.6d φ= （小齿轮作悬臂布置）
查手册可知材料的弹性影响系数1189.8E Z MPa =
按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限1lim 600H MPa σ= ；大齿轮的接触疲劳强度极限2lim 550H MPa σ=
由齿轮的工作力循环次数N 的计算式60h N njL =
()
60h
h N njL n j L =---r 齿轮转速min 齿轮每转一圈时，同意齿面啮合的齿数齿轮的工作寿命
可算出两齿轮的应力循环次数
()811N 606023018365208.0610j h n L ==????=?
8
828.0610N 2.17103.72?==?
则可查得接触疲劳寿命系数10.935HN K = 20.97HN K =
（3）计算接触疲劳许用应力
取失效概率为 1% 安全系数S=1
[]()
[][]11
lim lim lim 120.93560056115500.97533.5HN H HN H HN H K H s K MPa s K H MPa s H MPa σσσσσσ=
---?=
===?=齿轮接触疲劳寿命系数
齿轮的接触疲劳强度系数安全系数
（3） 计算
试算小齿轮分度圆直径1t d ，代入[]H σ 中较小的值
[]2
1312
3312.321.3510 3.721189.82.320.6 3.72533.527.9t E t K T Z n d d u H mm
φσ??+≥? ? ?????+??=?? ???=计算圆周速度v
11
27.9230
0.336601*********t d n v m s ππ??===??
计算齿宽b
10.627.916.74t b d d mm φ=?=?=
计算齿宽和齿高之比b/h
模数 1127.922 1.268t t m d Z mm ===
齿高 2.25 2.853h mt mm ==
16.742.853 5.87b h ==
4.1.3载荷系数计算
（1）根据0.336v m s =, 7级精度，查得动载系数 1.07v K = 直齿轮，假设100A t K F b N mm
()()
A t K F N b mm ---使用系数
圆周力齿宽
查得齿间载荷分配系数H F K K 1.2αα==
查手册得使用系数A K 1=
而对于7级精度的小齿轮相对支撑悬臂布置时齿向载荷分布系数H K β 查得()223H K 1.120.181 6.70.2310d d b βφφ-=+++?
()2231.120.181 6.70.60.60.231016.74
1.345-=+?+??+??= 由 5.87b h =, 1.345H K β=查手册得 1.273F K β=
故载荷系数 A V H H K K K K K αβ=
1 1.07 1.
2 1.345 1.73=???=
按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径 331127.9 1.731.330.69t d d K K mm ===
计算模数m 1130.6922 1.395m d Z mm ===
（2)按齿根弯曲强度设计
弯曲强度的设计公式为
[]13212Fa Sa Y Y KT m dZ F φσ??≥ ? ???
确定公式内的各计算数值
（1） 查手册得小齿轮的弯曲疲劳强度极限1500FE MPa σ= ，
大齿轮的弯曲疲劳强度极限2380FE MPa σ=
（2） 查得弯曲疲劳寿命系数
10.865N KF =，20.895N KF =
（3） 计算弯曲疲劳许用应力， 取弯曲疲劳强度安全系数s=1.35
则 [][]1122120.865500320.371.350.895380251.931.35
N FE N FE KF F MPa s KF F MPa s σσσσ?=
==?=== （4） 计算载荷系数k
A V F F K K K K K αβ=
1 1.07 1.
2 1.27
3 1.635=???=
由 1 2.2Z =， 282Z = 查得齿形系数及应力校正系数
1 2.72Fa Y =，1 1.57S a Y =，
2 2.216Fa Y =，2 1.771S a Y =
（5） 计算大小齿轮的 []
Fa S a Y Y F σ 并加以比较 32
2 1.63550000.015580.622m ??≥?? 0.957= [][]11
2212
2.72 1.570.01333320.372.216 1.7710.01558251.93Fa Sa Fa Sa Y Y F Y Y F σσ?=
=?== 即：大齿轮的数值大
对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m 的大小要取决于弯曲强度所决定的承载能力，仅和齿轮直径（即模数和齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数0.957并就近圆整为标准1.25mm ，按接触强度算得的分度圆直径130.69d mm = 算出小齿轮齿数1130.691.2524.55Z d m ===，取125Z =大齿轮齿数2125 3.7293Z Z μ==?=
4.1.4几何尺寸计算
（1） 计算分度圆直径
112225 1.2531.2593 1.25116.25d Z m mm
d Z m mm ==?===?=
中心距
()()12131.25116.25273.752
a d d mm =+=+?= 齿轮宽度 10.631.2518.75
b dd mm φ==?=
取 1220,22B mm B mm ==
（2） 验算
1122500032031.25t T F N d ?=
== 132017.06710018.75
A t K F N mm N mm b ?==? 合适 齿轮 1.2
121225,93
20,22Z Z B B ==== 1.25m =
4.2 链传动计算
4.2.1链传动比
已知电机功率120P w =，转速210min n r =，小滚轮直径140m d mm =。 水平运动时，由电机驱动所能使轮椅行走的最大速度 max 1v m s =， 则小轮所在轴的转速 601000136.49min n v D r =?=
已知电机额定转速 210min e n r =
则链传动之间的传动比 210136.49 1.54e i n n ===
4.2.2链传动的设计
（1）选择链轮齿数 1,2Z Z
初选 121Z = （由于链节数常是偶数，为考虑磨损均匀，链轮齿数一般应取和链节数互为质数的奇数 ）
则 2121 1.5432.34Z iZ ==?= 取 233Z =
（2）修正功率
1c P Pf = 12f f --工作情况系数
齿轮系数
查《机械设计手册》第2卷可得
平稳运转状态下的工作情况系数11f =
则 10.1210.12c P Pf kw ==?=
（3）确定链条节数
初定中心距025a P =，则链节数为 2
012210222P a Z Z Z Z P L P a π+-??=++ ???
2225213333213252P P P P π?+-??=++ ???
50270.1577.15=++= 取 78P L =
（4）确定链条的节距 P
按小链轮的转速估计，查手册可得小链轮齿轮系数 1.08 1.0810.260.2621 1.11
1919780.937
100100Z P L Z K L K ????=== ? ?????????=== ? ????? 选取单排链，又查得多排链系数 1P K =
故得小链轮所需传送的功率为 0ca Z L P P P K K K =
()0.12 1.110.9371=??
0.115kw = 根据小链轮转速1210min n r =及功率0.115P kw =
查手册可选取链号为06B 单排链
则其链节距9.525P mm =
（5）确定链长及中心距a
789.525742.95P L L P mm =?=?= 2212121284222P P Z Z Z Z Z Z P a L L π?++-???????=---? ? ? ????????? 229.525213321333321787884222π?++-???????=-+--? ? ? ????????? 242.2mm =
中心距减小量
()()0.002~0.0040.002~0.004242.2Q a ?==?
0.484~0.969mm =
实际中心距
()'242.20.484~0.969a a a =-?=-
241.72~241.23mm =
取 '241.5a mm =
（6）验算链速 11210219.5250.76010060100
n Z P v m s ??===?? 和原假设相符
（7）计算分度圆直径
()()()()11221809.5251802163.911809.52518033100.2d P Sin Z Sin mm
d P Sin Z Sin mm =?=?==?=?=
（8）作用在轴上的后轴力
P FP e F K F =
()
()P e FP F N F N K ---压轴力有效圆周力压轴力系数
100010000.120.7171.43e F P v N ==?=
按水平布置取后轴力系数 1.15FP K =
故 1.15171.43197.14P F N =?=
121Z = 163.9d mm =
233Z = 2100.2d mm =
同理： 可算出传动比为1的四个链轮
38Z = 153.8d mm = 15.875P =
88P L = 1397L mm = 0.62v m s =
参考文献：
[1] 濮良贵 纪名刚.机械设计第八版[M]. 高等教育出版社,2008 1～422
[2] 机械工程手册编写组.机械工程手册（第二版）[M].北京：机械工业出版社,1997 15～70
[3] 牛凤英 《智能轮椅多模态控制系统研究》 南昌大学 2009.6.
[4] 卢玉明.机械设计基础(第六版)[M].高等教育出版社,2004 1～150
[5] 唐陶鑫 《智能越障爬楼轮椅驱动及控制系统研究》 中华科技大学 2008.6
[6] 程乃士.减速器和变速器设计和选用手册[M].北京：机械工业出版社,2007 50～80
[7] 孟祥雨.一种行星轮式爬楼梯电动轮椅设计和研究[D].长春：长春工业大学，2012
[8] 王丽娟.行星滚轮转换步行驱动爬楼轮椅设计[D].苏州：苏州大学，2010
[9] 李 超.行星轮式多功能电动轮椅车的设计和研究[D].合肥：合肥工业大学，2011
[10] Orlov P.Fudamentals of Mechine Design .Moscow:Mir Pub.1987
[11] Kuehnle M R.Toroidal Drive Combines Concepts.Product Engineering.Aug.1979
[12] Sors L .Fatigue Design of Machine Components.Oxford:Pergamon Press.1971
[13] 朱孝录.机械传动设计手册[M].北京：电子工业出版社，2004
[14] 机械零件设计手册（第三版）/东北大学编 北京：冶金工业出版社 1994.4
[15] 唐曾宝 常建娥.机械设计课程设计[M],2006 1～230
[16] 哈尔滨工业大学理论力学教研室编.理论力学(第六版)[M].高等教育出版社,2002，260～300
[17] 刘鸿文.材料力学(第4版) [M].高等教育出版社,2003,150～300
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
摘要 本设计首先对轮椅的结构和传动机构进行分析，通过轮椅的主要部件的结构和作用分析，反映出了轮椅在上下楼过程中的运动实现。由原理图分析可以体现和反映出轮椅的内部结构，它主要是由电动机运转带动链轮，使链轮通过链子进行传导，以实现高速轴和低速轴之间的齿轮传动，从而达到轮椅上下楼的安全可靠的完成。在轮椅的设计过程中，主要考虑轮的作用、结构和运动传递进行了分析。在轴的设计过程中，主要论述了材料的选择、载荷分析、结构设计、受力分析、轴承选择、键的选择及对它们的校核等相关内容。 关键词：轮椅轮轴 ABSTRACT First of all, the design of the wheelchair structure and analysis of transmission through the main components of a wheelchair and the role of structural analysis, reflecting a wheelchair down the stairs in the course of the movement. By the schematic diagram analysis, we can embody and reflect the internal structure of a wheelchair, it is mainly driven by the motor running sprocket to sprocket for conduction through the chain in order to achieve high-speed shaft and low-speed gear transmission between the shaft, so as to achieve a wheelchair down the stairs The completion of the safe and reliable. In a wheelchair in the design process, the main considerations of the role of rotation, the structure and motion transmission to the sub -Analysis. In the axis of the design process, focuses on the choice of materials, load analysis, structural design, stress analysis, bearing selection, the choice of keys and check on them and other related content. Key Words：Wheelchair Wheel Axis
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
关于爬楼轮椅的调查报告
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关于爬楼轮椅的调查报告 前言 据中国残疾人联合会发布的数据，截止2010年末，我国各类残疾人数已达8502万1。分别为，视力残疾1263万人，听力残疾2054万人，言语残疾13万人，涉及2.8亿2亲属。此外，2013年5月的一份数据显示：根据农村贫困残疾人摸底调查，目前我国仍有1500万以上残疾人生活在国家贫困线以下，占贫困人口总数的12%以上3。 在以上残疾人群中，绝大多数都有不同程度的自卑和抑郁情绪，又由于各种不便，他们接触社会、感受大自然，甚至呼吸室外新鲜空气的机会都要比普通人少很多，一部分人甚至处于与世隔绝状态4，这一现状严重影响他们的心理5、性格和身体健康，应当引起残疾人家属、相关单位和全社会的关注。 目前，市场上各类辅具的诞生，也给部分残疾人的生活带来一定程度便利。辅具的使用，可以让残疾人更多的接触社会，更方便的走出家门，有利于融入社会、参与工作和创业。更重要的是，通过走出家门与社会交流，更有利于心情改善和身心健康。各类辅具的诞生也让身患残疾的人们更独立、自由和自尊。但是，面对社会上各种噱头和夸张宣传的存质量及安全隐患的辅具产品，却令人难以筛选，以至于造成不必要的经济损失和安全事故。为此，本文从个人选购辅具的经历出发，主要以近两年刚刚兴起的爬楼轮椅（又名电动爬楼机或电动载人爬楼机）为例，对目前（截止2014年9月）市场上出现的各类型爬楼轮椅作一个技术、性能和安全性等指标的归纳和比对，让众多抱有爱心、孝心和有限积蓄的残疾人家属在选购辅具时，有效规避宣传陷阱和安全隐患。 一、爬楼轮椅的概念 “爬楼轮椅”是一种以蓄电池为动力，实现载人上下楼梯功能的无障碍设备（又名电动爬楼机或电动载人爬楼机）。 二、爬楼轮椅的分类 目前，“爬楼轮椅”可分为：星轮式、履带式、智能踏步式（步进支撑式）、自驾式（其中又分为轮组式和履带式） 1中国残疾人联合会[残联〔2012〕25号]文件 https://www.doczj.com/doc/7e13354970.html,/ggtz/content/2012-03/12/content_30382667.htm 2国务院残疾人工作委员会办公室2014年3月20日刊发[残工委发〔2014〕1号]文件 https://www.doczj.com/doc/7e13354970.html,/ggtz/content/2014-03/20/content_30456017.htm 32013年5月20日，中国残疾人联合会转载新华社报导 https://www.doczj.com/doc/7e13354970.html,/special/6dh/2013-05/20/content_30450395.htm 42014年9月22日广东省残疾人联合会转载羊城晚报讯 https://www.doczj.com/doc/7e13354970.html,/2013cdpf/dfdt/sjclxx/201409/t20140912_470775.htm
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
楼梯轮椅原理 手动爬楼梯的轮椅的原理 手动爬楼梯轮椅爬行部件的改进 1手动爬楼梯轮椅爬行原理及存在的问题 普通轮椅不具备攀登楼梯和跨越路障的功能，这大大限制了以轮椅为代步工具的下肢截瘫患者及年老体弱者的活动范围。为了解决这一问题，也考虑到我国多数轮椅使用者目前的经济承受能力，爬行装置不应过分复杂。清华大学精仪系康复研究中心首先开发了手动爬楼梯轮椅〔2〕。它是在普通轮椅上加设一套爬楼梯执行机构和驱动系统而成,即可以在平地行驶，又可以仅凭借使用者双臂的力量使轮椅上、下楼梯。该爬楼梯轮椅的结构简图见图1，其主要特点是在普通轮椅的两侧各加设一套由平行四边形机构组成的爬楼梯执行机构。每套机构中的两等长连架杆（曲柄3、8）各与一个相同齿数的齿轮（4、10）相固接，用链条7来驱动。两侧的四个曲柄以相同的相位安装，连杆（即爬楼梯杆9）的两端各有一条“腿”，四条“腿”与轮椅原有的四个轮形成两套支承系统。当摇动手把1，经过一套传动机构，使四个曲柄同步转动时，两套支承系统轮番着地，并将另一套支承系统托起送到上（或下）一个台阶，直到登完一段楼梯。轮椅的座位及靠背可调整其倾斜度，以使爬楼梯时座位总处于水平位置。为了降低爬楼梯过程中轮椅的重心高度，增加稳定性和安全性，无论上楼梯或下楼梯，均采用“面向楼下”的方式，即上楼梯时采用后退方式（见图2）。
此轮椅在平地行驶时，只需将辅助爬楼梯杆9的四条“腿”抬离地面锁定即可。工况转移极为简便。由此轮椅的爬楼梯工作原理可知，在爬楼梯的中间工作段时，轮椅质心的理论位移曲线为纯圆弧状。由于本爬楼梯执行机构的尺寸是按楼梯台阶尺寸的统计平均值设计的，为了适应爬不同尺寸的楼梯台阶需要，乘员在爬楼梯操作时，需不时地调整轮椅相对楼梯的位置，如使每爬上（下）一级台阶前，都使大轮紧靠在本级台阶的立壁上。但是这样频繁地调整，无疑增加了操作的复杂性。如果使爬楼梯执行机构的规格成为可调的，来适应楼梯尺寸的变化，又会使机构结构复杂起来，这个矛盾需要解决，否则影响爬楼梯轮椅的实用价值。作者通过改变爬杆9的型式，使手动爬楼梯轮椅对不同的楼梯尺寸具有良好的适应性 2对爬行部件的改进及效果 在原爬楼梯轮椅爬楼梯时，爬楼梯杆9的四条“腿”着地的位置，会因为台阶的尺寸不同和乘员操作的不确定性而变化，这种着地位置的变化，在每爬上（下）一级台阶后，都要及时调整轮椅相对台阶的位置，如使每爬上（下）一级台阶前，都使大轮紧靠在本级 台阶的立壁上，这种作法成为爬下一级台阶的标准起步要求。否则，连续几步的爬行误差积累，会使接下来的爬行失败，甚至导致轮椅翻倒。这样频繁地调整位置，乘员会很辛苦，特别是对年老体弱和下肢截瘫患者，影响了爬楼梯轮椅的实用价值 为了改善这种状况，作者试验改变爬楼梯杆9的形状和尺寸如图3所示，