爬楼梯轮椅设计说明
人力式平稳爬楼轮椅设计说明书
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指导教师：
申请时间：2021年12月27日
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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。
三、产品机构简介
四、产品设计原理
此人力式可爬楼轮椅利用杠杆省力、螺旋传动等原理进行人力驱动，同时自主设计的离合器实现平地与爬楼之间不同工况的转换，利用螺杆自锁原理保证机构的安全性和可靠性，四连杆机构的设计则保证了后轮的可靠到位和简单精巧的控制。在机构设计时利用Solidworks，Ansys，ADAMS等软件对运动、受力及机构合理性进行分析优化，提高设计效
率和机构的合理性。下面为其工作原理：平地行走：当在平地行走时，履带处于收起状态，其工作原理等同于普通型轮椅，在后面可变向小轮的支撑下通过转动前面大轮可以实现自由行走。
下楼过程：当走到楼梯口要下楼梯时，用户需要旋转大轮外侧的另一个轮子，在锥齿和螺杆的作用下使履带绕后部铰点旋转，直至履带抵触到台阶面将大轮脱离地面，同时在旋转此小轮的过程中会使特殊设计的离合器啮合，构成大轮与内置齿轮之间的传动关系，进而通过旋转大轮带动履带主动轮的转动，而后部的小轮则在四连杆机构作用下收起，旋转大轮实现下楼运动。当到达地面时，再次反转外侧小轮，将履带收起，离合器断开，后部小轮着地支撑，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，将履带放下，离合器啮合，后部小轮收起，通过大轮和啮合齿的直径比可以起到明显的增距减力，实现平稳安全上楼。
五、产品的技术要点
（1）传统的普通轮椅与笨重的履带式结构的互补结合，实现爬楼时的平稳性。
（2）整个系统采用人力驱动，并利用杠杆增距减力原理使上楼过程简单省力，同时避免使用复杂昂贵笨重的电动设备，性价比高。（3）独特设计的离合器机构，和后部四连杆机构实现一个动力源的目的，简化人的操作，通过简单的旋转外侧小轮即可同时实现履带的起落、后部小轮的收缩、离合器的控制，操作简单
（4）利用螺杆传动中的自锁，避免上下楼时履带的位置变化带来的危险。
（5）模仿变速自行车的机构，采用传动链条张紧轮机构，并合理布置在上楼时的松边
（6）后部小轮起落架连杆机构各杆长的精确设计，保证小轮的可靠到位和小轮最合理的承重方向
参考文献
[1]江红，杨勇，乔兰东.SolidWorks实例解析―曲线、曲面、仿真、渲染.北京：机械工业出版社.2021.10
[2]曹岩.SolidWorks2021机械设计实例精解.北京：化学工业出版社.2021.9
[3]谢进，万朝燕，杜立杰.机械原理.高等教育出版社.2021.1
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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
上下楼梯机设计 摘要 上下楼梯是普通日常生活中很平常的一种行为，在那些大量不设电梯的七层以下的住宅楼房居住的居民，尤其是那些老年人和残疾人，上下爬楼在生活上会有诸多的不便。目前无论乡镇还是城市无一不在飞速发展，其中阶梯更是基本的设施之一。如上下汽车、地铁火车有阶梯；登越人行天桥和地下通道需要穿越楼梯；大型商场更是免不了要爬楼下梯。这些在我们看来异常简单的阶梯对那些腿脚不方便的残疾人来说想要通过是很艰难费力的。 基于以上种种因素的考虑，我们设想能不能设计个可以实现上下楼梯的电动轮椅，我们通过在路面电动轮椅的设计基础上进行改装，解决人们在生活中遇到的上下楼梯难题。该电动轮椅的设计，方便了人们的生活。因此，这种电动爬楼轮椅的设计，无论是从实际应用方面还是理论研究方面，都是具有很高价值的。 设计创新之处： 一、对现有此类产品外观进行改进，造型独特、设计感强； 二、充分考虑产品的使用目的，设计出人性化，安全舒适，操作简便的产品； 三、对上下楼梯机的功能进行重新定义，使其功能多元化：上下楼梯、爬越障碍以及物品储存等多功能集合于一身的设计更符合消费者的心理，市场前景无限； 四、充分组合现国内现有比较成熟的生产技术、材料的运用，使产品的成本降低，以求降低残疾人和老年人这些弱势群体生活负担； 五、充分考虑人机关系，设计出具有可调节功能的产品，造型创新、大胆。 对市场进行了细致的调查，经过设计定位，绘制草图、效果图，进行计算机三维模型的构建和装配动画，绘制出产品外观尺寸图，并设计了效果图展示，完成了对上下楼梯机的设计。 关键词：楼梯，人性化，老年人残疾人，人机关系
THE DESIGN OF UP AND DOWN MACHINE ABSTRACT Walking up and down stairs is very common in our daily life, in those residents living apartment building which do not set the elevator of the seven layers below, especially those elderly and disabled persons, climbing building up and down in life will have a lot of inconveniences. Currently, both rural and urban areas are all in the rapid development. And among this development tendency the ladder become one of the basic facilities. The ladder help us to fluctuation car ,take the train and underground; climb the passenger foot-bridge and pass through the souterrain; The large shopping centers is inevitable to use the ladder to help climbing stairs. The exception in our view, a simple ladder legs and feet of those who want to inconvenience people with disabilities is very difficult through the laborious. Based on the above considerations, we can design a vision can be achieved down the stairs of the electric wheelchairs, electric wheelchairs on the road we passed on the basis of modified design to address the people down stairs in life had challenges. The design of the electric wheelchair to facilitate people's lives，Thus, the design of electric wheelchairs climbing stairs, either from theoretical or practical application of research, both with high value. Design innovation: First, the appearance of such products to improve the existing, unique, design sense; Second, give full consideration to the intended use of products designed user-friendly, safe and comfortable, easy to operate products; Third, on the up and down stairs to redefine the functions of machines, making it functional diversification: up and down stairs, climbing over obstacles and multi-functional storage items in a set of design more in line with consumer
本科毕业设计（论文） XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 学院名称：XXXX学院 专业：XXXXXXXXXX 班级：XXXXXX 学号：XXXXXXXX 姓名：XXX 指导教师姓名：XXX 指导教师职称：XXX 二〇年六月
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 摘要：针对国内市场上尚未出现比较成熟、实用的爬楼轮椅这一现状，为了完善行星轮在爬楼梯上的应用，设计了一种实用的星轮行星轮转换式可爬楼轮椅。该轮椅车主要有车体、星轮行星轮转换装置、离合器、导向轮、万向轮等零部件构成。通过改变离合器的两种状态，它既可以在平地上行走，又可以攀爬楼梯。离合器分离时，中心齿轮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；离合器结合时，中心轴和转臂锁死，各行星齿轮将不能自转，中心轴和整个行星轮系将整体翻转，此时为星轮驱动模式，适用于爬楼梯。与此同时，在万向轮两侧各增加了一排导向轮，从而提高了轮椅车的越障能力。本设计在总结前人对于这方面课题研究的成果基础上，对可爬楼轮椅车进行了优化设计。 关键词：可爬楼梯轮椅；行星轮系；离合器；导向轮
The Design of Conversion Type of the Star Wheel Planetary Gear Climbing Stairs Wheelchair Abstract：For domestic market has not yet appeared relatively mature and practical climbing stairs wheelchair, and aimed to improve the planetary gear in the application of climbing the stairs, a practical star wheel planetary gear-conversion climbing stairs wheelchair has been designed. The wheelchair mainly body is composed of star wheel planetary gear conversion devices, clutch, guide wheels, universal wheels and other components. By changing two states of the clutch, this wheelchair can walk on the flat ground, and also can climb stairs. Drive center will drive the gear planetary gear rotating when the clutch separated and the planet-wheel is under drive mode which can leads a on level ground walking; and when the clutch combined, the central axis and arm lock the planetary gear rotation, there will be a overall flipping driver central axis of the planetary gear train, which will take the initiative to climb obstacles. This time for the star-wheel drive mode applies to climb stairs. At the same time, adding a row of the guide wheels on each side of the universal wheels has enhanced the obstacle-climbing capability of this wheelchair. With summarized up the achievements of previous research in this regard, this design has optimized and improved the climbing stairs wheelchair in some critical parts. Keywords：Climbing stairs wheelchair; Planetary gear train; Clutch; Guide wheel
一种星轮式爬楼梯电动轮椅设计 王占礼;孟祥雨;陈延伟 【摘要】A three star wheels stairs-climbing electric wheelchair is designed.One of the star wheels is wheel motor.The three star wheels stairs-climbing device climbs up the obstacles,with the wheel motor driving on the ground, which realizes the organic combination of climb building and the electric wheelchair function.The Star wheel stair-climbing device is the key to it.The stair-climbing device and its walking mechanisms was designed by in梔epth study, with fully consideration of the requirements of structure,size and climb power,and security of the stair-climbing device.The results of analysis of performance of wheel chair show that stair-climbing wheel chair reaches the design requirements and has the advantages of safety, stability,simple operation and easy control.%设计了一款三星轮式爬楼梯电动轮椅,其中一个星轮为轮毂电机.采用三星轮机构实现爬楼越障,采用轮毂电机驱动轮椅平地行驶,实现了爬楼功能和电动轮椅功能的有机结合.爬升装置是爬楼梯轮椅的关键,在深入研究爬楼梯轮椅工作机理基础上,充分考虑爬楼梯轮椅爬升装置的结构和尺寸以及爬升功率、安全性等要求,在对爬升装置设计的同时还对轮椅行走环节进行了设计.经过性能分析,设计的爬楼梯轮椅达到了功能要求,并具有乘坐安全、爬楼梯稳定、控制容易以及操作简单等特点. 【期刊名称】《机械设计与制造》 【年(卷),期】2012(000)010 【总页数】3页(P56-58)
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 (1) 1.1设计的背景和意义 (1) 1.2现有产品简介及产品分析 (1) 1.3本章小结 (1) 第二章设计方案选择 (1) 2.1轮椅机构形式的选择 (1) 2.2轮组的选择 (1) 2.3履带的收放机构 (1) 2.4座椅调平机构 (1) 2.5本章小结 (1) 第三章轮椅的结构设计与运动分析 (1) 3.1轮椅的结构设计 (1) 3.1.1 轮组 (1) 3.1.2 履带及其收放机构 (1) 3.2轮椅的运动分析 (1) 3.2.1 轮椅的平地行驶及越障功能 (1) 3.2.2 轮椅爬楼梯过程的分析 (1) 第四章轮椅驱动与传动系统的设计 (1) 4.1轮椅的驱动系统 (1) 4.2电机参数的确定 (1)
4.3轮椅中间主体的传动设计 (1) 第五章轮椅运动控制系统设计 (1) 5.1轮椅的功能分析 (1) 5.2轮椅的控制系统 (1) 第六章总结 (1) 参考文献 (1)
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。 履带—轮组式电动多功能轮椅技术参数如下表：
一种新型的可爬楼梯轮椅结构设计及运动分析 李育文;位建康;王红卫;张金;杨改云 【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。 【期刊名称】《制造业自动化》 【年(卷),期】2014(000)007 【总页数】3页(P135-137) 【关键词】爬楼梯轮椅;切换机构;履带底盘;ADAMS仿真分析 【作者】李育文;位建康;王红卫;张金;杨改云 【作者单位】郑州轻工业学院机电工程学院，郑州450002;郑州轻工业学院机电 工程学院，郑州450002;郑州轻工业学院机电工程学院，郑州450002;郑州轻工 业学院机电工程学院，郑州450002;郑州轻工业学院机电工程学院，郑州450002【正文语种】中文 【中图分类】TH112 0 引言
中国老龄事业发展报告（2013）中指出：2013年老年人口数量突破2亿，老龄 化水平达到14.8%[1]。第二次全国残疾人抽样调查主要数据显示：全国共有残疾 人口8000多万，占全国人口总数的6.34%[2]。有些老年人和残疾人下肢活动不便，他们不能像正常人一样靠双腿支撑站立或者蹲下。这时他们就需要其他辅助工具——轮椅。轮椅发展到现在已有几百年的历史，普通轮椅功能多种多样，现在 轮椅趋向于电动。智能化方向发展，但是它们一般仅适合在平地上使用，很少具备爬楼和翻越路障的能力。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[3～7]。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水平位置，提高舒适性。 1 轮椅的整体结构及其功能 传统的轮椅设计只是满足一些基本的功能，在设计时把轮椅的靠背、座椅、脚踏和腿托等直接安装固定在整体轮椅焊接架上，这样在使用过程中不能实现轮椅座椅的位置调节功能。本文提出的设计思路是把座椅做成可以翻转的，翻转之后座椅与地面的夹角为30°，由于楼梯与地面的斜度一般在30°左右，这样轮椅在楼梯上时，座椅就处于水平位置。通过切换机构可以放下履带底盘，轮椅依靠履带攀爬楼梯。这样重心起伏小，舒适型高。本系统的机械部分主要包括：轮椅主体框架、可翻转的座椅、切换机构、履带底盘四部分组成。轮椅的整体设计简图如图1所示。 图1 轮椅整体结构简图 其中，切换机构固定在轮椅框架上，然后和履带底盘耦合在一起，通过切换机构带
爬楼梯轮椅设计说明 人力式平稳爬楼轮椅设计说明书 组成员： 指导教师： 申请时间：2021年12月27日 职称： 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。 三、产品机构简介 四、产品设计原理 此人力式可爬楼轮椅利用杠杆省力、螺旋传动等原理进行人力驱动，同时自主设计的离合器实现平地与爬楼之间不同工况的转换，利用螺杆自锁原理保证机构的安全性和可靠性，四连杆机构的设计则保证了后轮的可靠到位和简单精巧的控制。在机构设计时利用Solidworks，Ansys，ADAMS等软件对运动、受力及机构合理性进行分析优化，提高设计效
项目设计说明书题目：爬楼梯轮椅设计说明书 专业过程装备与控制工程 学生姓名 班级 学号 指导教师 完成日期2014.01.15
《爬楼梯轮椅设计说明》 一、概述 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、本项目设计的国内外研究、开发、应用和维护现状 连续型爬楼梯轮椅工作效率高，爬楼梯的速度较快，间歇型的爬楼梯轮椅因两套支承装置交替支承，爬楼梯的速度一般较慢。 星型轮式爬楼梯轮椅的活动范围广，运动灵活，但是上下楼梯时平稳性不高；履带型爬楼梯轮椅的技术比较成熟，传动效率比较高，行走重心波动很小，运动非常平稳，但是运动不够灵活，对楼梯有一定的损坏，这限制了其在日常生活中的推广应用。 国内外尚没有体积小巧、操作简单、价格低廉，适用于居民楼梯和广大残疾人及老年人的爬楼梯轮椅。 尽管iBOT3000那种多功能高智能的轮椅是发展方向，我国“863”等国家计划也支持一些单位研发了具有视觉、声音及语音控制等功能的智能轮椅。但是从我国经济发展水平和需求人群的经济条件来看，结构紧凑、小巧轻便，如iBOT3000大小，功能单一的低价格爬楼梯轮椅，以及在现有轮椅上加装简单的辅助装置就可以爬楼梯的轮椅将会比多功能高价格的智能轮椅更具有市场潜力和社会价值。 按照爬楼梯装置爬楼执行机构的类型,主要可归结为复轮试、杠杆式、和履带式三类。 爬楼轮椅的研究已经有几百年的历史，目前已经发明了复轮式、杠杆式、履带式爬楼梯轮椅，但其都是采用全自动爬楼梯方法。
一种双联星形轮机构电动爬楼梯轮椅的设计 苏和平;王人成 【期刊名称】《中国组织工程研究》 【年(卷),期】2005(009)026 【摘要】目的:目前已有多种方式的爬楼梯轮椅设想和样车,但因为操作复杂、体积大等,未能家庭实用化.借鉴IBOT3000的爬楼梯方式,设计一种体积小巧轻便,使用简单方便的电动爬楼梯轮椅,来推进爬楼梯轮椅的实用化.方法:采用双联星形轮机构爬楼梯,在平地上行走时,星形轮由一对电动轮毂驱动运动;爬楼梯时,由专用电动机,通过一个行星轮系驱动一对双联星形轮交替运动,完成攀爬楼梯动作.①计算爬楼梯需要的功率P为:P=M×ω=260 W.②当楼梯高度为M(M=145 mm),行星轮系外壳半径为R 3,星形轮半径为R 1,R 2,(R 1=R 2),为使行星轮系外壳不与楼梯发生干涉,经计算R 1=200 mm,R 3=127.5 mm.③选择和设计了2 K-H型行星轮系为轮椅爬楼梯的翻转机构.经计算,行星轮系的各个参数满足均布安装和邻接条件.结果:整个外形尺寸相当于普通的轮椅,没有IBOT 3000复杂的陀螺重心平衡系统,制造成本明显降低.结论:设计的双联星形轮机构爬楼梯轮椅采用效率高体积小的行星轮系作为爬楼梯机构,以及选用电动自行车轮毂为行走提供动力,使得整个轮椅结构紧凑、重量轻,实用性强. 【总页数】2页(P144-145) 【作者】苏和平;王人成 【作者单位】内蒙古民族大学物理与机电学院,内蒙古,通辽市,028042;清华大学精密仪器与机械学系,北京市,100084
【正文语种】中文 【中图分类】R641 【相关文献】 1.一种星轮式爬楼梯电动轮椅设计 [J], 王占礼;孟祥雨;陈延伟 2.一种轮组结构的爬楼梯轮椅的设计 [J], 李超;胡延平;韦端利 3.太阳能辅助充电型节能爬楼梯电动轮椅设计 [J], 刘保军;杜俊林;梁伯余;邓凯元;伍超活 4.电动智能爬楼梯轮椅的创新设计 [J], 阮超明;何玉林;唐国豪 5.一种轮-履复合式爬楼梯轮椅设计与分析 [J], 蔡敬宇;冯立艳;李德胜 因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买
目录 摘要 (3) 1.折叠轮椅的研究现状 (3) 2.折叠轮椅优化设计的关键点 (5) 2.1折叠轮椅的优化结构设计 (5) 2.2折叠轮椅的材料和力学分析 (6) 2.3新型绿色环保材料及其应用 (6) 2.3.1高密度复合材料 (6) 2.3.2高强高模纤维 (6) 2.2.3具有传感和康复功能的纤维 (6) 2.3.4具有综合功能的阻燃纤维 (7) 2.4折叠轮椅优化设计改造 (7) 2.5折叠轮椅优化设计后的初步3D模型 (7) 3.折叠轮椅优化设计的未来改进前景 (8) 3.1太阳能折叠式手推轮椅 (8) 3.2电动驱动折叠式手推轮椅 (8) 3.3自动爬楼梯折叠式手推轮椅 (9) 3.4交互功能折叠轮椅 (9) 结束语 (9) 附 (10)
摘要：目前在市场出售的各种轮椅中，大多数轮椅可以分为折叠式和固定式其中包括电动式等，折叠式轮椅收折之后所占体积仍是非常庞大，造成搬运携带的困难，对于经常外出的患者造成极大不便。虽然市面上亦有两三种可以收折为手提箱大小的轮椅（组合椅），但是组装程序相当复杂和费时，每一次的使用和收复，对使用时间短且次数多的患者而言都是一个非常困扰的问题。而电动式轮椅造价高价格贵，不适合大众消费需求，固定式占地面积大且不灵活。本折叠轮椅创新设计采用Watt I型六连杆机构，单一自由度收折，并没有分离零件，不需要任何拆卸工具即可以达到收折后体积小、重量轻、操作简单，像行李箱一样站立收藏的特性。对于年老多病、下肢瘫痪和行动不便者，可谓是一种质优价廉、实用性高的代步工具。 1.折叠轮椅的研究现状 由于现代医学的发展进步，人类的平均寿命正逐渐上升，致使全球各国老年人口数不断上升，高龄化的社会结构已然成为世界各国的重大挑战。针对年长而行动不便的使用者而言，身体各部分的器官逐渐退化，神经肌肉萎缩，自行驱动轮椅是非常困难，因此他们将不适合使用具有手轮圈功能的自推型轮椅，而手推型轮椅更能符合其要求。 根据调查问卷显示，家中有老人或残疾人士使用过轮椅的比例约为1/3，这也就是说，许多行动不便者在解决移动能力障碍时，轮椅无非是一种值得选择的工具。 根据我国统计部门统计，截止到2018年底，全国现有各类残疾人总数约8500万人，占总人口数的比例约为6.07%，而属于肢体残疾的占总残疾人数的比例约为29.07%，人数将近2500万。与1987年第一次全国残疾人抽样调查统计数据可以看出，肢体残疾人数略有所增加。2018年底，中国60岁以上老年人口近2.5亿，占总人口的比例达18.1%。现在我国60岁以上老年人口每年以3%的速度递增。在60岁以上的老年人口中，有相当一部分老年人在日常生活和工作中，在疾病治疗和康复过程中，都需要借助使用轮椅。这对于家庭生计、社会成本与国家经济均会造成严重的影响，不可轻视。对于青壮年的肢体障碍患者而言，轮椅可使他们重新返回职场，以改善家庭生计和降低社会负担；对于行动不便的高龄老人或出现
履带-轮式爬楼梯电动轮椅设计【带图纸】毕业设计说明书论文 QQ 36296518 原创通过答辩 履带,轮式爬楼梯电动轮椅设计摘要随着社会的发展和人类文明程度的进步，老年人与残障人员愈来愈需要运用 现代高新技术来改善他们的生活质量，而爬楼梯对于老年人和残疾人行动不方便 的，非常困难，所以要增加轮椅自动化程度，于是我们在原轮椅的基础上进行改 进和加装爬楼机构，本文设计的电动轮椅具有爬楼功能，爬楼时用履带驱动，平 地时可像普通轮椅用轮驱动也可轮椅稍后仰用履带驱动。此车在轮椅的基础上安 装履带装置、升降机构、电机、以及控制电路、控制设备，以降低劳动强度、提 高效率，减少他们的困难、提高生活质量、满足市场需求为目的。爬楼梯车具有 适应性强、机动灵活、活动范围大等特点，在我国国民经济的发展中，爬楼梯电 动轮椅的需求量逐年增加，市场发展潜力巨大，爬楼梯电动轮椅行业具有广阔的 发展机遇和良好的投产前景。关键词:爬楼梯，电动，轮椅，履带轮式 I 履带,轮式爬楼 梯电动轮椅设计
Abstract With the social development and improvement in the level of human civilization, oldmen and physically disabled members of society more and more need to use modern high-tech to improve their quality of life,but the elderly and handicapped are unable to climb the stairs, so we had to increase the automatic level of the electric wheelchair to reduce their difficulty. So we have the original on the basis o f a wheelchair to improve and the installatio n of Climbing stairs institutions, the paper design with the electric wheelchair has Climbing stairs function, when Climbing stairs it use track-driven, the ground can be used like an ordinary wheelchair-wheel-drive can also be track-driven, when the chair be tilted.we have fit in the new equipments include the tracked device,the body movements, the electromotor, control circuit and control equipment, etc, to reduce the labor intensity and difficulty, and to improve the efficiency and living quantity, so that can satisfy the requirements of the market. The
电动越障爬楼轮椅产品介绍 3.项目介绍 3(1项目背景 随着时代的发展～我国已经步入老龄化社会～现有老年人近两亿人～而残疾人也超过8千万人。这是一个庞大特殊的群体～该群体是社会的弱者～需要全社会的关爱～尤其需要一种适合他们心理和生理特征的变通工具。 轮椅是目前残疾人和老年人使用得最多也最方便的交通工具。轮椅使得腿脚不便的残疾人和老年人具有了一定的行动能力。借助于轮椅～他们可以自理生活、料理家务～甚至胜任适当的全日工作。 目前市场上出现的轮椅结构大致相同～分为手动轮椅和电动轮椅两种。手动轮椅大多用手轮圈驱动～电动轮椅则由直流电机带减速箱驱动～摇柄控制。如下图例所示: 图3-1手动轮椅与电动轮椅 由于结构上的缺陷～这些轮椅面对台阶和楼梯等障碍物时只能望而却步～即使有他人辅助要想翻越这些障碍物也非常困难。这种缺陷给残疾人的生活带来了极大的不便～很多残疾人或老年人平时只能够呆在家里。缺少户外活动对残疾人和老年人的生理和心理都会产生相当大的影响～不仅不利于残疾人健康～而且给家人带来了麻烦。
第 1 页共 13 页 图3-2 残疾人面对台阶和楼梯 由于条件的限制～不可能在所有的地方都设臵无障碍设施～而且现有的道路设施也无法改变。因此～解决残疾人与老年人出行难最好的方法就是设计一种既能够像普通轮椅适应平地行走又能够翻越障碍、上下楼梯的轮椅。 3(2 产品简介 Robotchair,电动越障爬楼轮椅,是针对目前轮椅在越障爬楼方面的缺陷而专门设计的～旨在解决残疾人及老年人出行不便的问题。Robotchair采用了独特的机械结构以及智能的电力驱动控制系统～无论是面对台阶或者楼梯Robotchair都能够轻松翻越。残疾人和老年人在使用了Robotchair以后再也不用担心外出的时候碰上障碍～可以像普通人一样自动行动～开始崭新的生活。 Robotchair已经开发到了第四代～每一代都有不同程度的改进～下面是具体的介绍: 第 2 页共 13 页 表3-1 Roborchair研发过程
摘要 本篇论文针对残疾人上楼困难而设计的一款上楼轮椅，文中首先对国内外各种爬楼轮椅结构进行分析，在对比总结各自优缺点的基础上设计出一款结构简单，操作方便的上楼结构。 该结构采用星轮行星轮结构，在平地时，行星轮工作，上楼时，齿式离合器结合后整个行星齿系将变成一个刚性的整体而转换为星轮结构模式，即各个齿轮均不能自转而只能随整个箱体一起翻转，从而实现上楼功能。车身则采用滑轨式自动调平结构，该结构简单，调节方便。 Abstract This paper for the disabled upstairs and of the design difficulties a upstairs wheelchair, this paper first to the domestic and foreign various climbing up a wheelchair structure analysis, in contrast to summarize their respective advantages and disadvantages designed on the basis of a simple structure, convenient operation of the upstairs structure. The structure and the star wheel planetary wheel structure, on the ground, the planet round work, go upstairs, combined with the whole planet gear clutch after tooth department will become a rigid whole and conversion for star wheel structure model, that is, each gears are not only with the whole body rotation and flip together, so as to realize the upstairs function. Body used the slippery course type automatic levelling structure, this simple structure, convenient adjustment. 第一章绪论 1.1 引言 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