履带-轮式爬楼梯电动轮椅设计.docx

1、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

2、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IIAbstractWith 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 handi

3、capped 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 of a wheelchair to improve and the installation of Climbing stairs institutions, the paper design with the electric wheelchair

4、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

5、 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 automatic electric wheelchair has new characteristics of high adaptability, mobility and orbit, etc. As the developmen

6、t of the national economy, the requirement of automatic electric wheelchair will be increased year by year. So the developing potential of the automatic electric wheelchair in the market is vast, it has a good developing opportunity and well invested prospect.Key words：Climbing the stairs,electricit

7、y, wheelchair, Track-Wheel目录IV第一章 综述11.1 爬楼梯轮椅的意义11.2 国内外爬楼梯轮椅的发展状况21.2.1 国外爬楼梯轮椅的发展状况21.2.2 国内爬楼梯轮椅的发展状况41.3 本项目的设计目的与主要研究内容51.3.1 课程设计目的51.3.2 课题研究内容61.4 设计进程安排6第二章 履带爬楼装置机械系统结构设计82.1 爬楼机构的比较82.2 设计思路92.3 履带轮式轮椅爬楼原理102.4 履带爬楼过程分析112.5 爬楼性能参数132.6 履带爬楼机构的结构设计132.7 升降机构的设计162.8 本章小结18第三章 电气系统设计193.1

8、 履带爬楼梯装置执行电机选择193.2 电池选择203.3 电动车电机转速控制213.3.1 驱动方式对电动车性能影响213.3.2 现有电动车电机存在主要问题及探索213.4 直流电机机械特性223.5 控制系统的设计233.6 本章小结28第四章 典型零部件设计及校核计算294.1 传动系统动力参数计算294.2 轴的计算30第五章 技术经济分析报告395.1 履带轮式轮椅技术分析395.2 履带轮式轮椅经济分析395.3 履带轮式轮椅结论和展望40参考文献41致 谢42第一章 综 述1.1 爬楼梯轮椅的意义轮椅是年老体弱者以及下肢伤残者必不可少的代步工具，随着无障碍设施的增多，轮椅使用者

9、的活动范围逐步加大，但楼梯却使轮椅受到很大限制，因此研发价格低廉、简单易用的爬楼梯轮椅是康复工程工作者面临的一项比较紧迫的任务。楼梯的出现是人类建筑史上的一个重要的成就，它不仅缩小了房屋的建筑面积、充分利用了有限的生存空间，而且为进出高层建筑物提供了方便的通道。尤其是在人口数量日益增长、经济飞速发展的现代化社会中，为了提高人均住房面积，改善人们的生活质量，高楼别墅不断涌现。然而，在发挥优势的同时，楼梯对老年人、肢体残障人士的出行带来了很多不便，对他们的行动造成了障碍，影响了他们与外界的沟通和交流。这个问题随着老年人和残疾人数量的增多显得日益突出。1老年人和残疾人比例的显着增加给经济、社会的发展

10、都带来了很大的影响， 医疗、护理、社会服务等各方面需求的压力也越来越大。为关心老年人、残疾人的生活，改善他们的生活质量，减轻医疗护理事业的压力，各式各样的助老、助残运动装置也应运而生。日本的身体残疾者中，肢体残疾者占60%，而且有近半数是下肢残疾者。造成下肢残疾的原因，过去多是战争和工伤，近年来则越来越多的是交通事故和运动、娱乐中的事故，尤其是年青人。另一方面，老年人中随着年龄的增加，因体力下降和脑血管病变造成残疾的情况也越来越多。下肢最重要的功能是行走。一旦不能行走，不用说到室外，就是在室内移动也很困难，其生活空间大受限制。老年人若周围没有适当的人照顾，容易变成卧床不起的状况。若是轻度残疾，

11、使用手杖等简单的辅助工具，就可以在与健康人相同的范围内移动。但以自身之力不能步行时，就必须用轮椅作为移动工具。使用轮椅时，靠自身之力就可以移动到想去之处，所以其使用价值非常高。但对于使用轮椅者，还有一些问题。普通轮椅不具备攀登楼梯和跨越路障的功能，从而限制了以轮椅代步的下肢截瘫者及年老体弱者的活动范围，影响其走向生活和回归社会的深度和广度。为此，人们从以下方面解决这一问题:房屋和各种公共建筑设施的无障碍设计，在公共场所设置轮椅上、下楼梯的固定搬运装置、便携式轮椅搬运小车、爬楼梯轮椅，这种轮椅可在平地上行驶，且具备爬楼梯的功能。可设计成手动型或电机驱动型。由于它们具有机动灵活、适用性广等优点，吸

12、引了众多学者从事该项研究。本文就41是为了能解决以上所遇到的问题而专门设计的一种爬楼轮椅。目前,国外已有许多种爬楼梯轮椅的发明专利问世。然而,它们多数结构复杂,价格昂贵,不完全适合于发展中国家使用者的经济承受能力。为此,我们设计了一种实现爬楼梯功能的爬楼梯轮椅。与已有的其它专利相比,其结构更为简单、制造成本也更为低廉, 而且,它可以很容易地从爬楼梯状态转换到平地行走状态。所以,它对于轮椅使用者是非常适合的,特别对于发展中国家的使用者更是如此 。随着社会的发展和人类文明程度的提高，人们别是身体有各种残障的社会成员愈来愈需要运用现代高新技术来改善他们的生活质量，拓展生活自由度。另一方面，因为各种交

13、通事故， 天灾人祸和种种疾病，每年均有成千上万的人丧失一种或多种能力（如行走，动手能力等）。因此，用于帮助残疾人行走的智能移动轮椅的研究越来越热烈。此方面的研究对我国这样一个人口结构即将进入老龄化的国家更是具有非常重要 的社会和现实意义。1.2 国内外爬楼梯轮椅的发展状况1.2.1 国外爬楼梯轮椅的发展状况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。如图 1.1(a)所示是英国 Baronmead 公司开发的一种电动轮椅车，底图 1.1 国外爬楼梯轮椅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 一 20 个台阶。图 1.1(

14、b)是法国 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，依靠履带无需旁人辅助便能自动完成爬楼等功能。日本长崎大学更在普通单履带轮椅的基础上，研究了一种双履带式的爬楼梯装置，如图 1.1(c)，即左右两侧各有两组履带相互连接在一起，解决了在水平状态与楼梯倾角切换时，座椅倾角过大而影响使用安全的问题。图中履带式爬楼梯装置履带式结构传动效率比较高，行走时重心波动很小，运动非常平稳，且使用地形范围较广，在一些不规则的楼梯上也能使用。它除了具备爬楼梯功能外，也能作为普

15、通的电动轮椅使用。早期的爬楼梯轮椅一般都采用步行式，其爬楼梯执行机构由铰链杆件机构组成。上楼时先将轮椅抬高，再水平向前移动，如此重复这两个过程直至爬完一段楼梯。步行式爬楼梯装置模仿人类爬楼的动作，外观可视为足式机器人，采用多条机械腿交替升降、支撑座椅爬楼的原理。图 1.2 步行式爬楼梯装置日本早稻田大学理工学术院高西淳夫教授的研究室以及日本机器人开发风险企业 Tmsuk 联合开发的双足行走机器人“WL-16RIII”，如图 1.2(a)所示，它由两条机械腿支撑一个座椅构成，每条机械腿有 6 个自由度，可向前、后、侧面移动，座椅底部装有陀螺仪，每条腿上装有压力传感器，通过传感器采集信息，控制其实时调整姿态保持重心平稳。WL 一 16RIII 两腿前后伸展距离最长为 1.02 米，左右最长 1.36 米，每条腿上下运动幅度最大 0.34 米。日本长崎大学机械工程系研究了一种高阶爬楼梯装置如图 1.2(b)，它由一系列液压操作杆和前后两组星型轮构成，集步行式与轮组式设计理念于一体。装置通过星型轮的翻转上下楼梯，座椅底部的传感器检测装置的平衡情况，控制操作杆自动调节使装置在爬楼过程中始终位于稳定裕度内。在平地使用时，操作杆可以折叠于座椅底部，节省了使用空间。它的最大优点是爬楼幅度较高，甚至能自行上下货车。步行式爬楼梯装置爬楼时运动平稳，适合不同尺寸的楼梯;但它对控制的