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1、爬樓梯輪椅設計說明
人力式平穩(wěn)爬樓輪椅設計說明書
組成員：
指導教師：
申請時間：2021年12月27日
職稱：
目錄
一、設計的目的和意義 3二、問題提
出 4三、設計方案選
擇 5
四、機構尺寸設計 7五、構件三維造
型 9六、運動仿真分析集
成 11七、設計總
結 12八、參考文
獻 12
人力式平穩(wěn)爬樓輪椅
一、設計的背景和意義
高齡人群以及下肢殘障者的最大障礙是步行能力的減弱甚至缺失，他們不僅喪失行動 力，更需要有勞動能力的人來加以護理。目前，
大部分年老體弱者及肢體傷殘者都會選擇輪椅作為他們的代步工具，并且大都需要家 人或護理人員伴隨協(xié)助輪椅的使
2、用。然而，普通輪椅無法攀登樓梯，從而限制了輪椅使用 者的活動范圍，影響其參與社會生活。尤其是國內城市以多層公寓式樓房居多，電梯并沒 有普及到所有的居民住宅，這給輪椅乘坐者造成諸多不便。
為了緩解上述弱勢群體因為比例顯著增加而給社會經濟、醫(yī)療護理各方面帶來的巨大 壓力，更好的關懷老年人、殘疾人的生活，改善他們的生活質量，除了增加房屋和各種公 共建筑設施的無障礙設計，擴大輪椅的使用范圍之外，改進現有的普通輪椅，使其兼?zhèn)淦?地行獨以及爬越樓梯障礙兩種功能，成為更行之有效、立竿見影的措施。因此，為了解 決上述需求，給老年人和殘疾人提供性能優(yōu)越的代步工具，解決樓梯對他們生活造成的不 便，同時考慮使用者
3、的經濟承受能力，研究一種價格適宜、平穩(wěn)安全的爬樓梯裝置具有重 大的意義和實用價值。
二、現有產品分析及產品簡介
目前市場上的爬樓輪椅采用的主要是兩種爬樓方式一一履帶式和輪組式爬樓輪椅。
（圖1）輪組式爬樓輪椅
如上圖1,輪組式的輪椅則大都采用三葉輪式和四葉輪式，機構精巧，但無法克服爬 樓時兩臺階間的震蕩，上下樓梯時該類型裝置重心起伏較大，會使乘坐者感到不適而且難 以實現在平地上的獨立行走，需要其他人的時刻陪護和推拉。
（圖2）履帶式爬樓輪椅
（圖2）為履帶式爬樓輪椅，履帶式爬樓裝置技術較成熟，操作簡單，行走時重心波 動很小，對樓梯的形狀、尺寸適應性強。但履帶式的多為電力機構系統(tǒng)，需
4、要大功率的電 機和笨重的履帶，同時對于履帶的精確控制，對于?重心的平衡都使得機構過于,笨重龐大而 且造價高昂。
在對現有的產品進行詳細了解和分析的基礎上我們設計了履帶式和傳統(tǒng)式相結合的設 計，使得輪椅在爬樓時能像履帶式爬樓輪椅一樣的平穩(wěn)，不需要他人陪護，在平地上更可 以獨立自由行走，轉向自如，同時簡化了機構，不需要外加大功率電機、復雜控制系統(tǒng)及 笨重的履帶，大大減輕了重量，降低了制造成本。
三、產品機構簡介
四、產品設計原理
此人力式可爬樓輪椅利用杠桿省力、螺旋傳動等原理進行人力驅動，同時自主設計的 離合器實現平地與爬樓之間不同工況的轉換，利用螺桿自鎖原理保證機構的安全性和可靠 性，四
5、連桿機構的設計則保證了后輪的可靠到位和簡單精巧的控制。在機構設計時利用 Solidworks, Ansys, ADAMS等軟件對運動、受力及機構合理性進行分析優(yōu)化，提高設計效 率和機構的合理性。下面為其工作原理：平地行走：當在平地行走時，履帶處了收起狀 態(tài)，其工作原理等同于普通型輪椅，在后面可變向小輪的支撐下通過轉動前面大輪可以實 現自由行走。
下樓過程：當走到樓梯口要下樓梯時，用戶需要旋轉大輪外側的另一個輪子，在錐齒 和螺桿的作用下使履帶繞后部較點旋轉，直至履帶抵觸到臺階面將大輪脫離地面，同時在 旋轉此小輪的過程中會使特殊設計的離合器嚙合，構成大輪與內置齒輪之間的傳動關系， 進而通過旋轉大
6、輪帶動履帶主動輪的轉動，而后部的小輪則在四連桿機構作用下收起，旋 轉大輪實現下樓運動。當到達地面時，再次反轉外側小輪，將履帶收起，離合器斷開，后 部小輪著地支撐，進行平地行走。上樓過程：當上樓時，則采用背部先上，同樣先旋轉 外側小輪，將履帶放下，離合器嚙合，后部小輪收起，通過大輪和嚙合齒的直徑比可以起 到明顯的增距減力，實現平穩(wěn)安全上樓。
五、產品的技術要點
（1）傳統(tǒng)的普通輪椅與笨重的履帶式結構的互補結合，實現爬樓時的平穩(wěn)性。
（2）整個系統(tǒng)采用人力驅動，并利用杠桿增距減力原理使上樓過程簡單省力，同時 避免使用復雜昂貴笨重的電動設備，性價比高。（3）獨特設計的離合器機構，和后部四 連桿
7、機構實現一個動力源的目的，簡化人的操作，通過簡單的旋轉外側小輪即可同時實現 履帶的起落、后部小輪的收縮、離合器的控制，操作簡單
（4）利用螺桿傳動中的自鎖，避免上下樓時履帶的位置變化帶來的危險。
（5）模仿變速自行車的機構，采用傳動鏈條張緊輪機構，并合理布置在上樓時的松 邊
（6）后部小輪起落架連桿機構各桿長的精確設計，保證小輪的可靠到位和小輪最合 理的承重方向
參考文獻
[1]江紅,楊勇,喬蘭東.SolidWorks實例解析一曲線、曲面、仿真、渲染.北京：機 械工業(yè)出版社.2021. 10
[2]曹巖.SolidWorks2021機械設計實例精解.北京：化學工業(yè)出版社.2021. 9
[3]謝進，萬朝燕，杜立杰.機械原理.高等教育出版社.2021.1
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爬樓梯輪椅設計說明
