爬樓梯輪椅設(shè)計說明人力式平穩(wěn)爬樓輪椅設(shè)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(shè)計的目的和意義3二、問題提出4三、設(shè)計方案選擇5四、機構(gòu)尺寸設(shè)計7五、構(gòu)件三維造型9六、運動仿真分析集成11七、設(shè)計總結(jié)12八、參考文獻12人力式平穩(wěn)爬樓輪椅一、設(shè)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(nèi)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(jīng)濟、醫(yī)療護理各方面帶來的巨大 壓力，更好的關(guān)懷老年人、殘疾人的生活，改善他們的生活質(zhì)量，除了增加房屋和各種公 共建筑設(shè)施的無障礙設(shè)計，擴大輪椅的使用范圍之外，改進現(xiàn)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，同時考慮使用者的經(jīng)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(xiàn)有產(chǎn)品分析及產(chǎn)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(gòu)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(xiàn)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(shù)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(yīng)性強。但履帶式的多為電力機構(gòu)系統(tǒng)，需要大功率的電 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(gòu)過于,笨重龐大而 且造價高昂。在對現(xiàn)有的產(chǎn)品進行詳細了解和分析的基礎(chǔ)上我們設(shè)計了履帶式和傳統(tǒng)式相結(jié)合的設(shè) 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(zhuǎn)向自如，同時簡化了機構(gòu)，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(chǎn)品機構(gòu)簡介四、產(chǎn)品設(shè)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(qū)動，同時自主設(shè)計的 離合器實現(xiàn)平地與爬樓之間不同工況的轉(zhuǎn)換，利用螺桿自鎖原理保證機構(gòu)的安全性和可靠 性，四連桿機構(gòu)的設(shè)計則保證了后輪的可靠到位和簡單精巧的控制。在機構(gòu)設(shè)計時利用 Solidworks, Ansys, ADAMS等軟件對運動、受力及機構(gòu)合理性進行分析優(yōu)化，提高設(shè)計效 率和機構(gòu)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(zhuǎn)動前面大輪可以實 現(xiàn)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(zhuǎn)大輪外側(cè)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(zhuǎn)，直至履帶抵觸到臺階面將大輪脫離地面，同時在 旋轉(zhuǎn)此小輪的過程中會使特殊設(shè)計的離合器嚙合，構(gòu)成大輪與內(nèi)置齒輪之間的傳動關(guān)系， 進而通過旋轉(zhuǎn)大輪帶動履帶主動輪的轉(zhuǎn)動，而后部的小輪則在四連桿機構(gòu)作用下收起，旋 轉(zhuǎn)大輪實現(xiàn)下樓運動。當?shù)竭_地面時，再次反轉(zhuǎn)外側(cè)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(zhuǎn) 外側(cè)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(xiàn)平穩(wěn)安全上樓。五、產(chǎn)品的技術(shù)要點（1）傳統(tǒng)的普通輪椅與笨重的履帶式結(jié)構(gòu)的互補結(jié)合，實現(xiàn)爬樓時的平穩(wěn)性。（2）整個系統(tǒng)采用人力驅(qū)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(shè)備，性價比高。（3）獨特設(shè)計的離合器機構(gòu)，和后部四 連桿機構(gòu)實現(xiàn)一個動力源的目的，簡化人的操作，通過簡單的旋轉(zhuǎn)外側(cè)小輪即可同時實現(xiàn) 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(gòu)，采用傳動鏈條張緊輪機構(gòu)，并合理布置在上樓時的松 邊（6）后部小輪起落架連桿機構(gòu)各桿長的精確設(shè)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. 102曹巖.SolidWorks2021機械設(shè)計實例精解.北京：化學工業(yè)出版社.2021. 93謝進，萬朝燕，杜立杰.機械原理.高等教育出版社.2021.1感謝您的閱讀，祝您生活愉快。