上下楼梯辅助装置——星轮式轮椅

清华大学综合实践报告
辅助老年人和残障者上下楼梯的装置设计
系别机械系
专业机械工程及自动化
姓名***（机14，20110104**）
***（机15，20110105**）
***（机15，20110105**）
老师肖丽英
2014年7月24日
摘要
中国正逐渐步入老龄化社会。

缺少电梯设施、住层较高的老年人和残疾人，由于身体原因不能独自上下楼梯。

爬楼轮椅主要可分为轮组式、履带式和步行式三类。

履带式运动平稳，但对台阶的破坏严重；步进式可适应复杂路况，但控制复杂，造价偏高；轮组式的移动速度快，机构相对简单，但越障能力差。

目前的轮组式爬楼轮椅普遍采用背对楼梯的方式，视野小，操作复杂。

本次设计面向老年人和残障群体，选择面向台阶的上楼方式，并采用电动以减少体力消耗。

本组在老师指导下，分别对轮组形式、转向机构、座椅垂位调节机构、传动系统、刹车装置进行了设计，对轮组结构进行尺寸优化。

小组成员分工协作，目前已完成了运动方案和结构设计，绘制了装配图、部分零件图和主要装配件的三维动画。

关键词：爬楼梯轮椅；垂位调节；行星轮组；电动轮椅
目录
第1章引言 (5)
1.1机械设计综合实践任务书 (5)
1.1.1设计背景 (5)
1.1.2设计目标 (5)
1.1.3设计任务 (5)
1.2研究背景及意义 (6)
1.2.1 残疾人与老年人统计数据 (6)
1.2.2 轮椅的需求数据 (6)
1.2.3 普通轮椅的不足 (7)
1.3文献综述 (7)
1.3.1 斜坡转换楼梯 (7)
1.3.2 楼梯扶手架 (8)
1.3.3 轨道式爬楼装置 (11)
1.3.3.1 轨道式爬楼装置的传动方式 (11)
1.3.3.2 轨道式爬楼装置的特点 (11)
1.3.3.3 轨道式爬楼装置的发展研究现状 (12)
1.3.4旧楼加装电梯 (17)
1.3.5爬楼轮椅 (23)
1.3.5.1 轮组式爬楼轮椅 (23)
1.3.5.2 履带式爬楼轮椅 (27)
1.3.5.3 步行式爬楼轮椅 (31)
1.3.5.4 爬楼轮椅不同执行机构的对比 (34)
1.4 现有技术存在的问题 (35)
1.5设计规划 (36)
1.5.1 设计目标 (36)
1.5.2 相关设计参数 (37)
1.5.3 具体设计指标 (37)
1.5.4初步方案 (38)
第2章机械系统运动方案设计 (38)
2.1机构设计 (38)
2.1.1 爬楼方式的选择 (38)
2.1.2 上楼朝向的选择 (38)
2.1.3 子轮个数的选择 (39)
2.1.4 轮组的传动方式 (40)
2.1.5 转向机构 (43)
2.1.6 传动机构 (45)
2.1.7 座椅垂位调节机构 (47)
2.2爬楼过程运动分析 (52)
2.2.1子轮与支架的连接方式 (52)
2.2.2 r与R的选择 (53)
2.2.3主动轮（即星轮）爬升过程分析&力矩、功率的计算 (58)
2.2.4从动轮（单轮）在爬楼时的问题 (60)
2.3设计计算及原动机选择 (63)
2.3.1 上楼过程及前轮电机选择 (63)
2.3.2 平地过程及后轮电机选择 (65)
2.3.3 蓄电池选择 (66)
2.3.3.1 蓄电池类型的选择 (66)
2.3.3.2 行驶里程计算 (67)
2.3.4 座椅重心偏距的计算 (68)
第3章机械系统结构设计 (69)
3.1 前轮组强度计算 (69)
3.1.1传动系统计算 (69)
3.1.2关键零部件工作能力设计与标准件选择 (71)
3.2后轮组强度计算 (80)
3.2.1传动系统设计 (80)
3.2.2关键零部件工作能力设计与标准件选择 (83)
第4章设计总结 (90)
第5章团队分工 (90)
参考文献 (91)
声明 (94)
第1章引言
1.1机械设计综合实践任务书
1.1.1设计背景
北京、上海等城市已经步入老龄化社会，很多老年人由于年老体衰，不能独自上下楼梯，而这些城市的老年人多住在6层高无电梯的楼房。

由于不能下楼，很多老年人长期不能到室外活动。

因此本项目拟设计一种适用于没有电梯楼房，辅助老年人和残障者上下楼梯的装置，让老年人也能方便地到户外活动。

1.1.2设计目标
设计一个可以使一位老年人/残障人或者多个老年人/残障人，方便上下楼梯的辅助装置样机。

1.1.3设计任务
调研旧楼改装电梯、轨道式上下楼梯装置和爬楼梯轮椅的相关产品、结构设计等方面的资料，结合对各种楼梯和楼层高度相关参数测量结果的统计分析，提出具体的设计指标、核心技术和解决方案，进行方案论证，制定技术路线和时间安排，完成开题报告；
根据核心技术和设计方案将任务分割成2-3部分，每个组员完成其中一个部分的最终方案选择、计算并确定设计参数，设计运动循环图及机构运动简图，完成原动机的选型，整理机构设计说明书。

对所设计的机构进行结构化设计，包括结构方案的分析、比较及设计，并设计绘制零件图和装配图，进行关键零部件的校核，撰写结构设计说明书。

在开题报告、机构设计和结构设计说明书的基础上，整理出机械设计综合实践报告一份，并撰写答辩PPT，进行答辩。

需要提交存档的资料：1）全部调研资料；2）机械设计综合实践报告；3）答辩PPT；4）设计的零件图和装配图。

1.2研究背景及意义
中国正逐渐步入老龄化社会。

缺少电梯设施、住层较高的老年人和残疾人，由于身体原因不能独自上下楼梯。

有人提出，对于上下楼不便的老年家庭实施房屋调换政策。

上海等地区已出台相关政策，目标建设适合老年人居住配有电梯设备的老龄公寓。

但受到经济、土地等因素制约，在今后很长一段时间里仍会有近一半的老年居民，生活在7层以下没有电梯的公寓中。

这给他们的生活带来了很大不便。

1.2.1 残疾人与老年人统计数据
据2006年全国第二次残疾人抽样调查数据显示，全国各类残疾人总数为8296万人，残疾人占全国总人口的比例为6.34%。

其中肢体残疾2412万人，约占29.07%。

据2005年全国1％人口抽样调查显示，我国60岁及以上人口14408 万人，占总人口11.03％，其中65岁及以上人口占7.69％。

全国已有21个省（市）相继进入老年型地区。

据全国老龄工作委员会办公室的预测，到2020年老年人口（60
岁及以上）达到2.48亿，占总人口17.17％，2021到2050年，老龄化水平将加速推进到30％以上，老年人口总量将超过4亿。

1.2.2 轮椅的需求数据
根据残疾人联合会公布的数字，全中国约有880万残障人士需要轮椅。

据另一项调查显示，2000年，我国60岁以上老年人中有腿脚不便情况的人已接近 2800万。

在老年人当中，脑中风患者每年患者200多万人，老年痴呆患者650万，糖尿病患者多达4000万，其中近10％并发下肢坏死症，近400万人。

另外，每年新增因车祸，工伤，其他意外下肢伤残者约50万人。

针对老年人,他们会逐渐随着年龄的不断增长,不仅会导致大部分活动关节
的柔韧性的降低、视力的减弱以及站立平衡的能力下降,而且根据医学研究,人在从中年步入到老年的这个不断衰老的过程中,还会存在着站立以及行动上的晃动不稳,关节运动的幅度不断减小等不良现象。

1.2.3 普通轮椅的不足
对于残疾人以及腿脚不便的老年人而言，轮椅是应用最普遍的代步工具。

目前市场上普通轮椅的结构，可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。

普通轮椅可以适应普通的室内环境和户外路况，但上下楼梯却十分困难。

1.3文献综述
辅助上下楼的机械装置包括斜坡转换楼梯、楼梯扶手架、轨道式爬楼装置、旧楼改造电梯、爬楼轮椅（轮组式、履带式、步行式）等。

1.3.1 斜坡转换楼梯
将台阶转换或搭接成斜坡，可以有效减少攀爬楼梯时的颠簸感。

下图所示装置通过简单的连接机构，实现了楼梯与斜坡的转换。

这种方式虽然结构简单，但对于陡度较大的斜坡，仍然存在倾倒的危险。

1
图2-1
2
1图2-1源自/Products/7403827.aspx
2图2-2源自http://www /Products/7403827.aspx
图2-2
下图为专利CN203222950U的示意图。

它提出了一种可伸缩活动的楼梯斜坡装置。

支撑板2伸出后，架在台阶上形成斜坡，再将基座1由调节手柄4锁紧并抵住底层楼梯。

在登上一层楼后，可将装置收起，再展开用于下一层。

3
图2-3 专利CN203222950U结构示意图
1.3.2 楼梯扶手架
当老年人向前或向上迈步时，常常会腿脚无力，一般在爬楼梯时都会借助手的力量来作为身体支撑，用手的力量来带动身体向前。

但传统的楼梯扶手大多是圆柱型不锈钢材质的，表面比较光滑，难以抓握。

如果加装可以沿楼梯滑动的扶手，可以方便地借力，并在磕绊时帮助稳定身体。

但如果扶手前后都能移动，那么握住它就很容易向后滑落，发生危险。

这是在扶手设计中需要考虑的重要问题。

2006年，16岁的鲁思·阿摩斯为老年人和残障人士设计了一种名为“楼梯伴侣”的楼梯附件。

该楼梯扶手嵌合在圆形轨道上，内部包括弹簧、棘轮、滚轮。

棘轮与滚轮同轴固连。

当扶手受到推力和压力时，滚轮与同轴的棘轮做逆时针旋转，老年人在扶手的帮助下可以轻松前进。

3图2-3摘自CN203222950U
4
图2-4 鲁思•阿摩斯和她的“楼梯伴侣”
图2-5
当扶手受到拉力和压力时，滚轮与棘轮会有顺时针转动的趋势，弹簧下压卡住棘轮，阻止滚轮转动，从而避免扶手向后滑落。

4图2-4源自
/w/2009-11-15/040516609237s.shtml
图2-6
下图为鲁文杰2012年申请的发明专利。

滑动机构2卡设在楼梯扶手上,手向上推扶杆1,推动扶手架向前移动。

当向下压手扶杆1,弹簧3会被压缩进凹槽内,定位刹片4与楼梯扶手接触,阻止扶手架运动。

使用者通过扶杆1借力向上登台阶。

在登上一个台阶后,将手扶杆1向上提,在弹簧作用下定位刹片4与楼梯扶手分离,扶手架可以继续移动。

5
图2-7
1.3.3 轨道式爬楼装置
5图2-7摘自
CN202467024U
轨道式爬楼装置，也叫座椅电梯、楼梯升降椅、楼梯助行机。

它借助于预先安装的轨道实现上下楼。

座椅电梯一般由轨道、传动系统和座椅三部分构成。

只从外观上看，座椅电梯是一只运行在轨道上的椅子。

轨道式爬楼装置按传动方式分有钢丝绳牵引、链传动和齿轮齿条啮合传动。

1.3.3.1 轨道式爬楼装置的传动方式
钢丝绳牵引可分为外牵引和自身牵引。

外牵引由楼顶的卷扬机牵拉钢丝绳，带动座椅上行。

自身牵引将驱动装置和座椅设计于一体，通过收放钢丝实现升降，增加了座椅处的体积和重量。

为保障安全，要求钢丝绳具有足够的强度，且需要定期更换。

钢丝绳越长，维护成本也越高。

钢丝绳卷入卷出时的波动会传导到座椅，影响平稳性。

另外，如何美观、不缠绕、不易破坏的布线也是需要解决的问题。

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图2-8
链传动属于中间挠性件的啮合传动。

链条固定在轨道上，链轮安装于座椅。

电机带动链轮旋转，链轮与链条啮合带动座椅运行。

通过控制电机正反转实现升降。

链传动承载能力强，对环境要求不高。

但其瞬时传动比不固定，座椅运动时会有明显的颠簸感，且噪声较大。

与链传动相比，齿轮啮合较为平稳，是目前轨道式爬楼装置应用最多的一种传动方式。

6图2-8源自/product.asp?pkid=222&classId=4
7
图2-9
表2-1 轨道式爬楼装置不同传动方式的对比
1.3.3.2 轨道式爬楼装置的特点
轨道式爬楼装置具有以下特点：
1.座位高于台阶面，避免了与台阶的碰撞。

7图2-9 源自/additional-stair-lifts.htm
2.升降速度相对较快。

3.安全性高。

正常情况下，座椅不会脱离导轨，可佩戴安全带以避免倾倒。

4.需要提前铺设导轨，经济成本偏高。

1.3.3.3 轨道式爬楼装置的发展研究现状
世界首台轨道式爬楼装置，约出现在1972年的英国。

随后许多国家如日本、美国、德国等都相继研制开发出此类产品。

早期的轨道式爬楼装置将电机装在座椅上部，由尼龙绳牵引行进，座椅固定不能旋转。

逐渐发展到由钢丝绳牵引，座椅可旋转，从而提高了乘坐的舒适度。

约1987年，有些装置将电机装在座椅底部，并改由链条牵引。

到90年代后期，驱动方式出现直流电机驱动方式，牵引方式改为轨道-齿轮啮合传动，电源由交流电改为可充电电池。

下图为太仓市康辉科技发展有限公司的发明专利。

它介绍了一种可沿曲线移动的升降系统，其传动方式为齿轮齿条啮合。

在转弯时，保持架6、9可做小幅度转动来调节转姿，避免卡死现象。

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图2-10
8图2-10源自CN102530684A
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图2-11
下图为OOMS, Otto和OOMS, Alex的发明专利。

该装置采用圆形导轨，导轨下侧放置齿条。

电机通过减速器带动齿轮旋转，齿轮与齿条啮合推动装置升降运动。

上侧两个导向轮起导向和支撑作用，使运动平稳。

座椅如果固连于驱动装置，上下楼梯时就会倾斜摆动。

考虑到乘坐的舒适性，座椅与底盘应有转动的自由度。

为使座椅保持垂直，即垂位控制，文章提出增加副导轨的方法，通过探测装置和附加导轮来控制座椅的姿态。

但对于普通的渐开线齿轮在转弯处容易出现干涉或脱轨问题。

对此，李笑等人提出空间渐开线柱齿环球面齿轮齿条传动机构。

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图2-12
国外一些知名电梯企业，如德国蒂森克虏伯、瑞典CIBES、加拿大Garaventa Lift公司，主要面向高端别墅社区。

目前国内也有不少生产座椅电梯的厂商，如
9图2-11源自CN102530684A
10图2-12摘自OOMS, Otto;OOMS, Alex; Lift assembly and method for moving a lift.The international application published under the patent cooperation treaty ,2000
上海攀杰机械设备有限公司、太仓市康辉科技公司、广州卓越机电科技公司、上海默信公司等。

这些公司的产品与国外知名制造商相比，基本具备噪声小、可充电、遇到障碍物自动停止等功能，且价格低廉。

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图2-13太仓市康辉科技发展有限公司的JY-LT智能化楼梯升降椅
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图2-14Stannah座椅电梯
11图2-13源自/news/html/?3.html
12图2-14源自/bbs/house_0fqf/196463340.html
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图2-15加拿大Garaventa Lift公司生产的轨道式爬楼梯装置“GSL Artira”
固定有轨升降机作为一个移动升降系统主要由轨道装置、可移动驱动控制箱、可拆分支撑承载结构等部件装配集成，实现护理员协助下沿轨道完成室内、室间移动。

升降机的轨道固定于室内天花板上，可按一定的设计要求铺设在各个房间中，升降机通过机械装置可沿着轨道在各个房间进行水平运动，同时还可以在垂直方向上上下移动，这样升降机就可以将双腿不便者或者瘫痪患者从座椅或者床上传送到厕所、浴室等其它地方。

其特点是移动范围大，患者可以自行操作，自主进行升降和水平移动。

曹慧莉等人介绍了一种室内轨道式升降机。

动力由电动机输出，分别经过蜗杆、蜗轮、小齿轮和大齿轮减速后传递给缠带轮，缠带轮带动升降布带转动，使升降机完成升降动作。

滑轮在轨道的槽面中移动，带动升降机进行水平移动。

为使残障人能从一个房间移到另一个，而不对门框、隔墙进行再加工，文章提出在轨道上安装转换带。

13图2-15摘自王丽娟. 行星滚轮转换步行式驱动爬楼梯轮椅设计
图2-16
下图为丹麦 Guldmann A/S 公司生产的有轨升降机GH2，其自重 8.7kg，完全可以手提到不同地点进行操作使用，最大负载 200kg，负载 200kg 的速度为1200mm/min，两节 12V 充电电池供电，工作时的噪声为52dB。

图2-17
1.3.4旧楼加装电梯
电梯的机械部分主要包括：门系统、曳引系统与重量平衡系统、轿厢系统、导向系统、保护装置。

目前电梯技术比较成熟，下面简单介绍电梯的基本结构。

1.3.4.1 门系统
电梯门包括轿门和层门，轿门安装在轿厢入口，层门安装在井道的层站开口处。

是人员和物资进出电梯的开口，也是轿厢和井道的封闭结构。

在门关闭时，除规定的运动间隙外，轿厢和井道的入口应完全封闭，以避免发生剪切和坠落事故。

门的启闭除少数是手动外，大部分是由开门机构完成的。

开门机构安装在轿顶的门口处，由电动机通过减速机构，再通过传动机构带动轿门。

到层站时轿门上的门刀卡入层门门锁的锁轮，在轿门开启时打开门锁并带动层门同步水平运动。

为防止发生坠落和剪切事故，层门由门锁锁住，使人在层站外不用开锁装置无法将层门打开，所以门锁是个十分重要的安全部件。

为了在必要时(如救援)能从层站外打开层门，标准规定每个层门都应有人工紧急开锁装置。

工作人员可用三角形的专用钥匙从层门上部的锁孔中插入，通过门后的装置将门锁打开。

当轿厢不在层站时，层门无论什么原因开启时，必须有强迫关门装置使该层门自动关闭。

为了尽量减少在关门过程中发生人和物被门拦击或夹住的事故，对门的运动提出了保护性的要求。

保护装置一般安装在轿门上，常见的有接触式保护装置，光电式保护装置。

1.3.4.2 曳引系统与重量平衡系统
曳引系统的作用是输出传递动力，从而使电梯完成向上或向下的运动。

其主要组成部件有：曳引机、曳引绳、导向轮等。

曳引机是电梯的主要能源装置和拖动机械，它驱动电梯的轿厢和对重装置作上、下运动。

重量平衡系统包括对重、补偿装置、补偿绳、补偿缆等。

对重用钢丝绳通过曳引轮、导向轮与轿厢相连，在电梯运行中，起到平衡轿厢及电梯负载重量，并大大减少曳引电机拖动轿厢的功率消耗的作用。

对重的重量值，必须严格按照电梯额定载重量的要求配置。

对重的重量P(kg)一般满足
P=轿厢自重G+平衡系数K×额定载重Q
其中，K取0.47较为合适。

这样可使电梯接近最佳工作状态，此时对重侧重量基本等于轿厢侧的重量，电梯只需克服摩擦力便可运行。

当电梯曳引高度超过15m时，钢丝绳的重量不能忽略。

此时曳引轮两边的重量不断变化，将影响电梯运行的稳定性及平衡状态，所以需要增加补偿绳索。

图2-18
图2-18中，由于考虑到土建布局中轿厢与配重之间有一定距离，故增设了导向轮。

Array图2-19曳引轮驱动方案简图
1.3.4.3轿厢系统
轿厢是电梯用以承载和运送人员和物资的箱形空间。

由轿厢体、轿厢架和有
关装置组成。

轿厢架由上梁、下梁和立梁组成。

主要作用是固定和悬吊轿厢，是轿厢的主要承载构件。

为了增强轿厢的刚度，并防止由于轿厢内载荷偏心造成轿厢倾斜，电梯在轿架上设置有拉条，拉条一端固定在立梁上，另一端对称分布在下梁上。

对于轿厢大的电梯，还可在轿厢一侧立梁两边各设置两根拉条，此时两根拉条预紧力必须合适。

设置良好的拉条，可以分担轿厢底板近一半的载荷。

图2-20
电梯的轿厢体一般由轿底、轿顶、轿壁和轿门组成。

GB7588-2003规定，轿厢内部净高度不应小于2 m ，并详细规定了轿厢的有效面积、额定载重量和乘客人数。

轿底是轿厢支撑负荷的组件，并且应安装轿厢称重装置，当轿厢载荷超重时，电梯不能起动，并发出报警声。

轿顶上通常设有检修用的操纵及照明设备，还有安全窗，以便在发生故障时，检修人员能上到桥厢顶检修井道内的设备，或乘梯人员通过安全窗撤离轿厢。

轿顶也设有防护栏，以确保电梯维修人员的安全。

轿厢顶和轿厢底有轿厢壁相连，轿厢壁应有一定的强度。

为此，在轿厢壁板的背面有薄板压成槽钢状的加强筋，以提高它的机械强度。

1.3.4.4导向系统
导轨、导轨架和导靴是导向系统的主要组成部分。

导向系统的作用，在于能够让轿厢在井道中按照正确的路线运行，避免过多的振动。

出现紧急情况时，
可
以让轿厢卡死在导轨上防止坠落。

导轨能控制电梯的升降方向，限制轿厢和对重在水平方面的移动，使得轿厢与对重在井道中处于合理的位置，避免发生倾斜。

电梯井道中共有4根导轨，2根为对重架导向，2根为轿厢导向。

导靴设在轿厢和对重装置上，利用导学内的滚轮在导轨面上滚动，使得轿厢和对重沿导轨上下运动。

图2-21
1.3.4.5保护装置
电梯作为垂直交通工具，安全必须绝对保证。

一般电梯结构设计中的保护装置包括限速器、安全钳和缓冲器。

限速器能够反映轿厢或对重的实际运行速度，当电梯的运行速度超过设定的极限值时，限速器停止运转，并借助绳轮中的摩擦力或夹绳机构提拉起安装在轿厢梁上的连杆机构，通过机械动作发出信号，切断控制电路，同时迫使安全钳动作，从而使轿厢强行制停在导轨上。

只要安全钳没有恢复到正常状态，电梯就不能使用。

因此限速器是在电梯超速时，起检测及操纵的作用。

缓冲器是电梯极限位置的最后一道安全装置。

当所有保护措施失效时，带有较大的速度与能量的轿厢便会冲向底层或顶层。

而设置缓冲器的目的，就是吸收、消耗轿厢能量。

一般在对重侧和轿厢侧都分别设有缓冲器。

缓冲器的类型有弹簧
型和液压型。

由于弹簧缓冲器受到撞击后需要释放弹性变形能，产生反弹，造成缓冲不稳，因此一般只用于额定速度1 m/s 以上的低速梯。

液压缓冲器，是以消耗能量的方式缓冲的，因此没有回弹现象，缓冲过程相对平稳，噪声又小，因此在快速和高速电梯中被普遍使用。

电梯整体基本结构图如下：
图2-22
1.3.5爬楼轮椅
爬楼轮椅按照执行机构的类型, 主要可分为轮组式、履带式和步行式
（也称
多足式、腿式）三类。

按照运动方式，还可分为连续型爬楼轮椅和间歇型爬楼轮椅。

其中，连续型轮椅包括轮组式、履带式机构，其设计相对成熟，工作效率高，爬楼速度相对较快。

1.3.5.1 轮组式爬楼轮椅
轮组式爬楼轮椅直接利用车轮或类轮转动达到爬坡目的，通过轮组的翻转来达到上下楼梯的目的。

轮组式的特点是每个轮组依照星形轮的方式进行运动，一般有平地行驶和跨越台阶两种工作模式。

平地行驶时，每个小轮绕各自的轴线自转，着地的小轮带动轮椅快速运动；爬楼梯时，各小轮一起绕中心轴公转，翻跨上台阶，速度较慢。

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图2-23
轮组式爬楼装置对环境的适应性主要取决于轮子大小和数量。

按每个轮组中使用小轮的个数，轮组式爬楼轮椅可分为双轮组式、三轮组式和多轮组式。

美国著名发明家Dean Kamen制造了一种能自动调节重心的两轮组式轮椅iBot（专利号：US6443250B1）。

这套装置共有6个轮子，前面有一对实心脚轮，
14图2-23源自http://www /Products/7001693.aspx
后面有两对行星结构的充气轮胎，通过两后轮交替翻转可以上下楼梯。

iBot 几乎能适用于所有的楼梯，此外它也能在沙滩、斜坡和崎岖的路面上行驶，而且后轮可以直立行走，为使用者提供了更多方便之处，即帮助他们能达到正常人的高度。

iBot 最大的优势来自于能够感知人―轮椅重心位置的陀螺仪。

控制器根据陀螺仪的信号来调整装置重心的位置，使轮椅能够在不同路面和直立状态下保持平衡。

经过数十年的研究开发，它己经由iBot3000发展到了iBot400O 。

图2-24 iBot4000新式轮椅
图2-25iBot 上楼过程的运动情况
我国在上世纪八十年代对轮组式爬楼装置已有研究。

1987
年专利号为
86210653的国家专利中介绍了一种平地、楼梯运行的多用轮椅，前滚轮和后滚轮都用多个星形轮组成，除自转外还绕滚轮轴公转而实现上下楼。

内蒙古民族大学物理与机电学院的苏和平等人借鉴iBot 的爬楼方式，采用星形轮系作为爬楼梯机构，设计了一种双联星形机构电动爬楼梯轮椅。

该轮椅爬楼时需要人工辅助或者楼梯扶手的辅助支撑，以调整重心的位置，安全爬楼。

下图为美国的一项专利（专利号：US6484829B1）。

从其示意图中可以清楚地看到三轮组式爬楼轮椅的基本结构。

图2-26
图2-27
Baronmead 在英国制造的Stairmatic 是自1984年以来久经考验的爬楼机构，如下图。