国内爬楼轮椅车的设计研究现状及发展趋势

收稿日期：2019-06-25 第一作者简介：张富强（1999—），男，西安科技大学本科在读， 研究方向为机械工程。
如下页图 4 所示，自驾式爬楼轮椅可以由使用 者自行操作，并独自完成爬楼梯和平地电动代步功 能。这种爬楼轮椅使用便利，但在实际使用中也存在
2019 年第 8 期
张富强，张 宇：国内爬楼轮椅车的设计研究现状及发展趋势
随着传感器技术和人工智能技术的发展，爬楼 梯轮椅的人机一体化程度、智能化程度不断提高。相 信今后爬楼梯轮椅可以真正地成为老年人和残疾人 士生活的一部分，融入其生活，改善其生活质量，为 其行动提供便利。
（编辑：王红霖）
Overview of the Design and Research Status of Building Climbing Wheelchairs in China
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许多问题，例如：体积过大，不合适狭窄楼道的拐弯； 出于安全考量，仅适合比较平坦的楼道；操作复杂， 对使用者有很高的身体协调性和技能要求。
图 4 自驾式爬楼轮椅
2 现有可上下轮椅车的性能对比 通过对比上述四类主流的爬楼轮椅车，可以得
到这四类轮椅车的性能特点，如表 1 所示：
表 1 不同结构爬楼梯轮椅对比
2）降低价格。在现阶段爬楼梯轮椅的价格仍是 影响其推广的一个重要因素，爬楼梯轮椅在设计的 过程中应使用模块化设计的思想，在满足不同需求 的客户的同时尽可能地降低生产制造成本，缩短产 品研发设计周期，提高其产品性价比。
3）完善可靠性。作为一种辅助工具，爬楼梯轮椅 主要面向的人群是老年人和残疾人士，要考虑其实 际的应用情况，设计应以安全性、稳定性为主要考 量。在运动过程中应保证轮椅重心波动小，并且加入 安全保障措施。 4 结语
张富强， 张 宇
（西安科技大学， 陕西 西安 710600）
摘 要：对国内四类轮椅车的设计研究现状进行了分析，通过对比其性能特点和不足，对爬楼轮椅车的改进方
向和发展趋势进行了展望。
关键词：爬楼轮椅车；辅助工具；发展现状
中图分类号：TH789
文献标识码：A
文章编号：2095-0748（2019）08-0038-02
图 3 步进支撑式爬楼轮椅
图 2 履带式爬楼轮椅
如图 3 所示，步进支撑式爬楼轮椅采用仿生学 原理，模仿人体爬楼动作，结构复杂，有两套支承装 置，采用交替支承形式，实现爬楼梯的功能。核心的 安全设计在于它的倾斜角预警功能和阶沿自锁设 计。在安全性能方面，步进支撑式爬楼轮椅优于其他 类型，所以在国外发达国家使用较广。但其机械结构 复杂，所用材料成本昂贵，在国内份额市场较小。
总第 182 期 2019 年第8 期
工业设计
现代工业经济和信息化 Modern Industrial Economy and Informationization
Total of 182 No.8，2019
DOI:10.16525/ki.14-1362/n.2019.08.15
国内爬楼轮椅车的设计研究现状及发展趋势
梯上使用；履带式爬楼轮椅平地行走时阻力较大， 拐 弯 不 灵 活 ；步 进 支 撑 式 爬 楼 轮 椅 结 构 复 杂 ，成 本 较 高 ；自 驾 式 爬 楼 轮 椅 操 作 复 杂 ，对 使 用 者 有 较 高 要求。 3 发展趋势
1）减轻质量。现有的爬楼梯轮椅一般材料采用 钢材为主体，动力系统采用电机，整体质量大会对 轮椅的可持续使用时间造成严重影响。应用轻质材 料、降低结构复杂程度、减轻质量可以相应地提高 轮椅的持续使用时间，同时也可以降低轮椅的使用 难度。
如图 2 所示，履带型式爬楼轮椅采用的是一种 连续的行走方式，但此类轮椅较容易出现后倾现象。 履带式爬楼轮椅不适合运用于楼梯表面光滑或倾斜 度大于 45°的场所。
目前，由于履带式电动爬楼轮椅着地性好、不打 滑、耐磨损、平稳，因此成为爬楼轮椅的主流。履带式 电动爬楼轮椅是在电动轮椅基础上加装履带装置， 一机两用，既可以爬楼梯，还可以平地驾驶行走。履 带式电动爬楼轮椅最大坡度为 45°。由于采用履带 传动，履带和楼梯之间的摩擦力较大，磨损严重时会 导致后期维修费用较高。其平地行走时，地面对轮椅 的阻力较大，转角处拐弯困难。
Zhang Fuqiang, Zhang Yu （Xi'an University of Science and Technology, Xi'an Shaanxi 710600）
Abstract: In this paper, the research status of four kinds of wheelchair vehicles in China is analyzed, by comparing their performance characteristics and shortcomings, the improvement direction and development trend of building climbing wheelchair vehicles are studied. Key words: climbing wheelchair; auxiliary tools; development status
1 国内爬楼轮椅车的设计研究现状
图 1 行星轮式爬楼轮椅
如图 1 所示，行星轮式爬楼轮椅的机械结构由 两组均匀分布的行星轮构成，每个小轮可以自转，也 可以共同绕中心轴公转。当平地行走时，每个小轮自 转；当爬楼梯时，所有小轮绕着中心轴公转，做行星 运动，实现爬楼梯的功能。目前行星轮式爬楼轮椅由 于各行星轮之间的轮距和深度不变，而不同楼梯的 台阶高度、宽度尺寸不一，在爬楼梯过程中容易错位、 打滑，存在安全隐患。国内市场上有多种行星型轮式 爬楼轮椅，但此类轮椅的安全性不高，体积较大，且 不能在所有的住宅楼梯上使用，普及较为困难。
安全性能耐磨损能力楼梯斜度要求自重工作噪音舒适性
行星轮式 中
中
无要求 重 中
低
履带式
低
弱
小于 高
强
无要求 轻 小
中
自驾式
低
弱
小于 45° 重 中
高
经过对比，可以发现，行星轮式爬楼轮椅结构简 单、方便轻巧，履带式爬楼轮椅则在爬楼梯的平稳 性与安全性方面具有较大的优势，这两种轮椅都占 据了一定的市场。而步进式爬楼轮椅结构设计和控 制部分较复杂，成本较高，还没有在市场中广泛普 及。同时这四种爬楼轮椅也都存在着一些不足：行星 轮式爬楼轮椅，体积较大，难以在不同尺寸的住宅楼