残疾人轮椅的设计

摘要

轮椅是年老体弱者以及下肢伤残者必不可少的代步工具，但障碍物却使轮椅受到很大限制。现代由于采用了传统的轮式结构，只能够在平地上行走，面对台阶、楼梯这样比较复杂的地形却显得无能为力。高通过性轮椅设计是采用轮腿式机器人结构，正常行驶时轮式工作，采用四轮驱动；遇到障碍时腿式工作，从而适应大多数地形；车身则采用自动导轨式调平结构，该结构简单，调节方便。本次设计的主要工作包括：确定轮椅的工作方式以及工作结构形式、主体尺寸，并确定各主要零、部件的结构尺寸及其选型。

关键词：轮椅高通过性轮腿式机器人

Abstract

Wheelchairs are frail elderly and the disabled limb indispensable means of transport,but the obstacles while filling the wheelchair is very restricted.As with a traditional modern wheeled structure,can only walk on flat ground, facing steps, stairs, but this is more complex terrain powerless.High-pass design is the use of a wheelchair wheel legged robot structure,normal driving wheel work, the use of four-wheel drive;encounter obstacles leg work to accommodate most of the terrain; body is leveling automatic slide-type structure,the structure is simple,easy to adjust. The design of the main tasks include: determining wheelchair work and the working structure,body size,and identify the major components and parts of the structure size and selection.

Keywords: wheelchair high adoption round legged robot

目录

1 绪论 (1)

1．1 研究目的 (1)

1．2 国内外发展现状 (1)

2 方案选择 (2)

2．1 常见方案 (2)

2.1.1 轮组式 (2)

2.1.2 履带式 (2)

2.1.3 腿式 (3)

2.1.4复合式 (3)

2．2 方案分析 (4)

2.2.1 目前研究中所存在的问题 (4)

2.2.2 方案选择 (4)

2.3 具体方案 (5)

2.3.1 总体方案 (5)

2.3.2 结构分析 (5)

2.3.3转向机构 (6)

2.3.4 越障功能 (6)

2.3.5 移动方式 (8)

3 结构设计 (9)

3.1 主要参数设计 (9)

3.2 电机选择 (9)

3.2.1 选择电动机的类型和结构形式 (9)

3.2.2 行走机构电机选择计算 (12)

3.2.3 行走机构电机功率的计算 (12)

3.3 驱动轮系统设计 (12)

3.3.1 总体结构 (12)

3.3.2 驱动轮的结构设计 (12)

3.3.3套筒(轮轴)的结构设计 (13)

3.4 轴设计与校核 (14)

3.4.1 总体设计 (14)

3.4.2 轴的结构设计 (14)

3.4.3 轴的校核 (14)

3.5 V带设计 (15)

3.5.1确定计算功率 (15)

3.5.2 选择V带类型 (15)

3.5.3确定带轮的基准直径并验算带速 (15)

3.5.4验算带速v (15)

3.5.5确定V带的中心距a和基准长度 (15)

3.5.6验算小带轮上的包角 (16)

3.5.7 计算带的根数 (16)

3.5.8 计算单根V带的初拉力的最小值 (16)

3.5.9 计算压轴力 (17)

3.5.10 带轮的结构设计 (17)

3.6 车轮半径尺寸研究 (17)

结论 (19)

参考文献 (20)

致谢 (21)

1 绪论

1．1 研究目的

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，轮椅使用者的活动范围逐步加大。但障碍物却使轮椅受到很大限制，因此研发价格低廉、简单易用的可翻越障碍物的轮椅是康复工程工作者面临的一项比较紧迫的任务。现代由于采用了传统的轮式结构，只能够在平地上行走，面对台阶、楼梯这样比较复杂的地形却显得无能为力。解决这一问题的最好方法就是改进残疾人使用的行走设备，也就是说通过改进残疾人轮椅的机械结构，使其能够适应日常生活中所碰到大多数的地形。

本次设计的题目高通过性轮椅设计，其主要原理在于四个轮子在正常运动中四轮驱动行走；而在遇到障碍的时候可以像腿一样的行走，以通过障碍物；而在车身则采用滑轨式自动调平结构。

1．2 国内外发展现状

国外对爬楼梯装置的研究开始得相对较早，最早的专利是1892年美国的Bray 发明的爬楼梯轮椅。此后，各国纷纷开始投入此项研究，其中美国、英国、德国和日本占主导地位，技术相对比较成熟，且有一些产品已经投入市场使用。我国对此类装置的研究虽然起步较晚，但近年来也涌现了很多这方面的专利，然而投入实际使用的还很少。

日本千叶工业大学开发出了一款全新的轮椅，这个轮椅的独特之处就是能够轻易地在不公正的地面上使用。这款轮椅配有一排感应器来探测障碍和地面变化，并能够自动进行调整。借助于四轮驱动和五轴的结构设计，该款智能机器人轮椅能够完成多种难度动作。

平常，它像普通的轮椅一样通过滚动前行，但是如果碰到台阶或者沟道的话，它的轮子就可以变得像腿一样通过障碍。使用者需要做的仅仅是通过操纵杆告诉它往什么方向移动，这个智能机器人轮椅会自动评估周围的地形然后做出正确动作。当然如果路面不平的话，它会自动控制座椅确保它保持水平。