智能轮椅开题报告材料

毕业设计

开题报告

课题名称智能轮椅的设计（机械部分）

院系机电与自动化学院

专业班机电1201

姓名胡天华

评分

指导教师奕

武昌首义学院

武昌首义学院本科生毕业设计开题报告

比。

随着人工智能，模式识别，图像处理，计算机技术和传感器技术的发展，智能轮椅的功能将更为完善丰富，也将真正进入老年人和残疾人的生活。

综上所述，国外在爬楼梯装置方面的研究已经有一百多年的历史了，研究出来的种类多，有一些已经可以实现市场化，取得了很大的成果。但是，他们研究出来的产品大多是结构复杂，价格昂贵，有许多产品价格在十几万以上，这对于中国的普通老百姓来说可望而不可及。国的研究相对来说比较晚，虽然也诞生了很多专利，但由于受到体积，重量，稳定性及安全性的限制，还没有产品真正的投入使用。从国外爬楼梯装置的特点可以看出，爬楼梯轮椅装置发展至今除了轨道式爬楼梯装之外，大多数爬楼梯轮椅装置的自主性都不高，仍然需要在旁人的协助下实现上下楼运动。而且存在许多问题值得深入研究。由此可见，为了解决轮椅使用受限的难题，同时还要考虑我国的国情，考虑到使用者的经济承受能力，研究一种价格低廉，功能多样的爬楼轮椅势在必行。

目前，市场上爬楼梯轮椅多种多样，种类繁多。但是比较优秀，实用，价格低廉的爬楼梯轮椅少之又少。目前，最为先进的爬楼轮椅为美国的iBOT。由美国著名发明家迪恩·卡门发明的爬山轮椅iBOT3000独立机动系统（以下简称iBOT）是目前为止世

图1美国 iBOT

界上最为先进的具有上下楼梯功能的全自动轮椅。其外形如图1.1所示。

从外表看上去，iBOT与普通轮椅不大一样；它有6个轮子，前面一对为直径10厘米的实心脚轮，后面两对为直径30厘米的充气轮胎。iBOT通过复杂的陀螺仪系统保

4.设计方案

1.1星轮式

星轮式爬楼轮椅的爬楼机构由均匀分布在“Y”型、“五星”或“+”字形系杆上的若干个小轮构成。各个小轮既可以绕各自的轴线自转，又可以随着系杆一起绕中心轴公转。在平地行走时，各小轮自转，而爬楼梯时，各小轮一起公转，从而实现爬楼梯的功能。目前星型轮机构爬楼轮椅不论是Y型、十字型还是五星型，由于其星轮轮距和深度固定，而楼梯台阶的高、宽尺寸不一，在爬行中容易出现错位打滑现象，存在的安全隐患。国星型轮爬楼机由于没有防滑制动功能，在上下楼时需要人力牵引以防止其往下滑行，对于自重近50公斤的轮椅加人体重量，一旦出现打滑将难以控制。因此，星型轮机构爬楼机的安全性还有待提高，但由于其结构简单和造价低廉，在经济不宽裕的家庭仍有一定的市场。

国外发明了多种星型轮式爬楼轮椅，大多数都采用两组由3个、4个或者5个小轮组成的星型轮，星轮式爬楼轮椅由于安全性不高以及体积较大，且难以在所有住宅楼梯上使用（对台阶宽高尺寸有限制），因此难以普及。这也是星型轮式爬楼梯轮椅尽管发明专利很多，真正实施和推广的却很少的主要原因。

图 2 典型行星轮轮椅爬梯机

构

1.2履带式

带型机构的爬楼梯轮椅采用比星型轮机构更为连续的行走方式，当履带每离开上一台阶或行进到下一台阶时会出现因重心偏离而前后倾侧。履带式爬楼轮椅不适合在楼梯阶沿太光滑及斜度大于30－35度的环境使用。且履带磨损较大以至后期维修成本高。采用进口高质量履带尽管耐磨损性能会得到改善，但会对楼梯阶沿造成损伤。履带式爬楼轮椅平地行走时阻力较大，转角处拐弯不灵活。对此，国外提出过各种各样的改进机构，但目前仍不是很理想。

图3 履带式爬梯轮椅机构

为克服这一缺点，国外提出过各种各样的改进机构，图1.4就是一种改进的轮-履带混合机构的爬楼梯轮椅，它在平地行走时利用轮式机构，爬楼梯时放下履带机构进行工作。

图4 改良轮-履带混合机构爬梯轮椅

图1.5 典型间歇式的爬梯轮椅 1.3步进支撑式

步进支撑式爬楼轮椅在国外已有近百年历史，经不断演变和改良，现已是所有形式爬楼轮椅中安全性较高也是传动机构比较复杂的一种。其原理是模仿人体爬楼动作，由两套支承装置交替支承，以实现上下楼梯的功能。由于步进支撑式爬楼轮椅的安全性相比其它类型的要高，在国外发达国家已被广泛使用。但因其传动机构复杂，我国目前还不掌握这种技术。如图1.5就是一种典型的间歇式的爬梯轮椅爬行机构原理，这种轮椅的四个轮子由蜗杆和车身相连。平地行驶的时候也，四跟蜗杆伸出的长度相 同，保证车辆平稳行走，当轮椅需要上下台阶的时候，首先通过蜗杆2的上升，抬起其所连的轮子，前移至台阶上，再将蜗杆2抬起，移至台阶上，整个动作都模仿人上楼梯的动作，运动相对比较平稳，但是对控制的要求比较高，操作比较复杂。尤其是步进支撑式爬楼轮椅的智能化安全报警和阶沿防滑制动技术还不被国相关生产厂商所掌握。由于步进支撑式爬楼轮椅的传动机构复杂而又高度集成的模块化结构，加之大量高硬度轻质材料的使用导致造价高昂。尽管如此，政府和残疾人家属出于对残疾人和老年人上下楼安全的绝对保障需要，还是会优先考虑更加安全的而非更廉价的爬楼轮椅。相信随着步进支撑式爬楼轮椅高度的可靠性和安全性体现，将会逐渐成为未来主流的爬楼轮椅服务于更多的残疾人和老年人群体。

图5 典型间歇式的爬梯轮椅

图6 行星轮椅模型爬梯过程图7 行星轮爬梯步骤示意图

（此表由学生填写，指导教师、答辩小组、教研室、院系签署意见）