创新型多功能轮椅设计

创新型多功能轮椅设计

发表时间：2017-12-13T09:18:01.220Z 来源：《科技中国》2017年8期作者：段昌才江姗胡斌严晓平[导读] 摘要：轮椅在残疾人生活中起着重要作用，通过调查轮椅在残疾人生活中的应用，发现轮椅本身的设计还可以进一步改进以方便残疾人的生活。基于此本文提出了一种半自动多功能轮椅的设计，首先设计轮椅外形结构关键词：轮椅，机构，更便捷轮椅作为残疾人生活中的一个重要的装备，本身需要给残疾人带来方便。现在许多轮椅都存在着在较窄的地方转弯不方便的问题（如在比较窄的地方不能实现大角度转弯），同时许多手动轮椅都是用手直接去驱动轮子，这样手很容易被弄脏。按照这些思路，本设计提出了集驱动、任意角度旋转、站立、躺下为一体的轮椅，此轮椅能够让残疾人更方便地使用轮椅，对于喜欢游玩的残疾人来说此轮椅可以为

残疾人提供更方便的出行，在外出时遇见道路问题时可以更方便的解决，同时可以根据用户的想法实现站立和躺下的功能，这样可以给残疾人更多自由的空间，并且此轮椅不需要别人的帮助就能完成很多功能，使得残疾人出行更加独立。

一、多功能轮椅的工作原理本设计包括驱动系统:通过摆杆带动遥杆旋转从而带动齿轮，再通过齿轮带动链条最后带动主动轮转动；站立系统：当用户想要站立的时候，可以通过扶手上的控制器，控制前后推杆实现站立效果；助躺系统：通过控制器控制前方的推杆以及椅子靠背上的电机实现椅子的躺下；刹车系统：用户通过将左手方摆杆向下压去带动钢丝最后带动装在主动轮上的刹车片启动刹车，实现在必要的时候减速；方向控制系统：通过用手捏合手柄前方的摆杆带动摆杆上的钢丝，钢丝带动前方的小轮从而实现转弯；定轴旋转系统：通过用户右手方的摇杆摇动带动竖直的传动齿轮,传动齿轮与地板齿轮相互啮合，从而实现定轴转动。下图为轮椅的实物模型。

二．多功能轮椅的装备设计 2.1整体设计

轮椅本身需要给用户带来安全感及舒适感，因此针对于外形，本设计采用四个万向轮加上中心一个主动轮，另外前方加一个转向轮的方式构成机架，这种结构使得整体结构稳定，而且外观上具有安全感，同时在万向轮以及主动轮上方装有减震弹簧，使得在崎岖的路上行驶较平稳，有效地减小了振动。再者，在轮椅上装有刹车系统，通过椅子后面的把手和座位左方摆杆均可启动刹车。整体上结构分布均匀，重心处于中心且较低的位置，总体轮椅处于稳定状态。

2.2驱动系统结构设计本系统设计主要采用一对对心摆动导杆机构，此机构有以下特点：a.不存在死点b.传动比较平稳c.在驱动的时候使手的位置处于比轮子高的位置，并且在驱动的时候双手处于交叉来回的状态，这样使得在驱动的时候手不会感到累。同时驱动系统采用链条传动，这使得整体协调平稳。

2.3站立及助躺系统的设计此系统针对于一些下肢并非完全无力且上肢有力的残疾人，当残疾人外出想要站立或者躺下时，这两系统便有了作用：由于站立时需要较大的力，所以本设计采用后置的两个推杆，推杆一端固定在底座，一端固定在固定机架上，对于前方放脚处仍装有同样的推杆，在椅子的后面具有蜗杆蜗轮机构，这些装置都装有对应的控制器，由于站立时主动轮不能随椅子一起移动，因此此处设计为主动轮上方与椅子坐垫处可以分开；当需要站立时，控制这三个装置协调（前方推杆向下降，后方推杆向上升，椅子靠背向转）从而实现站立；躺下时可以通过类似的方式来实现，同时在躺下时应该把靠背上可旋转撑杆旋转支撑到底座上以增强轮椅的稳定性，防止出现倾倒现象，在椅子躺下时可以将椅子靠背后方的可旋转板转出来，此板可以支撑用户的手，使手更加放松。

2.4旋转系统设计

由于现有的大部分轮椅不能在较窄的地方实现转弯，使得轮椅在较窄的地方使用很不方便，因此针对此种现象设计了此种能定轴任意角度旋转的机构，此机构由一个摇杆，一个传动齿轮，机架上自带的固定内齿轮这几个主要机构构成，同时两个机架盘上存在环形导轨，导轨上存在四个钢球，钢球连接了上下机体（上下机体正好在两个机架盘出分开），当旋转时，钢球在导轨上滑动从而实现上下机体相对运动。同时为了配合旋转，在旋转时通过座位左方的摇杆可以将主动轮提升上去（与主动轮同轴线的有主动轮，弹簧，与座垫相连的空心轴），防止旋转时主动轮与地面形成摩擦。在旋转时应该先提升主动轮，摇动座位右方的摇杆，带动齿轮旋转从而实现定轴转动。

三、主要机构材料选择

本着重量要轻且节约材料并且装备要稳定的原则，建议此轮椅主要结构材料选择如下：普通支架（包括轮椅上的杆件，万向轮上的柱等等）：铝合金

机架盘：用环形钢槽嵌入特殊塑料制成

椅子本身：特殊塑料

其他材料根据实际标准选择。

结束语：

本设计利用CATIA为基础进行设计，通过标准的建模方式以及机构分析和实时的运动仿真，设计出了这种多功能轮椅。通过分析，此轮椅具有实际的使用价值，能够为残疾人提供更方便的出行方式。

参考文献：

[1].孙桓，陈作模.机械原理[M].八版.北京：高等教育出版社，2013.

[2]吕仲文.机械创新设计[M].北京：机械工业出版社，2004.

[3]余跃庆.现代机械动力学[M].北京：北京工业大学出版社，2001.