隨著科技不斷進(jìn)步和發(fā)展,電動(dòng)輪椅已經(jīng)逐漸成為老年人及殘疾人主要的代步工具。然而,由于人民生活水平的不斷提高,對(duì)于生活質(zhì)量也提出了更高的要求,市面上的普通電動(dòng)輪椅已經(jīng)無(wú)法滿足人們出行要求,于是爬樓輪椅應(yīng)運(yùn)而生。爬樓輪椅不僅可以如普通輪椅一樣在平地上行駛,還可以完成爬樓梯、越障、跨溝等動(dòng)作,擴(kuò)大了殘疾人及老年人的活動(dòng)范圍。由于市場(chǎng)上現(xiàn)有的爬樓輪椅價(jià)格過(guò)高,本課題設(shè)計(jì)一款結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有爬樓輪椅不同的輪腿混合式爬樓輪椅。本文主要研究?jī)?nèi)容是對(duì)輪椅后腿進(jìn)行受力分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)。文中首先介紹了功能方法樹(shù)設(shè)計(jì)方法與通口本體設(shè)計(jì)理論,利用以上兩種理論對(duì)后腿的輔助裝置進(jìn)行概念設(shè)計(jì),產(chǎn)生多個(gè)設(shè)計(jì)方案,并通過(guò)效用價(jià)值分析法對(duì)比較合理的方案進(jìn)行評(píng)價(jià)和分析,從而得到最佳的設(shè)計(jì)方案。然后借助UG軟件強(qiáng)大的虛擬建模和裝配功能,采用混合式裝配設(shè)計(jì)方法對(duì)浮動(dòng)輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行零件設(shè)計(jì)和裝配。最后利用MATLAB對(duì)浮動(dòng)輪輔助下的輪椅上下臺(tái)階的路徑進(jìn)行仿真。其次,分析輪椅后腿的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),把后腿的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分為空載狀態(tài)和工作狀態(tài)。根據(jù)達(dá)朗貝爾原理,利用動(dòng)靜法分別對(duì)爬樓輪椅后腿的兩種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行受力分析,通過(guò)仿真了解各個(gè)運(yùn)動(dòng)副受力的變化規(guī)律,確... 

【文章來(lái)源】：河北工業(yè)大學(xué)天津市 211工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：79 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

履帶式爬樓輪椅

很好的解決了輪椅在平地與臺(tái)階之間切換時(shí)傾角過(guò)大的問(wèn)題。履帶式爬樓梯輪椅的傳動(dòng)效率高，重心波動(dòng)小，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)但不夠靈活，而且結(jié)構(gòu)較其他形式爬樓輪椅復(fù)雜且維修困難，履帶在爬樓過(guò)程中對(duì)臺(tái)階有一定的損傷，這限制了其自身的推廣應(yīng)用。我國(guó)近些年對(duì)爬樓輪椅的研究也有許多成果，在鹿鋒華的碩士論文中就設(shè)計(jì)了一款雙軌道位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，通過(guò)輪子在滑道里滑動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)輪椅位姿[6]。熊坤設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)調(diào)節(jié)位姿機(jī)構(gòu)，其主要結(jié)構(gòu)有扶手下的導(dǎo)軌、滑塊、帶有凹槽的槽輪等。通過(guò)滑塊的滑動(dòng)及卡位來(lái)進(jìn)行鎖死[7]。該結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單可靠，但是調(diào)節(jié)精度較低。除了履帶結(jié)構(gòu)以外，輪式結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)也屬于連續(xù)型。行星輪亦稱輪組，輪組式爬樓輪椅的結(jié)構(gòu)與普通輪椅相似，簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)使輪組式輪椅被廣泛應(yīng)用[8-10]。輪組式輪椅行星輪的個(gè)數(shù)一般為 2-4 個(gè)，如下圖 1.2 所示，通常按照行星輪的個(gè)數(shù)分為兩輪組式、三輪組式、四輪組式。輪組式輪椅的主流結(jié)構(gòu)是采用行星輪，通過(guò)連桿的擺動(dòng)以及輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行上下樓梯。雖然行星輪具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，操作靈活等特點(diǎn)，但是這種結(jié)構(gòu)也存在很大的缺陷，在上下樓梯時(shí)，由于重心和速度變化快，輪椅的穩(wěn)定性變差，在連桿轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，輪子應(yīng)該能夠自鎖和防滑，否則輪椅的安全性會(huì)大大下降。

李超等人設(shè)計(jì)的輪組式爬樓輪椅采用滑道位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，輪椅前后都是三輪組式行輪結(jié)構(gòu)[14]。劉學(xué)明設(shè)計(jì)了一款主要由重心輪、曲臂推桿、連接線、支撐軸等組成的心輪輪椅水平調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)[15]。在輪椅上下樓梯時(shí)，重心輪調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)通過(guò)移動(dòng)曲柄推桿座椅前部或后部抬高來(lái)調(diào)節(jié)，使輪椅重心始終保持垂直向下。該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操容易，不依靠外力通過(guò)自身的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)座椅平衡，但由于關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)強(qiáng)度和剛度求高，可靠性較低，使其很難推廣應(yīng)用。1.2.2 間歇型爬樓輪椅腿足式機(jī)構(gòu)是模仿人類雙腿設(shè)計(jì)而成，屬于典型的間歇型結(jié)構(gòu)，它具有至少兩支撐系統(tǒng)，通過(guò)不同支撐系統(tǒng)之間的間歇式交替支撐重心來(lái)實(shí)現(xiàn)位移。早期爬樓輪多采用這種仿生學(xué)設(shè)計(jì)，比如歷史上第一臺(tái)爬樓機(jī)器人“WL-16RIII”，它是由日本大學(xué)和企業(yè)聯(lián)合研發(fā)的雙腿行走機(jī)器人，如下圖 1.3(a)所示。在腿足式爬樓輪椅方面我國(guó)的姜曉東等人設(shè)計(jì)了一款電動(dòng)步行式無(wú)障礙輪椅[16]，其工作原理與大多腿足式器人相似。


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