轮腿式轮椅爬楼机构设计及仿真
医护轮椅爬楼梯轨道技术的图形仿真与教学探讨
医护轮椅爬楼梯轨道技术的图形仿真与教学探讨摘要：图形仿真与教学探讨有着一定的关联。
一方面，对医护轮椅爬楼梯的轨道技术，进行图形仿真设计的分析，说明该技术容易投入生产，以及产品走向市场，对现实医护轮椅爬楼梯所遇到的问题，得到实际性的解决；另一方面，该图形仿真设计的分析，对大学里医疗设备研究和开发的教学，起着探讨的作用。
关键词：医护轮椅轨道技术图形仿真设计教学探讨中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1674-098X （2015）12（a）-0237-03目前，在中小城市里，楼层不高，只能依靠步行楼梯爬到相应楼层的现象，还是比较多的，于是医院在急救走路不便的病人时，为了克服步行楼梯带来的问题而用了一些办法，有的用两人抬担架的办法，有的用两人抬轮椅进行摸索爬楼梯的办法……但是效果都不理想，比如：受力过重的人会难以支撑的问题，效率低下的问题，容易造成病人激烈震动的问题，都有待解决。
该次图形仿真也就是医护轮椅爬楼梯的轨道技术，就是一个较好地解决方案，并且它在医疗设备的教学上，具有一定探讨性的价值。
1 相关仿真图图1～图4都是用Pro ENGINEER按照1∶1进行实物仿真设计。
图1主要是说明该技术进行实物生产和投入市场后，在现实中使用的效果及相关细节，当然，如果人坐在医护轮椅上，是要加上安全防护套；图2主要是反映轮子在行驶过程中，受到鼓式刹车装置与弹柱锁的控制作用；图3主要是介绍弹柱锁运动的原理以及具有拆解维护性的作用；图4主要是介绍手把运动的原理，以及通过钢丝绳对鼓式刹车装置和弹柱锁的控制[1]。
2 医护轮椅依靠轨道爬楼梯的整体分析如图1和图2所示，楼梯上架着的双轨道，除了自身受到楼梯接触部分的支撑，还以4根大螺柱垂直于双轨道的方向，通过内置螺纹的空心柱旋转定位，进行辅助性地支撑，再加上双轨道1和双轨道2可以进行灵活伸缩固定配合，如图1的截面细节，以致双轨道能够寻找楼梯更好地支撑点，在面对凹凸不平的斜面楼梯时，就有效地解决双轨道受到的支撑力不均匀，容易滑动的现象；双轨道的两侧都有与轮胎接触的平面和与齿轮配合接触的直齿条，医护轮椅前部分的两小轮，只有轮胎与双轨道的轮胎接触面接触，而后部分的两大轮，除了有轮胎与双轨道的轮胎接触面接触以外，还有齿轮与双轨道的直齿条配合接触，如图1中的细节1，而齿轮和轮胎上的支架是通过螺柱固定在一起，齿轮和轮胎具有共同转动的性能，这样医护轮椅在人为控制下，在斜面轨道上行驶时，轮胎主要是受力支撑的作用，而齿轮与直齿条的齿合转动主要是控制医护轮椅前进的速度，如果齿轮停止转动，轮胎也停止转动，齿轮会受到直齿条的阻碍，导致轮胎无法滑行，促使医护轮椅无法前进。
一种轮椅式下肢助行机器人的设计及运动学仿真分析
目的 ： 计一 种 轮 椅 式 下 肢 助行 机 器 人 ， 设 以协 助 下 肢 患 者进 行 日常 的 助 行 康 复训 练 。
方法 ： 用升 降 机 构 和 腿部 助 力 机 构 来 完 成对 下 肢 患 者 的 助行 康复 训 练 ， 通 过 ＭＡ Ｌ Ｂ软 件 对 腿 部 助 力 机 构 进 行 利 并 ＴＡ 了运 动 学 仿 真 分析 。 结果 ： 真 结 果 表 明 ， 腿 部 助 力机 构 的带 动 下 ， 者 腿 部 的 运 动规 律 符 合 正 常 人 行 走 时 的步 态 特 征 曲线 。 仿 在 患
ＺＨＡＮＧ ｘ ｎ Ｌｉｕ ，ＹＵ ｎ ｈ ｎ／ ｉｅ ｅ Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｈ ｂ ｌａｉｎ Ｍｅ ｉｉ ｅ ０ ０ ５ １ ）１ ７ － １ ７ Ｙａ ｃ ｕ ／ ｎ ｓ ｏ ｒ ａ Ｒｅ ａ ｉｔ ｔ ｄｃｎ ，２ １ ，２ （２ ：１ ６ １ ８ Ｃｈ ｆ ｉ ｏ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ
Ｃ ｉ ｓ ｏｒａ ｅａ ｉｔ ｉ ｄｃ ｅ ｅ．００ Ｖ １ ５ ｏ ２ ｈｎ ｅＪｕｎｌｆＲ ｈｂｌａ ｏ Ｍｅ ｉｎ ，Ｄｃ ２１， ｏ ２，Ｎ． ｅ ｏ ｉｔｎ ｉ ． １
・
康 复 医学工 程 ・
种轮椅式下肢助行机器人的设计及 运动学仿真分析 水
一
机 构 设计 的合 理 性 ， 以用 于 下 肢 患 者 的 助行 训 练 。 证 可
关键 词 助行 机 器 人 ； 下肢 助 行 ； Ｔ Ａ ＭＡ Ｌ Ｂ仿 真 中 囤分 类 号 ： ４ ６ Ｒ ９ 文 献 标 识 码 ： Ａ 文 章编 号 ： ０ ｌ １ ４ （ ０ ０ 一 ２ １ ７ — ３ １０ 一 ２ ２ ２ １ ） １— １６ ０
Ａ ｄ ｓｇ ｆ ｌ ｗｅ ｉ ｌ ｉ ｇ ａ ｄ ｒ ｂ ｔ ｅ ｉｎ ｏ ｏ ｒ ｌ ｍｂ ｗａｋ ｎ ｉ ｏ ｏ ｗｉ ｅ ｌ ｈ ｒ ｓ ｙ ｅ ｎ ｔ Ｍ ＡＴ ｔ ｗｈ ｅ ｃ ａ ｔ ｌ ａ ｄ ｉ ｈ ｉ ｓ ＬＡＢ ｉ ｌ ｔ ｎ ＢＡＩ ｓｍｕ ａ ｉ ／ ｏ Ｄａ ｅ ｇ ｐｎ ．
电动轮椅车的仿真模拟与优化设计
电动轮椅车的仿真模拟与优化设计随着社会的发展，无障碍出行问题越来越受到人们的重视。
电动轮椅车作为一种重要的便携工具，为行动不便的人群带来了更多的自由和独立，因此越来越多的人开始关注电动轮椅车的仿真模拟与优化设计。
电动轮椅车的仿真模拟是通过利用计算机技术对电动轮椅车进行模拟运行，以验证其可行性和效果。
通过仿真模拟，我们可以模拟不同的场景，如不同的道路条件、坡度、载重等，以及不同的用户需求，以评估车辆的性能和表现。
仿真模拟可以帮助我们在实际制造和组装之前，快速检验设计，并且在设计中进行改进和优化。
在电动轮椅车的仿真模拟中，要考虑到的因素很多，例如车辆的动力系统、控制系统、底盘结构、电池性能等。
首先，动力系统是电动轮椅车的核心部分之一，它决定了车辆的动力输出和续航能力。
在仿真模拟中，我们可以模拟不同的电机和驱动系统，从而选择最适合的动力系统。
其次，控制系统是电动轮椅车的灵魂，它决定了车辆的操控性能和安全性。
通过仿真模拟，我们可以测试控制系统的精度和鲁棒性，从而提高车辆的操控性能。
此外，底盘结构和电池性能也是影响电动轮椅车性能的重要因素，在仿真模拟中同样需要进行优化设计。
在电动轮椅车的优化设计中，我们可以采用多种方法来改进车辆的性能和使用体验。
首先，可以通过优化车辆的结构和材料来提高车辆的稳定性和耐久性。
例如，采用轻量化的材料，可以降低车辆的重量，提高能耗效率。
其次，可以通过优化动力系统和控制系统的设计来提高车辆的动力输出和操控性能。
例如，采用高效的电机和先进的控制算法，可以提高车辆的加速性能和制动性能。
此外，还可以通过优化电池和电源管理系统的设计来提高车辆的续航能力。
例如，采用更高能量密度的电池和智能的电源管理系统，可以延长电动轮椅车的续航里程。
除了在设计过程中进行优化，我们还可以通过实际测试和用户反馈来不断改进电动轮椅车的设计。
通过与使用者的沟通和合作，了解他们的需求和体验，我们可以更好地满足用户的期望。
可重构八足轮腿式轮椅前腿机构设计及上楼过程运动学仿真
第三,利用封闭矢量法对三种行为图模型及前腿机构建立数学模型,并利用MATLAB软件对轮椅上楼梯运动情况进行仿真分析,得到了轮椅关键点及构件的运动规律。同时,利用VC测试软件搭建了平台,实现了MATLAB与VC的交互仿真并对前腿机构进行了仿真,进而验证了理论及仿真的正确性。通过以上分析,可以更加直观了解轮椅的运动规律,为后续轮椅改进及控制提供理论支持。
可重构八足轮腿式轮椅前腿机构设计及上楼过程运动学仿真
现代社会,越来越多的老年人及肢体残疾人选择电动轮椅作为出行工具,但普通电动轮椅仅能在平地或小坡度地面上运行,当ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ到台阶、沟壑、楼梯等障碍物时就变得无能为力了。为了使轮椅具有上下楼梯、越障、过沟的功能,在分析现有电动爬楼梯轮椅的基础上,本课题设计了一种轮腿复合式电动轮椅。本文主要研究内容是对轮椅前腿机构进行方案改进及设计,同时对轮椅上楼过程进行仿真。
第一,针对前腿机构的不足,在原方案的基础上添加了一种升降机构。应用功能方法树模型获得了升降机构多种可行方案并采用直接评分法确定了最优方案,将其与原方案组合得到了前腿机构整体方案并对其构型进行了详细的设计。然后,将多层次虚拟装配模型与通口理论结合,给出了一种新的装配模型,利用本方法对前腿机构进行了装配分析并利用UG对其进行了虚拟装配。
轮腿式步行机构设计及其运动仿真
D esign and m otion sim ula tion of wheel2legged wa lk ing m echan ism
WANG Yong2m ing1, 2 , YU Xiao2liu2, 3 ,WAN G L i2fang2 , TAN G W en2cheng1 (1 School of M echanical Engineering, Southeast University, Nanjing 211189, China; 2 School of M echanical Engineering, Anhui University of Technology,M a’anshan 243002,
图 4 二级半转机构干涉临界状态
21311 当 L3 Ε L2 时的干涉分析 由于两跨步杆转速相同 , 分别绕各自旋转中心转
动 ,其发生干涉的临界条件是 :跨步杆 2刚进入阴影 区 ,而跨步杆 1则刚好离开阴影区 ,即两跨步杆的端点 A、B 在阴影临界处重合 ,如图 4所示 。
由于 O1 A =O2 B =L3 /2,故 △O1 A (B ) O 为等腰直角 三角形 ,即 cosα =L2 /L3 = cos45°= 2 /2,则 L3 = 2L2 ,故 其不发生干涉的条件是 :
中心转速方向几种可能的组合方案 (仅以一级转臂顺
时针旋转为例 ,逆时针旋转时效果一样 ) 。
表 1 步行机构各关节旋转中心转速方向组合方案
组合方案 一级转臂 Ⅰ 二级转臂 Ⅱ 跨步杆 1 跨步杆 2
1
-
+
+
+
2
-
+
+
-
3
-
+
多功能电动轮椅关键机构设计与仿真分析
多功能电动轮椅关键机构设计与仿真分析摘要：随着人口老龄化和残疾人口增加，电动轮椅作为一种重要的辅助设备，已经成为现代社会不可或缺的一部分。
本文旨在设计一种多功能电动轮椅，通过对关键机构的设计和仿真分析，提高其性能和安全性，以满足不同用户的需求。
关键词：多功能电动轮椅；关键机构；设计；仿真分析1电动轮椅整体方案设计第一，底座应该采用轻量化材料，如铝合金或碳纤维，以提高整车的稳定性和操控性。
底座上应安装电动驱动系统，包括电机、电池、控制器等，以实现电动推进和转向功能。
同时，底座下方应配备避震系统，以提高车辆的行驶舒适性。
第二，座椅应该具有多种调节功能，如高度调节、倾斜调节、座椅深度调节等。
座椅材料应该采用舒适、透气的材料，如网布或皮革，以提高乘坐舒适度。
座椅后方应配备可调节的头枕，以提供头部支撑。
第三，扶手应该具有多种调节功能，如高度调节、前后调节、旋转调节等。
扶手材料应该采用舒适、防滑的材料，如橡胶或软质塑料，以提高握把舒适度和安全性。
第四，电动轮椅的附加功能应该包括升降、倾斜、折叠等。
升降功能可以帮助用户在不同高度的场合下使用轮椅，如上下楼梯、进出电梯等。
倾斜功能可以帮助用户在不同角度下使用轮椅，如倾斜座椅可以帮助用户进行换位操作。
折叠功能可以方便用户进行携带和存储。
2关键机构设计2.1升降机构设计升降机构是一种能够将轮椅升降到不同高度的装置，它可以帮助行动不便的人士更加方便地进出建筑物、车辆等场所。
设计时需要考虑到多种因素，以确保其功能完备、结构稳定、安全可靠。
（1）功能需求：具备升降、旋转、倾斜等多种功能，以适应不同场合的需求。
例如，在进入车辆时，需要将轮椅升降到车门高度，并旋转90度，以方便进入车内；（2）结构设计：电动轮椅升降机构的结构需要紧凑、稳定、安全。
在设计时需要考虑到轮椅的重量、尺寸、稳定性等因素，以确保升降机构能够承受重量并保持平稳；（3）控制系统：需要配备智能控制系统，以实现升降、旋转、倾斜等功能。
多功能智能轮椅设计-结构外观设计与运动仿真 定稿
多功能智能轮椅设计—结构外观设计与运动仿真学院：工业自动化学院专业：机械电子工程姓名：何梓浩学号： 160404102530指导老师：文豪职称：讲师中国·珠海二○二○年五月北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计诚信承诺书本人郑重承诺：本人承诺呈交的毕业设计《多功能智能轮椅设计—结构外观设计与运动仿真》是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计使用的数据真实可靠。
本人签名：日期：年月日北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计多功能智能轮椅设计—结构外观设计与运动仿真摘要在人口老龄化日趋严重、意外事故和自然灾害多发的时代，行动不便和肢体残障人士日益增多。
轮椅成为了这部分人群日常生活的一部分，相比市面上的普通轮椅而言，使用者更加倾向于使用多功能智能轮椅。
为帮助这部分需求群体提高生活质量，有必要研究一款价格相对低廉、姿态可调、具备室内导航、利用操纵杆实现自主移动等多功能的智能轮椅。
本文主要对多功能智能轮椅结构外观设计与运动仿真进行研究。
首先根据人机工程学的相关知识对轮椅的尺寸进行选定，然后利用Pro/E对轮椅进行三维建模并检验各零部件之间是否存在干涉，接着通过ANSYS Workbench的有限元分析检验模型设计的合理性，并使用Pro/E对轮椅的机构进行运动仿真，最后通过Keyshot对轮椅模型进行外观渲染，最终为多功能智能轮椅的运动控制系统和功能模块搭建出一个可移动并且能实现相关功能的平台。
关键词：多功能；智能轮椅；结构设计；静力学分析；运动仿真北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计Multifunctional intelligent wheelchair design-structural design andmotion simulationAbstractIn an age of increasing population aging, frequent accidents and natural disasters, people with limited mobility and physical disabilities are increasing. Wheelchairs have become part of the daily life of this group of people. Compared with ordinary wheelchairs on the market, users are more inclined to use multi-functional smart wheelchairs. In order to help this part of the demand group improve the quality of life, it is necessary to research a multi-functional smart wheelchair with relatively low price, adjustable posture, indoor navigation, and autonomous movement using a joystick.This article mainly studies the structural design and motion simulation of the multifunctional intelligent wheelchair.First, select the size of the wheelchair based on the relevant knowledge of ergonomics, then use Pro / E to three-dimensionally model the wheelchair and check whether there is interference between the parts, and then verify the model design through the finite element analysis of ANSYS Workbench The rationality of the use of Pro / E to simulate the motion of the wheelchair mechanism, and finally render the appearance of the wheelchair model through Keyshot, and finally build a movable and able to achieve the relevant functions for the motion control system and function module of the multifunctional intelligent wheelchair Platform.Keywords: multifunctional; intelligent wheelchair; structural design; static analysis; motion simulation北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计目录1 绪论 (1)1.1选题背景与目的 (1)1.2国内外研究现状 (1)1.3本文设计内容 (3)2 多功能智能轮椅总体尺寸设计方案 (5)2.1人机工程学在多功能智能轮椅中的应用 (5)2.2人体测量数据在多功能智能轮椅中的应用 (6)2.3轮椅总体尺寸选取 (7)3 轮椅结构设计 (10)3.1元器件选型和机构设计 (10)3.2P RO/E环境下多功能智能轮椅的零件建模 (13)3.3P RO/E环境下多功能智能轮椅的虚拟装配 (16)3.4轮椅爬坡能力的计算 (17)4 材质选定与有限元分析 (19)4.1部分零部件的材质选定 (19)4.2ANSYS W ORKBENCH软件介绍 (20)4.3轮椅关键部件有限元静力学分析 (21)5 运动仿真与最终效果 (27)5.1轮椅机构的机构运动分析模块选定 (27)5.2轮椅机构运动仿真 (27)5.3基于K EYSHOT的外观渲染 (30)5.4小组作品的最终效果 (31)6 总结与展望 (34)参考文献 (35)致谢 (36)附录 (37)附录一多功能智能轮椅装配图 (37)附录二底盘零件图 (37)附录三渲染效果图 (38)附录四3D打印实物图 (38)北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计1 绪论1.1选题背景与目的近年来老龄人口比重日益上升，联合国发布的报道称，世界总人口中老年人的数量占比将在21世纪超过五分之一。
履带-轮式爬楼梯电动轮椅设计
摘要随着社会的发展和人类文明程度的进步，老年人与残障人员愈来愈需要运用现代高新技术来改善他们的生活质量，而爬楼梯对于老年人和残疾人行动不方便的，非常困难，所以要增加轮椅自动化程度，于是我们在原轮椅的基础上进行改进和加装爬楼机构，本文设计的电动轮椅具有爬楼功能，爬楼时用履带驱动，平地时可像普通轮椅用轮驱动也可轮椅稍后仰用履带驱动。
此车在轮椅的基础上安装履带装置、升降机构、电机、以及控制电路、控制设备，以降低劳动强度、提高效率，减少他们的困难、提高生活质量、满足市场需求为目的。
爬楼梯车具有适应性强、机动灵活、活动范围大等特点，在我国国民经济的发展中，爬楼梯电动轮椅的需求量逐年增加，市场发展潜力巨大，爬楼梯电动轮椅行业具有广阔的发展机遇和良好的投产前景。
关键词：爬楼梯，电动，轮椅，履带轮式AbstractWith the social development and improvement in the level of human civilization,oldmen and physically disabled members of society more and more need to usemodern high-tech to improve their quality of life,but the elderly and handicapped areunable to climb the stairs, so we had to increase the automatic level of the electricwheelchair to reduce their difficulty. So we have the original on the basis o f awheelchair to improve and the installatio n of Climbing stairs institutions, the paperdesign with the electric wheelchair has Climbing stairs function, when Climbing stairsit use track-driven, the ground can be used like an ordinarywheelchair-wheel-drivecan also be track-driven,when the chair be tilted.we have fit in the new equipmentsinclude the tracked device,the body movements, the electromotor, control circuit andcontrol equipment, etc, to reduce the labor intensity and difficulty, and to improve theefficiency and living quantity, so that can satisfy the requirements of the market. Theautomatic electric wheelchair has new characteristics of high adaptability, mobilityand orbit, etc. As the development of the national economy, the requirementofautomatic electric wheelchair will be increased year by year. So the developingpotential of the automatic electric wheelchair in the market is vast, it has a gooddeveloping opportunity and well invested prospect.Key words：Climbing the stairs,electricity, wheelchair, Track-Wheel目录第一章综述 (1)1.1 爬楼梯轮椅的意义 (1)1.2国内外爬楼梯轮椅的发展状况 (2)1.2.1国外爬楼梯轮椅的发展状况 (2)1.2.2国内爬楼梯轮椅的发展状况 (4)1.3本项目的设计目的与主要研究内容 (5)1.3.1课程设计目的 (5)1.3.2课题研究内容 (6)1.4设计进程安排 (6)第二章履带爬楼装置机械系统结构设计 (8)2.1爬楼机构的比较 (8)2.2设计思路 (9)2.3履带轮式轮椅爬楼原理 (10)2.4履带爬楼过程分析 (11)2.5爬楼性能参数 (13)2.6履带爬楼机构的结构设计 (13)2.7 升降机构的设计 (16)2.8 本章小结 (18)第三章电气系统设计 (19)3.1 履带爬楼梯装置执行电机选择 (19)3.2 电池选择 (20)3.3 电动车电机转速控制 (21)3.3.1 驱动方式对电动车性能影响 (21)3.3.2 现有电动车电机存在主要问题及探索 (21)3.4 直流电机机械特性 (22)3.5 控制系统的设计 (23)3.6 本章小结 (28)第四章典型零部件设计及校核计算 (29)4.1 传动系统动力参数计算 (29)4.2 轴的计算 (30)第五章技术经济分析报告 (39)5.1 履带轮式轮椅技术分析 (39)5.2 履带轮式轮椅经济分析 (39)5.3 履带轮式轮椅结论和展望 (40)参考文献 (41)致谢 (42)第一章综述1.1 爬楼梯轮椅的意义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，但楼梯却使轮椅受到很大限制，因此研发价格低廉、简单易用的爬楼梯轮椅是康复工程工作者面临的一项比较紧迫的任务。
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by Mao Jianhui
Supervisor: Prof. Cao Dongxing
March 2013
This work supported by the National Natural Science Foundation of China. No. 51275152
河北工业大学硕士学位论文
第二章 概念设计理论和方法 ................................................................................................ 7
§2-1 引言............................................................................................................................................. 7 §2-2 概念设计内涵及特征 ................................................................................................................. 7 §2-3 公理设计理论............................................................................................................................. 8 2-3-1 公理设计中的设计空间 ................................................................................................... 9 2-3-2 公理设计中的映射变换 ................................................................................................... 9 2-3-3 设计公理 ......................................................................................................................... 10 §2-4 质量功能布置（QFD: Quality Function Deployment） ......................................................... 10 2-4-1 QFD 的概念 ..................................................................................................................... 10 2-4-2 QFD 的核心—质量屋 ......................................................................................................11 2-4-3 QFD 两个基本的实施过程 ............................................................................................. 12 §2-5 功能方法树............................................................................................................................... 12 2-5-1 自顶向下的功能方法树 ................................................................................................. 13 2-5-2 自底向上的功能方法树 ................................................................................................. 14 §2-6 本章小结................................................................................................................................... 15
答辩委员会主席： 评 阅 人：
2013 年 3 月
Thesis Submitted to Hebei University of Technology for The Master Degree of Mechanical Engineering
DESIGN AND SIMULATION OF WHEEL-LEGGED WHEELCHAIR STAIR-CLIMBING MECHANISM
原创性声明
本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成 果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公 开发表或者没有公开发表的作品的内容。 对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人 和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。
§1-1 课题的研究背景和研究意义 ...................................................................................................... 1 §1-2 爬楼梯轮椅底盘国内外研究现状 .............................................................................................. 1 §1-3 本课题的研究目的及研究内容 ................................................................................................. 5
分类号： U D C：
TH122
密级： 编号： 13-085201-8M
学
位
论
文
轮腿式轮椅爬楼机构设计及仿真
毛建辉
指导教师姓名： 申请学位级别：
曹东兴 教 授 硕 士
河北工业大学 机械工程
学科、专业名称：
论文提交日期： 2013 年 3 月 学位授予单位：
论文答辩日期: 2013 年 3 月
Байду номын сангаас
河北工业大学
ii
河北工业大学硕士学位论文
目录
第一章 绪论 ...................................................................................................................................... 1
河北工业大学硕士学位论文
轮腿式轮椅爬楼机构设计及仿真
摘
要
随着人口老龄化问题的日益严重和因交通事故等原因造成残疾人数量的增加， 电动轮 椅在老年人和残疾人的生活中扮演着重要的角色， 将为改善这一特殊人群的生活起到不可 替代的作用。然而，生活环境中的台阶越来越多，普通的电动和手动轮椅都不具备上下楼 梯、 翻越障碍物的功能， 降低了用户的行动自由度， 已经不能满足老年人和残疾人的需要。 轮腿式轮椅爬楼机构是一种辅助轮椅上下楼梯的装置， 可以用来解决电动轮椅爬楼梯的难 题。本文主要对轮腿式轮椅爬楼机构进行设计及仿真，包括多方案的产生、方案评价、构 形设计以及五杆机构的运动学分析和仿真。 本文首先通过对国内外各种轮椅爬楼机构的研究， 在总结各种爬楼机构的优缺点的基 础上，根据我国国情，提出了一种无需他人辅助的轮腿式轮椅爬楼机构。然后由概念设计 理论对轮椅爬楼机构进行方案设计，得到可行方案，给出机械运动简图，并对可行方案通 过效用价值分析法进行评估， 得出最佳设计方案。 根据最佳设计方案对轮椅爬楼机构进行 构形设计， 以及对轮椅运动模式的分析。 最后对五杆机构进行奇异点研究及运动学分析和 仿真。作为一部符合中国国情的代步工具，该轮椅不但可以应用到医院、社区和家庭等环 境，而且能够在街道和商场等公共场所使用，具有广阔的市场前景。 关键词：轮腿式轮椅，爬楼梯，概念设计，五杆机构
i
轮腿式轮椅爬楼机构设计及仿真
DESIGN AND SIMULATION OF WHEEL-LEGGED WHEELCHAIR STAIR-CLIMBING MECHANISM
ABSTRACT
With the aging of the population problem more and more serious and due to traffic accidents and other reasons causing an increase in the number of disabled persons, electric wheelchair plays an important role in the life of elderly and disabled person , and it will be an irreplaceable role for the improvement of the special group of life. However, more and more steps in the living environment, general electric and manual wheelchairs do not have the function of climbing up over the stairs and obstacles. This reduces the users’ freedom to act. They have been unable to meet the needs of the elderly and disabled. Wheel-legged wheelchair stair-climbing mechanism is a kind of auxiliary stair-climbing wheelchair device, and can be used to solve the difficult problem of wheelchair climbing stairs. This paper focuses on the design and simulation of wheel-legged wheelchair climbing mechanism, including the emergence of multiple programs, program evaluation, configuration design and five bar mechanism kinematics analysis and simulation. Firstly, based on the research of domestic and international stair-climbing mechanism and the summary for advantages and disadvantages of various stair-climbing mechanism, this paper put forward a stair-climbing mechanism in wheel-legged wheelchair without others assisted according to our country. Secondly, by the conceptual design of stair-climbing mechanism, we get the project design. After giving the mechanical movement diagram and evaluating the feasible options by utility value analysis, we get the best design program. Then we finish the configuration design and the analysis of movement patterns for wheel-legged wheelchair. Finally, we research the singular point of five bar mechanism and complete the kinematics analysis and simulation. As a mean of transport with China's national condition, this wheelchair can be used in hospitals, community and family, but also it can be used in the streets, shopping malls and other public places. Summarily, it’s destined to have broad market prospects. KEY WORDS: wheel-legged wheelchair，climbing stairs，conceptual design， five-bar mechanism