俞振煬?林子涵?林宇燦?楊塞

摘 要 為了滿足日益增長的老年人群體和殘疾群體等對輔助輪椅的需求，本文利用三輪式行星輪結構和連桿機構設計了一款方便實用、結構緊湊，能夠實現爬梯和輔助起身功能的多功能輪椅。首先對輪椅整體結構進行介紹，然后分別介紹了能夠實現爬梯和輔助起身功能的結構設計。

關鍵詞 輪椅;爬梯;行星輪;連桿滑塊機構

前言

我國目前已有兩億五千多萬老年人口和每年上億的傷病人口，超過八千五百萬殘疾人口[1]。因此我國是世界上輔助器具需求最多、市場潛力最大的國家。隨著材料領域技術的不斷發(fā)展，更多的專業(yè)級、功能特性突出的輪椅產品在市場上不斷涌現。但是目前市場在生活輔助輪椅方面缺少性價比突出的產品，現有智能輪椅產品大多系統(tǒng)復雜、功能碎片化。因此為了解決老齡人群、殘疾人士以及傷病人群起身、如廁、戶外行動不便等問題，研制一款操作方便、功能實用的生活輔助輪椅的需求日益增長。

1 現狀分析

目前在康復設備的研發(fā)領域，日本、歐美等發(fā)達國家研究較早較深。這些國家的智能輔助輪椅能夠與康復醫(yī)學、臨床醫(yī)學、人機工程學以及工業(yè)設計等領域相結合，推向市場后獲得極大的利潤，同時市場利潤反哺科研機構進行循環(huán)，已具備相對完善的產業(yè)鏈[2]。在國內，也有一部分學者和企業(yè)展開了對輔助輪椅的研究，并取得了一些成果。但是，由于目前已經上市或者正在研發(fā)的輔助輪椅，必須使用大量的機械結構、電氣設備和供電系統(tǒng)，才能支撐起患者完成相應動作，使用不太方便。而且設計制造成本較高，價格十分昂貴。

綜上看來，我們急需研制新型的、安全可靠和經濟實用的多功能生活輔助輪椅，可以幫助老年人、殘疾人和傷病人士解決日常生活難題，并且改善他們的生活質量。

2 整體結構介紹

為了實現爬梯功能及輔助起身功能，同時保證結構緊湊，操作靈活，該輪椅采用左右對稱布置，主要由輪椅架、可拆卸式坐墊、靠墊、兩組三輪式行星輪、兩組萬向輪、兩組連桿機構、兩組電機驅動系統(tǒng)、一套控制操作系統(tǒng)組成。

輪椅模型如圖1所示。輪椅總體尺寸為輪椅靠背800mm，座椅長550mm，輪椅寬 430mm，座椅高460mm。

3 功能介紹

3.1 爬梯功能

目前市場上的爬樓梯輪椅的主要類型有履帶式、輪組式和步行式[3]，也有學者設計了輪履結合式爬梯輪椅[4]。對已有的各種攀爬機構的優(yōu)缺點進行分析，綜合考慮到結構、成本、安全、舒適等重要的因素之后，決定采用三輪式行星輪結構。

為了滿足平地行走及樓梯攀爬的基本要求，傳動設計將采用雙驅差動控制。即單個行星輪結構有兩對齒輪負責驅動，如 圖所示一對負責驅動星輪旋轉，另一對負責驅動行星架翻轉。在平地直線行走時只要保證負責驅動星輪旋轉的一對的轉速和轉向相同即可;需要轉彎時，使兩側各控制負責驅動星輪旋轉的一對齒輪間存在一定的轉速差，即可達到靈活轉彎的要求;在需要攀爬樓梯時，控制負責驅動行星架翻轉的另一對齒輪運轉，此時的三個星輪將繞固定的行星架回轉，從而達到攀爬樓梯的功能。

本結構設計采用了一種內外軸的形式，即通過內軸（中心軸）驅動星輪旋轉，通過外軸（外圈軸）驅動行星架翻轉。為了縮小傳動齒輪的尺寸大小，本文還在中心齒輪與驅動齒輪之間增加了一個過渡齒輪，這樣使行星架里的齒輪傳動結構有了緊湊的特點。同時為了增加乘坐者的舒適性，行星輪采用充氣輪胎設計，既可以減少攀爬樓梯時帶來的震動，也能減少對樓梯的損傷。

3.2 輔助起身功能

考慮到輪椅使用者常常需要起身進行康復訓練或是如廁等，由他人輔助或自己起立比較困難，設計了一種連桿滑塊機構，能夠起到輔助起身的作用，如圖2所示。

該結構不同于傳統(tǒng)升降臺結構[5]坐墊整體抬升，而是通過連桿滑塊實現座椅在0到45度之間的單側翻轉，結構更加簡單可靠。連桿1左端端與輪椅架固定，中間設有滑塊槽，同時另一側連桿相連，能夠實現整個坐墊的翻轉。在翻轉時，由滑塊2處所連接伺服電機帶動，移動一段距離帶動連桿3和連桿2從而實現坐墊的抬起與放落。

4 結束語

隨著老年人口的增長和社會生活水平的提高，多功能輔助輪椅的市場潛力巨大，越來越多的人致力于輔助輪椅的設計與研發(fā)。本文所設計的多功能輔助輪椅采用了三輪式行星輪結構和連桿滑塊機構，兼具爬梯和輔助起身兩大功能，能夠更好地滿足市場需求。

參考文獻

[1] 于娣，邱觀建.包容性發(fā)展理念下中國殘疾人事業(yè)政策建構[J].武漢理工大學學報（社會科學版），2019，32（6）：61-66.

[2] 李高峰，肖天驕，吳小高，等.國內外輪椅產品的發(fā)展現狀及對比分析[J].社會福利（理論版），2020，（2）：9-13.

[3] 周秋雨，邢曉冬.一種新型復合式可爬梯輪椅結構設計與分析[J].機械傳動，2019，（2）：74-78.

[4] 王淑坤，孟曉東，尚鴻鵬.一種輪履組合式爬樓輪椅的設計[J].機械傳動，2013，37（10）：157-158.

[5] 劉世亮.運動障礙病人輔助起立智能輪椅研究[D].南京：東南大學，2017.

作者簡介

俞振煬（1998-），男，浙江杭州人;現就讀學校：合肥工業(yè)大學機械工程系。