可上下楼梯轮椅的机械结构设计开题报告

1. 研究目的与意义

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。目前的轮椅、电动轮椅能在坡度小于12度平坦的路面上行驶，但遇到楼梯、台阶就无法跨越。当然随着我国城市化进程的不断加快，各类无障碍设施不断出现，以及重要的公共场合都会有特殊通道以供他们使用，这是时代的潮流，是社会进步的标志，更是人类文明不断发展的结果。

由于我国无障碍设施建设的滞后，很多地方都还没有无障碍设施，使他们的日常出行与生活造成相当大的不便，鉴于楼梯、台阶是最常见的障碍，研究爬楼梯的轮椅车能给予生理机能变化的老年人，先天或意外致残等行动不方便人士提供一种能方便自我、操作方便、使用安全的、能将代步、跨越台阶与楼梯融为一体的工具。解决他们在康复前的生活、学习、工作、交流等实际困难，减少他们由于自身身体缺陷而造成的不便。

所以开发一种可上下楼梯轮椅的机械结构设计是很有必要的。这款轮椅能够解决绝大部分使用者的移动需求，不仅可以让使用者去到平常无法到达的地方，给生活带来了很大的方便，还可以降低监护人的劳动强度，从而节省更多的时间和精力。

2. 课题关键问题和重难点

关键问题：

自动控制的实施，如何去实现各部件之间的联系，如何去控制各部件的行动。还有机械传动的完成，如何让轮椅的车轮完成移动、制动、支撑等操作方式。

难点：

3. 国内外研究现状（文献综述）

该轮椅的倾斜支架与地面的夹角为30，依靠辅助者可以把座椅翻转到倾斜支架上，保持使用者上下楼梯时始终处于水平位置；设计了一种切换机构，通过切换机构放下和收起履带底盘，依靠履带底盘实现爬楼功能。

通过建立基于拉格朗日方程的行星轮组动态模型，研究了不同等效转矩下行星轮组的角加速度曲线，详细分析了轮椅在爬楼梯过程中的稳定裕度。研究表明，防倾翻支架能有效地提高轮椅爬楼的稳定性。

4. 研究方案

针对自动控制的实施，还有机械传动的完成，指定初步的方案。根据轮椅的形状，设计好可以附加在轮椅上的装置外形。同时还可以使用一对旋转腿和旋转腿的杠杆。使用气体弹簧的姿态转换机制结合了这些不同的功能。用于爬楼梯和旋转腿的杠杆通过单向离合器与旋转轴连接。旋转腿可以同步旋转的杠杆作为用户拉他们回来，而爬上楼梯。使用者需要将杠杆放回到前面的位置，然后再次拉回来以爬上下一级台阶。然而，为了爬下楼梯，我们需要重新组装单向离合器。开发的轮椅有一个扭矩阻尼器的机制，以确保安全的用户在爬楼梯。落地时对台阶的冲击可以通过这种机构来吸收。其中的附加装置也是极其重要的，有了这个附加装置就可以设计出装置里控制的线路，用来控制连接附加装置的各部件，比如轮椅各车轮之间的移动、制动，轮椅车轮支架的弯曲、伸缩，坐垫和靠背的角度调整，脚踏板的提高与降低等。实验最重要的目标就是在上下楼梯的过程可以在不需要任何外部帮助的情况下执行，让此设计可以做到单独使用，不需要影响到别人，可以独立的控制移动、停止、转向以及上下楼梯。实验中，可以一边设计，一边通过制图软件，画出三维模拟图，尽量可以快捷的通过图来完成计算。

我们提出的方法需要足够的上身强度的用户操作的杠杆。因此，我们需要计算杠杆操作所需的力，特别是在爬楼梯时。我们首先模拟爬楼梯的过程，通过对轮椅使用者在爬楼梯过程中的杠杆操作力进行研究，确定实际需要多大的杠杆操作力，以及轮椅使用者是否能操作杠杆推进机构。再通过工程力学与材料力学，对研究过程的轮椅重量、模拟的模特重量、以及其他一系列设备角度进行测算，从而可以确定材料所需的力，再由确定的力选取可以承受的杆件等物品，其次再慢慢调整各部件的大小与位置。再其次是确定其成本，做到非不要处能省就省，达到降低了制造成本的目的。同时，一些轮椅使用者操作杠杆所需的力量可能过大。因此，我们目前正在考虑一种方法，以支持杠杆操作的用户，包括老年人或那些有限的上肢能力。半自动爬楼梯轮椅也可以考虑考虑其广泛的使用范围。

5. 工作计划

2023.1.2--2023.1.15 完成译文翻译，查阅文献，完成开题报告并上传毕设网。

2023.1.16--2023.2.5 指导老师审核译文和开题报告，根据指导老师意见完成修改。

2023.2.6--2023.3.19 按照开题报告的方案，开始毕设课题的计算及设计。