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摘 要
輪椅是老年人和殘疾人生活中非常重要的工具。隨著無(wú)障礙設(shè)施的增多，輪椅
使用者的活動(dòng)范圍逐步加大，但樓梯卻使輪椅受到很大限制。國(guó)內(nèi)外發(fā)明了多種星
型輪式爬樓梯輪椅，美國(guó)發(fā)明家發(fā)明的一種能自動(dòng)調(diào)節(jié)重心的兩輪組式輪椅-IBOT，
這個(gè)輪椅不僅是目前該領(lǐng)域中性能最高的產(chǎn)品，也是今后輪椅發(fā)展的方向。通過(guò)借
鑒 IBOT 4000 的爬樓梯方式的研究，本文在普通輪椅的基礎(chǔ)上安裝了電機(jī)，使輪椅
能調(diào)節(jié)速度和轉(zhuǎn)彎，還安裝了爬樓裝置、驅(qū)動(dòng)裝置以及控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)單
的爬樓梯電動(dòng)輪椅。本設(shè)計(jì)能很好的解決樓梯或路障對(duì)老年人和殘疾人生活造成的
不便，提高行動(dòng)自由度，重新更好的融入社會(huì)。
關(guān)鍵詞 ：輪椅，控制系統(tǒng)，兩輪式，機(jī)械系統(tǒng)
I
Abstract
Wheel-chair is an important tool for the elderly and the disabled. With the increased
of barrier-free facilities, wheelchair users enlarged gradually the scope of activities, but
staircase limited the wheelchair using .Inventors invented a variety of star-wheel stair
climbing wheelchair at home and abroad, the US inventor invented a wheelchair
_IBOT which can automatically adjust the focus of two rounds of group-type . The
IBOT 4000 not only the realm neuter gender's tallest product of ability currently, but
also will develop from now on of direction. Through draw lessons from IBOT 4000 of
climb the research of stairs method, this text installed electrical engineering on the
foundation of common wheel chair, which made the wheel chair able to regulate speed
and turn. Installed to climb building device and drive to equip and control system,
designed a kind to in brief climb the stairs dynamoelectric wheel chair. This design
made a good solution to stairs or roadblocks which bring of inconvenience for the
disabled, helping them enhance the freedom of action and make better to integrate into
the community.
Key words：Wheelchair, control system, two-wheeled type, mechanical structure
目 錄
第一章 前言 .................................................................................................... 1
1.1 研究背景 ..........................................................................................................- 1 -
1.2 研究意義 .............................................................................................................. 2
1.3 國(guó)內(nèi)外爬樓梯輪椅的優(yōu)缺點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì) ......................................................... 2
1.4 研究的主要問(wèn)題及解決的主要問(wèn)題 ................................................................. 7
1.5 本章小結(jié) ............................................................................................................. 8
第二章 總體設(shè)計(jì).............................................................................................. 9
2.1 概述 ..................................................................................................................... 9
2.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ................................................................................................... 10
2.3 本章小結(jié) ........................................................................................................... 15
第三章 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ..................................................................................... 16
3.1 兩輪式爬樓梯電動(dòng)輪椅結(jié)構(gòu)組成 ................................................................... 16
3.2 兩輪式爬樓梯電動(dòng)輪椅功率計(jì)算 ................................................................... 16
3.3 平地行走的機(jī)械結(jié)構(gòu) ....................................................................................... 18
3.4 爬樓梯裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu) ................................................................................... 25
3.5 兩輪式爬樓梯電動(dòng)輪椅裝配圖 ....................................................................... 28
3.6 本章小結(jié) ........................................................................................................... 29
第四章 重要部件的校核 ................................................................................. 30
4.1 從動(dòng)軸的校核計(jì)算 ........................................................................................... 30
4.2 鍵的校核 ........................................................................................................... 36
4.3 軸承的校核 ....................................................................................................... 36
4.4 本章小結(jié) ........................................................................................................... 38
第五章 電氣控制設(shè)計(jì) .....................................................................................39
5.1 兩輪式爬樓梯電動(dòng)輪椅電機(jī)選型 ................................................................... 39
5.2 電池選擇 ........................................................................................................... 40
5.3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ................................................................................................... 40
5.4 本章小結(jié) ........................................................................................................... 49
第六章 結(jié)論與展望 ........................................................................................ 50
6.1 結(jié)論 ................................................................................................................... 50
6.2 展望 ................................................................................................................... 50
6.3 本章小結(jié) ........................................................................................................... 50
第七章 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 .....................................................................................51
7.1 市場(chǎng)前景分析 ................................................................................................... 51
7.2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益分析 ........................................................................................... 51
7.3 社會(huì)效益分析 ................................................................................................... 52
7.4 本章小結(jié) ........................................................................................................... 52
參考文獻(xiàn) ........................................................................................................ 53
致 謝 ............................................................................................................. 55
附 錄 ............................................................................................................. 56
第一章 前 言
1.1 研究背景
[1]
[2~5]
智能輪椅的相關(guān)研究開始于 1986 年。經(jīng)過(guò) 20 多年的研究，世界各國(guó)的研究者
相繼開發(fā)了多種智能輪椅平臺(tái)。但是目前的智能輪椅基本上采用與移動(dòng)機(jī)器人相同
的技術(shù)方案，因而成本很高，難以進(jìn)入普通家庭 。
隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，樓梯的出現(xiàn)是人類建筑史上一個(gè)重要的成就，它不僅縮
小了房屋的建筑面積、利用了有限的生存空間，而且為進(jìn)出高層建筑物提供了方便
的通道。尤其是在人口量日益增長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的現(xiàn)代化社會(huì)中，為了提高人均
住房面積，改善人們的生活質(zhì)量，高樓別墅不斷涌現(xiàn)，然而樓梯在發(fā)揮優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，
它也對(duì)老年人、肢體殘障人士出行帶來(lái)了很多不便，對(duì)他們的行動(dòng)造成了障礙，影
響了他們與外界的溝通和交流。這個(gè)問(wèn)題隨著老年人和殘疾人數(shù)量的增多顯得日益
突出。
一方面，人口老齡化問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。聯(lián)合國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)事務(wù)部發(fā)表的《2007
年界經(jīng)濟(jì)和社會(huì)調(diào)查報(bào)告》指出:“由于人口出生率下降和壽命增長(zhǎng)，全球大多數(shù)
國(guó)家迅速老齡化，從 2005 年到 2050 年，世界人口增加的一半將為 60 歲以上的老
年人，歲以上人口將從 9000 萬(wàn)增加到 4 億?！蔽覈?guó)也己經(jīng)步入了老齡化社會(huì)，目
前我國(guó) 60 及以上的老年人己達(dá) 1.44 億，預(yù)計(jì)到 2050 年老齡人口將超過(guò) 4 億，占
社會(huì)總?cè)丝诘?3 左右。
另一方面，殘疾人的數(shù)量也在大幅增加。據(jù)聯(lián)合國(guó)統(tǒng)計(jì)，全球殘疾人占世界總
人的 10%。截至 2006 年，我國(guó)第二次殘疾人抽樣調(diào)查顯示，全國(guó)各類殘疾人總數(shù)
己達(dá) 82 萬(wàn)人，占全國(guó)總?cè)丝诘?6.34%，較 1987 年增加了 2132 萬(wàn)人。值得注意的
是，由于工和交通事故、體育運(yùn)動(dòng)傷和自然災(zāi)害等原因造成的肢體殘障者的數(shù)量大
幅上升，約占有殘疾人數(shù)量的 30%。在 2008 年“5.12”地震中全國(guó)受傷人數(shù)高達(dá)
37 萬(wàn)多，這些數(shù)都表明了殘疾人數(shù)量的顯著增大。