多功能自助轮椅设计的研究

胡义华，谌炎辉，张树林

（1.广西工学院 鹿山学院，柳州 545616；2.广西工学院 机械工程系，柳州 545006）

0 引言

残疾人士由于身体上的缺陷，存在着各种各样的不便和苦恼，很多残疾人士都选择了轮椅作为工具出行，但是现在市面上的轮椅虽然给残疾人士带来了很大程度的方便，但是很多现实生活的实际问题也同样的摆在了他们的面前，例如不能自如的上下楼梯，不能起身拿高处的物品，需要助手的辅助才能坐上轮椅等等。到目前为止，依然没有一个更好的、更人性化的、更多功能、更方便简捷的自助式轮椅面世，针对残疾人士所碰到的以上生活的各种各样的现实困难，设计一种新型的多功能自助轮椅。

1 多功能自助轮椅的结构及其功能

多功能自助轮椅主要由座椅机构部分、转向机构部分、驱动机构部分、座椅升降机构部分、控制机构部分、滚轮机构部分和遥控器组成，如图1所示。其中座椅机构部分包括轮椅底座、轮椅靠背、轮椅扶手等；转向机构包括前轮、转向轴、转向电机、转向齿轮、电器控制系统等；驱动机构部分包括后轮、驱动轴、动力转换轴、动力转换齿轮、皮带轮、驱动电机、电器控制系统等；座椅升降机构部分包括液压油缸、液压控制元器件、液压控制电路等部分；控制机构部分由各种电气元气件和控制线路组成；滚轮机构部分由滚轮、滚轮支撑轴、滚轮支撑座组成；遥控器为多功能自助轮椅的远程控制设备。

图1 多功能自助轮椅结构功能图

座椅机构部分实现对人体的支撑功能，人可以通过操纵控制机构的摇杆和按钮或遥控器控制转向机构部分实现自助轮椅的灵活转向，以此来实现轮椅的转向功能，同时还可以通过操纵控制机构的摇杆和按钮或遥控控制驱动部分的自动前进和后退，并可以进行平地驱动模式和上下楼梯模式的相互转换，以实现自助轮椅的自动化功能；此外人还可以通过控制机构或遥控器的按钮控制轮椅的自动升降功能，以实现人体的自动升降，从而极大的方便了残疾人士的活动范围。

多功能自助轮椅的电源通过固定在轮椅上的可充电式便携蓄电池来提供，同时还配备有液压控制系统。

2 座椅机构及其功能

图2 座椅机构及其功能图

图3 转向机构及其功能图

多功能自助轮椅的座椅机构部分主要由座椅支撑部位、座椅护手部位和座椅靠背部位组成，如图2所示。座椅的支撑部位不仅起到对轮椅使用者的支撑和保护作用，同时它还是整个多功能自助轮椅的基体，其他的各个功能部件都通过相应的紧固件联接在该基体上，并最终实现该自助轮椅的各项功能；座椅护手部位安装在座椅支撑部位上，主要是为使用者提供更好的安全和保护作用；座椅靠背部位也安装在座椅支撑部位上，该部件可通过相应的机构调整其与座椅支撑部件的角度，以满足使用者对各种坐姿与体位的要求，例如使用者可以选择将座椅靠背部件与座椅支撑部件的夹角调节成95度，以便坐立使用该自助轮椅，也可以将座椅靠背部件与座椅支撑部件的夹角调节成180度，以便使用者以卧姿使用该自助轮椅等等。

3 转向机构及其功能

转向机构部分主要由轮椅滚轮部件、转向座部件、转向齿轮箱部件、滚轮支撑轴部件、转向驱动电机等组成，如图3所示。首先控制单元通过对电机的控制驱动转向齿轮箱中的齿轮作正反转运动，并通过齿轮的换向输出到转向座，实现转向座的左右摆动从而通过滚轮支撑轴驱动轮椅滚轮进行左右摆动，转向机构整个部件安装在轮椅支撑座的底板上，并实现多功能自助轮椅的转向功能。该部件属于机械装置和电器集成控制机构，其使用的便捷性和技术含量都得到了更大的提高，也为使用者提高了更加人性化的产品设计。

4 驱动机构及其功能

图4 驱动机构及其功能图

图5 座椅升降机构及其功能图

驱动机构是多功能自助轮椅的关键部件，正是该部件的设计和运用才使得该产品不仅可以在平地上安全、方便的行进，同时通过动力的转换，还可以实现轮椅的上下楼梯等特殊行进。该功能部件主要由轮椅滚动轮、驱动轴I、驱动轴II、动力转换部件、驱动轴III、驱动电机以及若干齿轮和轴承组装而成，如图4所示。其运动的过程是：1）驱动电机通过驱动轴III将动力由动力转换部件传给驱动轴I，从而带动轮椅滚动轮转动，并实现轮椅的在平地上行进；2）驱动电机通过驱动轴III将动力由动力转换部件传给驱动轴II，从而带动轮椅的滚动轮沿支撑轴转动，并实现轮椅上下楼梯的行进。其结构的关键所在就是：1）动力转换部件可以通过一个电动拨叉实现动力不同传动方向，从而带动不同的运动部件以实现轮椅的不同行进方式；2）轮椅滚动轮的滚动方式可以分为小轮单独滚动和三个滚轮沿支撑轴滚动两种滚动方式。正是这两个关键功能部件的运用才真正实现了轮椅的多功能方式。

该部件属于机械装置和电器集成控制机构，其使用的便捷性和技术含量都得到了更大的提高，也为使用者提高了更加人性化的产品设计。

5 座椅升降机构及其功能

座椅升降机构主要由升降坐板、油缸固定板、升降油缸及其控制单元组成，如图5所示。该机构的主要功能即通过控制单元控制升降油缸的上下运动从而现实升降坐板的上下运动，并达到将轮椅使用者升高或降低身位的目的，更大程度的提高使用的方便性和其自动化程度。

6 结束语

该新型多功能自助轮椅结合了自动行走、上下楼梯，升降式座椅，遥控系统等多种使用而简便的功能，将极大的改善残疾人士的生活质量和提升他们的生活自信心。

[1] 张锡玉, 关天民, 等.一种脑性瘫痪患者专用轮椅的设计[J].中国临床康复, 2006, 41: 37-39.

[2] 吴宗泽, 罗圣国.机械设计课程设计手册第三版[M].北京: 高等教育出版社, 2008.

[3] Hindhede I, Uffe.Machine Design Fundamentals: A Practical Approach.New York: Wiley, 2003.

[4] Orlov P.Fundamentals of Machine Design.Moscow: Mir Pub, 2007.

[5] 濮良贵, 纪名刚.机械设计第七版[M].北京: 高等教育出版社, 2006.