多功能轮椅设计

邓佳慧 梅莹莹 夏婷婷 金晓慧 钱明凡 蒋心悦 卫倩雯

摘要：近年来中国残疾人士的数量每年逐渐增多，辅助性工具需求量日益上涨，如拐杖、代步车、助行器、轮椅等，根据市场数据显示，其中选择轮椅的消费者更多，然而国内市场上的轮椅专业化程度低，产品种类单一，灵活性较差，针对此类现象，在这里介绍一种智能轮椅的构思设计，在普通轮椅的基础上进行创新提升，设计轮椅爬楼梯功能，使轮椅作为代步工具能帮助他们提高在城市中的行动自由度及减轻社会负担。

关键词：功能轮椅;升降;履带

中图分类号：TP31          文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）10-0233-02

1 引言

随着我国人口的增加，除了老龄化问题越来越严重，相应的也带了其他方面的问题，随着现代化技术的发展，车祸等其他意外事故的发生，肢体残疾人数量的逐漸增加，人们急需一种可帮助行动的辅助性工具。从而多功能轮椅成为他们的首选，因为操作简单，功能性强，应用方面广，越来越被人们认可需要。多功能轮椅的未来市场可期，每年中国因为生病或者意外因素而导致行动不便的人不计其数。此时多功能轮椅就被迫切需要了，它们的功能派上了用场，多功能轮椅是对传统的轮椅进行了改进，应用了计算机技术，使其具有运行方便、安全，以及超长待机的特点。它能够帮助老年人和残障人士方便生活，一方面也可以提升自尊心，另一方面也可以减轻社会负担。我们设计多功能轮椅，具有自动升降、爬楼梯、服务方便等功能，是因为目前国内轮椅市场空缺，而且这一款轮椅服务于大众且有能被大众所接受的价格。目前，多功能轮椅的市场还是非常可期的。

2 正文

随着现代化的高速发展，除了给我们带来了快捷的生活方式，同样也带来了不可预知的意外，由此而产生的残障人士不断增加。我们通过调查数据可知，国内外多功能轮椅的市场非常广阔，发展前景非常可观。一、我国有庞大的消费市场，广阔的消费途径以及巨大的物资需求。二、根据残疾人调查数据显示中国有八千多万的残疾人且中国老年人偏多且日益增加，数据截止2005年年中，全国共有各类残疾人总数约达八千多万人，高达人口总数的比例为6.5%，其中肢体残疾类高占总残疾人口的比例为30%，残疾人数共二千四百多万。截至2005年底，中国超过六十周岁的老年人口占1.44亿，占总人口的近十分之一。我国现有60周岁以上老年人口数以3%的年速度增长，高于60周岁人口中，大部分老年人在工作和生活、在疾病治疗和康复阶段以及未来的日常中，轮椅的力量不可忽视。这对于家庭生活、社会压力与国家经济都产生不利影响。三、受利益的驱使以及新灵感的启发，很多企业开始关注多功能轮椅的研发和生产。四、国内轮椅市场的空缺，设计出来能够生产，销售并服务于大众的很少。我们结合所查资料所知，未来轮椅的设计可以分为如下几点。

（1）作为代步工具，首先是质量较小，多功能轮椅的能源系统一般采用的是机载电源，也可根据自身对续航以及充电频率的期望来选择电池，以延长续航时间。电池容量大，充电频率越低，越不容易出现亏电情况，亏电状态易加快蓄电池的损耗，减少使用寿命。更重要的是，减轻重量也可相应的提高上下楼梯时的灵敏度，减小操作难度。（2）多功能轮椅的市场对象是老年人以及残障人士，因此轮椅的设计应从细微处出发，增加稍后减震设计，灵感来源于汽车减震系统，减少颠簸，靠背小角度倾斜，可向后调整，平地推行时坐感更加舒适。考虑到安全舒适、性能稳定，爬楼梯过程中应保证重心基本平衡，安全保证措施能够及时响应。与市面上其他刹车系统相比，该款轮椅即使坡上紧急停车也能稳固不倒溜，不下滑刹车系统 ，后置刹车和停驻刹车，多重防护，驻坡刹车，设有后置防倾轮防止后翻车，增加安全带防止刹车前倾。（3）多功能轮椅在设计上应最大限度地体现人性化需求，建立良好的人机交互系统，让残障人士使用时能够拥有最佳的体验效果，使轮椅的各方面的设计在使用时能够充分满足日常需求。（4）多功能轮椅投入市场能被大众所选择的一个重要原因是价格，多功能轮椅要实现规模化生产，必须采取模块化的理念，这样使用者不仅可以自主定制轮椅，而且也可以在某种程度上降低生产成本，缩短创研周期，提升产品的性价比，更有利于本轮椅开拓市场，在获得社会效益的同时取得显著经济效益。只有考虑到了以上的四个方面，我们所研发的多功能轮椅，才能真的应用于生活，造福于残障人士及其需要使用轮椅的人。

本发明提供的自动爬楼梯装置，包括纵向运动系统、横向运动系统、驱动装置和固定装置;所述纵向运动系统，用于实现沿纵向升降到预设高度;所述横向运动系统，与所述纵向运动系统连接，并实现沿横向移动到预设距离;所述驱动装置，设置于所述纵向运动系统的底部和所述横向运动系统的两侧，为所述纵向运动系统和横向运动系统提供运动的动力，所述固定装置，用于固定所述横向运动系统、纵向运动系统和驱动装置，在所述驱动装置的作用下使得横向运动系统实现横向运动以及使得纵向运动系统实现纵向运动。进一步，所述纵向运动系统结构包括底部框架和设置底部框架上的多个纵向伸缩衍架，所述纵向伸缩衍架之间通过剪式结构连接;所述剪式结构包括多个铰接的纵向伸缩臂，用于进行竖直方向上的升降。进一步，所述横向运动系统结构包括多个横向剪式结构，每个所述横向剪式结构包括多个横向长臂和横向短臂，所述横向长臂通过中间销与固定装置连接，再与所述横向短臂连接，所述横向短臂另一端固定在固定装置上，与对应的纵向运动系统连接。所述驱动装置包括履带装置和推杆装置;所述履带装置与纵向运动系统连接，用于为所述纵向运动系统提供动力;所述推杆装置包括横向推杆和纵向推杆，所述纵向推杆通过旋转固定轴及纵向推杆固定块与纵向运动系统连接，所述纵向推杆顶部通过纵向推杆顶部固定架与纵向伸缩臂连接，所述横向运动系统和纵向运动系统在所述横向推杆和纵向推杆的推力下进行伸缩。所述固定装置包括承力滑轨、l板、固定块、顶部固定板;所述承力滑轨与所述纵向运动系统连接，用于限制横向运动系统的运动方向，所述l板包括内侧l板和外侧l板，所述内侧1板设置于中间的纵向伸缩衍架上，用于固定待用设备，所述外侧l板设置在两侧的伸缩衍架上，用于与外滑轨连接;所述顶部固定板设置于纵向运动系统上部，所述顶部固定板设置有u形凹槽，所述u形凹槽与设置有u形滑槽的钢管连接;所述顶部固定板的u形凹槽通过固定孔与横向推杆连接，所述顶部固定板内所固定的横向推杆与所述横向剪式结构通过固定块连接，所述纵向运动系统的底部框架设置有旋转固定轴，所述旋转固定轴设置于旋转固定推杆支座上，用于固定纵向推杆。

本课题研究的多功能轮椅主要是设计一款帮助老年人和大部分残障人士自行外出并且安全可靠的多功能轮椅。我们希望在普通轮椅上进行创新改造，轮椅设计的主要功能为爬楼梯功能。我们在传统轮椅的轮子上添加履带，这种履带机爬阶梯式多功能轮椅车，包括上车架和下车架，上车架和下车架通过旋转轴连接，上车架的扶手上设有控制单元盒，控制运行效果。其中，根据近几年的发展，履带型爬楼梯轮椅的技术比较成熟了，因为它的传动效率比较高，行走重心波动很小，而且运动非常平稳。这些优点被人喜欢，但是它的灵活度较低，难以应付多种楼梯设计。所以这就引起了我们的思考，是不是可以对其改进再使用呢？所以我们想到增加星型轮式爬楼梯轮椅的上下楼梯平稳性，这就应该是将来爬楼轮椅的主要趋势。随着当前电动车的普及，将来轮椅也更多的是采用电动驱动，不需要旁人的帮助，操作者自己就可以轻松掌握一系列功能，从而可以方便自己的生活。现在的生活越来越高科技化，我们的家电、汽车、手机等等都逐渐升级，越来越智能化，可见轮椅也一定是朝着这方面发展，它将会在残障人士及年老人群发挥积极作用，成为他们生活中的帮手，而不仅仅是一种用途有限的代步工具。

3 结论

多功能轮椅的设计研究涉及到许多相关以及其他领域的计算机科学技术。并且国内外目前也开始关注多功能輪椅的研究与开发，就目前预测多功能轮椅的发展前景非常可观，并且市场也是较大的。我们设计的是一款简单也很容易操作、智能但不繁琐也真正能投入市场的轮椅，因为针对国内人口逐渐老龄化的国情，我们目的是在创造一个履带式的多功能轮椅，让行动不便的人可以拥有一个较之前更为方便快捷的生活方式，无论国内外，目前多功能轮椅的设计使用热度一直不减，国内外都有很多这方面的研究：比如伟大的物理学家霍金的多功能轮椅，霍金的智能轮椅上具有许多智能系统，像鹰眼系统、红外线识别系统、脑电波感应系统……其中，智能的鹰眼系统非常神奇，它可以看到轮椅四周一米的地方，并且可以分析数据、规划路线。据统计，在霍金的轮椅中已存有九万多个视频，一千多万张图片，但因为制作难度太大，价格太昂贵，从而无法真正投入市场。因为有了调查，所以我们设计的这一款是面向大众的，价格适中，而且我们相信一旦我们打开了市场，自然就会出现更多更好用途更全面的多功能轮椅，那时多功能轮椅就不再是昂贵的代步车了，而是人人有能力消费的平价品了，此时价格因素是多功能轮椅在市场上的有利竞争力，并且多功能轮椅如果想要实现大量生产，必须要运用模块化的设计思想，这样的话不但用户可以随意选择自己想要的轮椅类型，而且，也可降低制造成本，减少设计时间，提高性价比。随着现代科学技术的不断发展，多功能轮椅的面貌也以多种方式出现，随着现代人工智能科学技术的不断发展，相信在不久的将来，多功能轮椅将真正进入到老年人和残障人士的生活中，大大提高他们的生活水平，使他们的出行更加方便快捷，楼梯和路障将不再是他们出行的障碍，帮助他们更好的融入社会当中去。本文所描述的升降式座椅、上下楼梯等功能的一体化，使使用者的生活更加便捷并且对于提高使用者的生活质量有着重大的作用。在对多功能轮椅进行结构设计规划的时候，要考虑以下几个因素：结构是否安全，设计是否人性化，使用是否舒适，材料是否牢固，具体表现在满足轮椅功能结构设计合理的同时让轮椅的使用对象可以毫无顾虑的在心理上接受它，并且要注意合理的选择轮椅制造的材料，提高轮椅的安全性保障，增加可使用时长，保证其高质量，从而来提升多功能轮椅的性价比，使更多人可以接受它。

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【通联编辑：梁书】