緒論1.1課題背景及研究目的意義我國(guó)是全球人口大國(guó)，是人口數(shù)量最多的國(guó)家，人口問(wèn)題復(fù)雜。伴隨著社會(huì)地進(jìn)步發(fā)展，我國(guó)人口老齡化問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，尤其對(duì)行動(dòng)不便的老年人的護(hù)理照顧問(wèn)題逐漸成為全社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)，良好解決此問(wèn)題是全社會(huì)的責(zé)任和擔(dān)當(dāng)[1]。按照世界衛(wèi)生組織的規(guī)定，65歲以上人口數(shù)占總?cè)丝跀?shù)量比率多于7%的社會(huì)稱為“老齡化社會(huì)”。從20世紀(jì)末以來(lái)，我國(guó)的人口老齡化速度不斷加快。65歲及從1990年到2000年10年之間，我國(guó)65歲及以上老年人口數(shù)量已經(jīng)從6299萬(wàn)增長(zhǎng)到8811萬(wàn)，所占比率不斷攀升，占總?cè)丝诘谋壤龔?.57%增長(zhǎng)到6.96%，目前我國(guó)人口已經(jīng)進(jìn)入老年型。預(yù)計(jì)到2040年，65歲及以上老年人口數(shù)量占總?cè)丝跀?shù)的比例可能超約20%。同時(shí)，老年人口高齡化趨勢(shì)日趨明顯：80歲及以上高齡老年人數(shù)量以每年5%的速度增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)2040年將要增長(zhǎng)到7400多萬(wàn)人次[2]。這一問(wèn)是對(duì)我國(guó)老年人保障體系的挑戰(zhàn)。此外，隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，交通事故和各種工程事故致殘人數(shù)在逐年增加。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，每年我國(guó)殘疾人數(shù)量大約增加70萬(wàn)到80萬(wàn)人次;也就是說(shuō)，每個(gè)小時(shí)就會(huì)有近九十人由于意外事故致殘。根據(jù)2006年的第二次全國(guó)殘疾人人口普查數(shù)據(jù)估計(jì)，我國(guó)身體殘疾人數(shù)約占全國(guó)總?cè)藬?shù)的6.5%，其中肢體殘疾的殘障人士所占比例約為三分之一，龐大的殘障人士群體使得這一特殊群體的巨大的特殊需求急需保障。為了更好的解決行動(dòng)不便的老年人和肢體殘疾的弱勢(shì)群體的日常行動(dòng)等問(wèn)題，研究出成熟的輔助工具成為社會(huì)的一大關(guān)注點(diǎn)。這不僅僅是技術(shù)問(wèn)題，也是社會(huì)責(zé)任感的深切體現(xiàn)。因此，研究輪椅的便捷性、可靠性也成為了一大重要課題[3]。目前，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上提供輔助功能的輪椅工具主要有電動(dòng)和手動(dòng)兩類。手動(dòng)輪椅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能比較單一，對(duì)于老年人有一定操作難度，對(duì)于殘疾人等群體又不能滿足使用要求；而電動(dòng)輪椅品類復(fù)雜，功能豐富，價(jià)格昂貴，其繁雜的功能對(duì)于使用者不具有特殊性，不能滿足不同情況使用者的需求。因此，優(yōu)化輪椅的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化操作繁瑣程度，降低生產(chǎn)所需成本，制造出產(chǎn)品化的輪椅輔助工具是必要的[4][5]。能夠良好的滿足行動(dòng)不便的老年人和殘疾人士的生理、心理需求，幫助他們改善生活質(zhì)量，引導(dǎo)他們更好地融入正常人的生活環(huán)境，減輕其家人和社會(huì)的負(fù)擔(dān)具有重大意義。1.2輪椅國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀關(guān)于輪椅的發(fā)展歷史，目前世界范圍內(nèi)公認(rèn)的最早的記錄有兩個(gè)，一個(gè)在中國(guó)南北朝時(shí)期，另一個(gè)是古希臘時(shí)期留存下來(lái)的花瓶上的描繪的是類似輪椅的圖案。1933年，因?yàn)槊绹?guó)的一位采礦工程師在工作中發(fā)生意外致使下肢癱瘓，之后在他的鄰居哈瑞·詹寧斯的熱心幫忙下，他們制作了世界上第一臺(tái)可折疊的便攜式輪椅，并提出了專利申請(qǐng)，之后兩人聯(lián)合成立了第一家輪椅生產(chǎn)公司。在1986年，英國(guó)開(kāi)始投身于智能輪椅的研究之后，其他歐美國(guó)家以及日本紛紛效仿，加大在智能輪椅研究方面投入的資金。其中，一些發(fā)達(dá)國(guó)家，如美國(guó)、日本等公司研制的智能輪椅更是智能化程度高、交互性強(qiáng)、適應(yīng)性強(qiáng)。比如，美國(guó)WELLESLEY項(xiàng)目，給智能輪椅裝備計(jì)算機(jī)控制和傳感器，通過(guò)配備的計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的功能，這一研究在展覽會(huì)上取得極好的成績(jī)；法國(guó)VAHM項(xiàng)目將輪椅的控制方式詳細(xì)劃分為自動(dòng)、半自動(dòng)、手動(dòng)三種模式，尤其輪椅處于自動(dòng)模式時(shí)，智能化程度比較高，在市場(chǎng)上得到用戶青睞，其普及程度較其他產(chǎn)品也較高；西班牙SIAMO項(xiàng)目研究智能輪椅控制系統(tǒng)的模塊化，著重開(kāi)發(fā)人機(jī)交互功能，便于用戶控制輪椅。而亞洲市場(chǎng)中，以日、韓的發(fā)展為引導(dǎo)，除了控制系統(tǒng)的深入研究外，日本推出了一款智能輪椅，在使用者上方，安裝了視覺(jué)傳感器，能夠很好的將環(huán)境信息反饋給使用者，便于其進(jìn)行操作避障。圖1.1美國(guó)WELLESLEY智能輪椅圖1.2法國(guó)VAHM智能輪椅從這些發(fā)展歷史中可以看到各公司的輪椅研究旨在實(shí)現(xiàn)更智能化和多樣化的功能，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能，總的來(lái)說(shuō)是使輪椅使用者的使用體驗(yàn)更加貼近正常人，日常活動(dòng)能夠更獨(dú)立、便捷。對(duì)比國(guó)外的發(fā)展趨勢(shì)，我國(guó)在智能輪椅方向的研究開(kāi)始比較晚，輪椅機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度也相對(duì)較低，靈活性也相對(duì)較弱，與國(guó)外發(fā)展水平相比有一定的差距。隨著我國(guó)人口老齡化加重、下肢殘疾人口數(shù)量不見(jiàn)減少，促使我國(guó)相關(guān)研究機(jī)構(gòu)研發(fā)出具有自身特色的輪椅機(jī)構(gòu)，技術(shù)更加接近國(guó)際水平，研究方向偏向于護(hù)理型輪椅輔助機(jī)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)輔助患者日常生活行動(dòng)，具有優(yōu)良的智能識(shí)別避障能力，此外，也能實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，輔助使用者進(jìn)行簡(jiǎn)單的戶外活動(dòng)。中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所設(shè)計(jì)研發(fā)了一款具有口令和視覺(jué)導(dǎo)航功能、可以與人進(jìn)行語(yǔ)音交互的智能輪椅。這款智能輪椅的設(shè)計(jì)研發(fā)側(cè)重方向是人機(jī)控制界面的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì),在系統(tǒng)的研發(fā)中綜合運(yùn)用模式識(shí)別實(shí)驗(yàn)室有關(guān)圖像處理、計(jì)算機(jī)視覺(jué)和語(yǔ)音識(shí)別等科研成果,使人可以通過(guò)語(yǔ)音控制輪椅的行進(jìn)方向,還能夠?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單的人機(jī)對(duì)話。哈爾濱工程大學(xué)設(shè)計(jì)的可如廁多功能輪椅可以折疊成床，輔助使用者上下床，實(shí)現(xiàn)如廁功能，背靠板、腿托板角度可調(diào)節(jié)，前后輪輪距可調(diào)節(jié)等這多細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。圖1.3中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所研制圖1.4哈爾濱工程大學(xué)可如廁輪椅中科院自動(dòng)化研究所、上海交通大學(xué)等高校、研究院在智能輪椅的研究上具有自身特色，總的來(lái)說(shuō)，圍繞輔助性這一關(guān)鍵點(diǎn)多方位發(fā)展，更好的服務(wù)于老年人、殘疾人。通過(guò)以上研究說(shuō)明，目前，輪椅的研究方向智能化、模塊化、人性化、產(chǎn)品化。（1）對(duì)于智能化來(lái)說(shuō)，輪椅發(fā)展至今已不是這一群體的代步工具，除了基本的自動(dòng)行走，要進(jìn)一步提高智能性，優(yōu)化控制算法，加強(qiáng)人機(jī)交互能力，可以實(shí)現(xiàn)使用者通過(guò)簡(jiǎn)單的表達(dá)控制輪椅執(zhí)行下一步的動(dòng)作，輔助使用者完成簡(jiǎn)單的家務(wù)、進(jìn)行簡(jiǎn)單的戶外活動(dòng)等；（2）模塊化層次上，將整個(gè)系統(tǒng)劃分為各個(gè)功能模塊，可以根據(jù)人群相異的實(shí)際需要，組合出不同功能的產(chǎn)品，控制成本，降低價(jià)格的同時(shí)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)輪椅的兼容性、產(chǎn)品化具有重大意義；（3）人性化方面，設(shè)計(jì)不僅要滿足使用者的生理需求，也應(yīng)該充分照顧到這一特殊群體的心理需求，追求更好的舒適性、便捷性；（4）產(chǎn)品化方面，采用開(kāi)放式的結(jié)構(gòu)、差異化配置、個(gè)性化等要求呼聲越來(lái)越大，使用者也期望在生理和心理兩面都符合自身需求，而個(gè)性化的設(shè)計(jì)可以根據(jù)不同使用者組合不同的產(chǎn)品，滿足不同用戶對(duì)安全性的不同要求，更加契合其使用需求，也會(huì)在價(jià)格方面更容易被接受，而不會(huì)出現(xiàn)被價(jià)格勸退和輪椅功能浪費(fèi)的情況。1.3本文的主要研究?jī)?nèi)容鑒于市面上大多數(shù)輪椅都是普通輪椅，只能滿足代步的需求，為了解決行動(dòng)不便的老年人及殘疾人群，本文設(shè)計(jì)一款可折疊，并且可實(shí)現(xiàn)如廁功能的便捷輪椅，此外并具有普通輪椅的行走功能。同時(shí)，設(shè)計(jì)應(yīng)滿足基本要求：一是，滿足輪椅設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，符合國(guó)家輪椅器械標(biāo)準(zhǔn)，可靠性、安全性有保證，同時(shí)兼顧用戶體驗(yàn)的舒適性；二是，便捷輪椅的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要人性化、功能化、便捷化，能實(shí)現(xiàn)代步、如廁等要求。因此，本文的主要研究?jī)?nèi)容如下：通過(guò)查閱文獻(xiàn)資料和市場(chǎng)調(diào)研，明確國(guó)內(nèi)輪椅研究現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì)，融合市場(chǎng)上現(xiàn)有產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合此類弱勢(shì)群體的實(shí)際使用輪椅時(shí)面臨的問(wèn)題，確認(rèn)整體設(shè)計(jì)方案為設(shè)計(jì)一款具有如廁、折疊、升降功能，同時(shí)具有普通輪椅的行走功能的多功能便捷輪椅,并實(shí)現(xiàn)使用者的簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)移功能，根據(jù)國(guó)家輪椅器械相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和人機(jī)工程學(xué)確定整體設(shè)計(jì)方案以及各模塊總體尺寸參數(shù)等指標(biāo)，根據(jù)各模塊功能選擇電機(jī)型號(hào)。(2)根據(jù)模塊化設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)便捷輪椅的折疊機(jī)構(gòu)、升降機(jī)構(gòu)、如廁機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu);對(duì)各功能模塊進(jìn)行詳細(xì)的機(jī)構(gòu)分析，在SolidWorks環(huán)境下進(jìn)行虛擬三維建模，在裝配過(guò)程中驗(yàn)證各機(jī)構(gòu)之間是否存在干涉，保證產(chǎn)品的合理性、可靠性、順滑性，對(duì)支撐件、連接件等關(guān)鍵部件受力分析，驗(yàn)證機(jī)構(gòu)的安全性、合理性并對(duì)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化。第2章總體設(shè)計(jì)方案2.1引言輪椅的設(shè)計(jì)是一種具有創(chuàng)造性的活動(dòng)，旨在滿足行動(dòng)不便的老年人或者殘疾人的生理需求。在設(shè)計(jì)之前，要充分了解用戶的使用需求，調(diào)查市場(chǎng)上此類產(chǎn)品的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)。本文的便捷輪椅設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)升降、折疊、如廁、轉(zhuǎn)移功能，從而幫助尤其是下肢能力障礙的弱勢(shì)群體生活更加方便，可以實(shí)現(xiàn)在無(wú)人幫助的情況下從床上到輪椅上的轉(zhuǎn)移、如廁等日常行為[6]。通過(guò)機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計(jì)等課程的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)理論和方法，尋找解決問(wèn)題、實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)的途徑。針對(duì)這些功能要求，本章將敘述設(shè)計(jì)中執(zhí)行的國(guó)家輪椅器械標(biāo)準(zhǔn)、人機(jī)工程學(xué)理論和我國(guó)成年人人體尺寸標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容，將此類標(biāo)準(zhǔn)和機(jī)械設(shè)計(jì)方法結(jié)合在一起，設(shè)計(jì)便捷輪椅的機(jī)構(gòu)構(gòu)型，并確定關(guān)鍵的機(jī)構(gòu)部件尺寸。2.2國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中輪椅機(jī)構(gòu)分析查閱輪椅專利資料，分析市場(chǎng)中現(xiàn)有的輪椅主要機(jī)構(gòu)如下：1.水平升降式機(jī)構(gòu)對(duì)于乘坐輪椅的人來(lái)說(shuō)，坐姿狀態(tài)下自身所能觸及的范圍非常有限，這給生活帶來(lái)了極大的不便。在輪椅座椅下方設(shè)計(jì)一個(gè)升降機(jī)構(gòu)，通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)升降機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)座椅在一定范圍內(nèi)上下移動(dòng)。設(shè)計(jì)中要考慮到升降機(jī)構(gòu)的支撐是否會(huì)帶來(lái)輪椅側(cè)翻的風(fēng)險(xiǎn)，因此，設(shè)計(jì)時(shí)要保證機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的安全性，升降機(jī)構(gòu)和輪椅座椅的接觸面積要大，支撐點(diǎn)要對(duì)稱，防止側(cè)翻發(fā)生給輪椅使用者帶來(lái)的危害。圖2.1升降機(jī)構(gòu)輪椅①圖2.2升降機(jī)構(gòu)輪椅②2.爬樓機(jī)構(gòu)國(guó)外對(duì)于爬樓機(jī)構(gòu)的研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于國(guó)內(nèi)，技術(shù)也相對(duì)成熟。近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)的研究也取得許多成果，主要的爬樓機(jī)構(gòu)有履帶式、星輪式、步進(jìn)式。爬樓機(jī)構(gòu)的出現(xiàn)很大程度上擴(kuò)大了輪椅的使用場(chǎng)景，增強(qiáng)了輪椅的越障能力，這對(duì)行動(dòng)不便的老年人和殘疾人來(lái)說(shuō)是一大進(jìn)步。但目前來(lái)說(shuō)，類似機(jī)構(gòu)輪椅機(jī)構(gòu)復(fù)雜，成本較大，價(jià)格也相對(duì)昂貴，機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性也是一個(gè)核心問(wèn)題，除此之外，像履帶式結(jié)構(gòu)在使用中磨損較大，這也是爬樓機(jī)構(gòu)的一些缺點(diǎn)。圖2.3履帶式爬樓輪椅圖2.4星輪式爬樓輪椅3.折疊機(jī)構(gòu)折疊機(jī)構(gòu)的出現(xiàn)，主要用在輪椅靠背和腿部支撐的角度調(diào)節(jié)，可以讓使用者根據(jù)自身習(xí)慣調(diào)整出最舒適的坐姿，減輕長(zhǎng)期保持坐姿給身體帶來(lái)的危害，也可在兩者調(diào)節(jié)的配合下，將輪椅調(diào)整成輪椅床，方便使用者坐姿和躺姿的變換，也便于其獨(dú)立完成從床上到輪椅上的轉(zhuǎn)移。圖2.5可折疊輪椅4.輔助站立機(jī)構(gòu)輔助站立機(jī)構(gòu)能給使用者帶來(lái)諸多生活上的便利。但是設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮從坐姿到站姿變換中重心的穩(wěn)定性問(wèn)題，保證機(jī)構(gòu)使用的安全性。輔助站立機(jī)構(gòu)一般要與折疊機(jī)構(gòu)配合使用，先將輪椅靠背、座椅和腿部支撐調(diào)成同一水平面內(nèi)，再通過(guò)支撐，將形成的平板支撐到一定傾斜角度，達(dá)到站立的效果。圖2.6可站立式輪椅2.3產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求及標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求的分析是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的重要一環(huán)。產(chǎn)品需求可以指導(dǎo)設(shè)計(jì)的方向，規(guī)劃產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案，使產(chǎn)品更加具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。便捷輪椅作為輔助行走和日常生活的設(shè)備，目的在于解決行動(dòng)不便的老年人和殘疾人日常活動(dòng)不方便的問(wèn)題，根據(jù)這類弱勢(shì)群體心理和生理需求，便捷輪椅的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要符合國(guó)內(nèi)研究趨勢(shì)，整合市場(chǎng)中輪椅的優(yōu)點(diǎn)，改進(jìn)其主要缺點(diǎn)，簡(jiǎn)化輪椅操作方式，同時(shí)必須充分兼顧安全性、舒適性等要求，據(jù)此確定設(shè)計(jì)的總體方案。本文設(shè)計(jì)的便捷輪椅將依據(jù)國(guó)家輪椅器械有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和人機(jī)工程學(xué)相關(guān)理論作為輪椅設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，充分考慮設(shè)計(jì)的外形尺寸標(biāo)準(zhǔn)、安全性、便捷性、舒適性和標(biāo)準(zhǔn)化原則，設(shè)計(jì)一款具有折疊功能、如廁功能、患者轉(zhuǎn)移功能和行走功能的便捷輪椅。此外，要充分考慮使用者的生理和心理需求。肢體殘疾的弱勢(shì)群體通常無(wú)法正常進(jìn)行日?；顒?dòng)，與常人的不一樣，使他們不僅在身體上有重大負(fù)擔(dān)，心理上也會(huì)感到自卑和焦慮。輪椅此類輔助工具可以很好的滿足他們的生理需求，讓他們和正常人的生活方式更貼近一步，這也能給他們心里帶來(lái)安慰，增強(qiáng)自尊心和自信心，減輕他們的自卑感。同時(shí)，對(duì)于此類人群，坐姿是他們長(zhǎng)時(shí)間保持的姿態(tài)，而久坐又給身體帶來(lái)更大的負(fù)擔(dān)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響到人體健康。因此，設(shè)計(jì)中要同時(shí)考慮到使用者的心理和生理需求，將人性化的設(shè)計(jì)加入到便捷輪椅中，比如，簡(jiǎn)單的坐姿調(diào)整機(jī)構(gòu)，便于使用者調(diào)整坐姿，增加舒適度等。2.3.1人機(jī)工程學(xué)概述人機(jī)工程學(xué)[7]產(chǎn)生于歐洲，在美國(guó)得到發(fā)展并走向成熟?！叭藱C(jī)工程學(xué)”的定義可以總結(jié)為：研究人、機(jī)器、環(huán)境組成的系統(tǒng)，綜合運(yùn)用人體測(cè)量學(xué)、衛(wèi)生學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)、工程技術(shù)等知識(shí)，研究三者相互聯(lián)系而產(chǎn)生的關(guān)系，提供簡(jiǎn)化操作、簡(jiǎn)單安全、高效舒適的人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的理論和方法，創(chuàng)造出更加舒適、安全的工作環(huán)境，使工作效率達(dá)到更高的水平。這個(gè)系統(tǒng)中，人、機(jī)、環(huán)境三個(gè)要素之間相互作用的關(guān)系決定著系統(tǒng)總體的性能。我國(guó)對(duì)人機(jī)工程學(xué)研究起步較晚，但是發(fā)展較為迅速。目前，這門學(xué)科的研究已經(jīng)深入諸多領(lǐng)域，并在交通運(yùn)輸、醫(yī)療衛(wèi)生、工農(nóng)業(yè)等大量領(lǐng)域得到實(shí)際應(yīng)用，也實(shí)現(xiàn)了本學(xué)科和工程技術(shù)相關(guān)學(xué)科的交融滲透，并不斷擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。在本文設(shè)計(jì)的“人—機(jī)—環(huán)境”系統(tǒng)中，“人”指的是行動(dòng)不便的老年人及殘疾人等，“機(jī)”指便捷輪椅機(jī)構(gòu)，“環(huán)境”指的是使用者使用輪椅時(shí)所在的室內(nèi)或室外環(huán)境[8]。將人機(jī)工程學(xué)融入到本文便捷輪椅的設(shè)計(jì)中，使產(chǎn)品更加人性化，提升使用的安全性、舒適性。2.3.2國(guó)家輪椅器械相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)在本文設(shè)計(jì)中，確定便捷輪椅的主要尺寸時(shí)，參考《GB/T12996-2012電動(dòng)輪椅車》和《GB/T18029.6-2009輪椅車第6部分：電動(dòng)輪椅車最大速度、加速度和減速度的測(cè)定》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如下表2.1和表2.2所示。表2.1中涉及室內(nèi)、外型和道路型，本文設(shè)計(jì)參考道路型，取總長(zhǎng)度低于1600mm，總寬度低于750mm。表2.1電動(dòng)輪椅外形尺寸室內(nèi)、外型/mm道路型/mm總長(zhǎng)≤1200≤1600總寬≤700≤750總高≤1200—表2.2電動(dòng)輪椅最大行駛速度和最大加速度最大行駛速度/m/s最大加速度/m/s2水平路面1.661.3傾斜路面10°0.8國(guó)家成年人人體尺寸相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)和人體尺寸很大程度決定人使用機(jī)械器具時(shí)是否舒適、便捷[9]。人體尺寸是便捷輪椅尺寸確定的基礎(chǔ)。在本文的設(shè)計(jì)中，人體尺寸參考國(guó)標(biāo)《GB10000-88中國(guó)成年人人體尺寸》，具體數(shù)據(jù)如圖2.7、圖2.8、圖2.9、圖2.10和表2.3、表2.4、表2.5所示。圖2.7人體主要尺寸圖2.8人體坐姿主要尺寸表2.3中國(guó)成年人人體主要尺寸（mm）男（18～60周歲）女（18～55周歲）測(cè)量項(xiàng)目5%10%50%90%95%5%10%50%90%95%4.1.1身高15831604167817541775148415031570164016594.1.2體重485059717542445263664.1.3上臂長(zhǎng)2892943133333382622672843033084.1.4前臂長(zhǎng)2162202372532581931982132292344.1.5大腿長(zhǎng)4284364654965054024104384674764.1.6小腿長(zhǎng)338344369396403313319344370376表2.4中國(guó)成年人坐姿尺寸（mm）男（18～60周歲）女（18～55周歲）測(cè)量項(xiàng)目5%10%50%90%95%5%10%50%90%95%4.3.1坐高8588709089479588098198558919014.3.2頸椎點(diǎn)高6156246576917015795876176486574.3.3坐姿眼高7497617988368476957047397737834.3.4坐姿肩高5575665986316415185265565855944.3.5坐姿肘高2282352632912982152232512772844.3.6坐姿大腿厚1121161301461511131171301461514.3.7坐姿膝高4564644935235324244314584854934.3.8小腿加足3833894134394483423503823994054.3.9坐深4214294574864944014084334334694.3.10臀膝距5155245545855954955025295615704.3.11下肢長(zhǎng)92193799210461063851865912960975圖2.9人體側(cè)向尺寸圖2.10人體水平尺寸表2.5中國(guó)成年人人體側(cè)向和正向尺寸（mm）男（18～60周歲）女（18～55周歲）測(cè)量項(xiàng)目5%10%50%90%95%5%10%50%90%95%4.4.1坐高2532592803073152332392602892994.4.2坐姿頸椎高1861912122372451701761992302394.4.3坐姿眼高3443513753974033203283513713774.4.4坐姿肩高3984054314604693633713974284384.4.5坐姿頸肘高2822883063273342902963173403464.4.8小腿加足高7918068679449707457608259199494.4.9坐深6506657358598956596807729049504.4.10臀膝距8058208759489708248409009751000便捷輪椅設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)選取應(yīng)符合大多數(shù)使用者的情況，因此，根據(jù)表中數(shù)據(jù)，取男性百分位數(shù)為95的數(shù)據(jù)作為設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)上限值，保證便捷輪椅的設(shè)計(jì)具有普遍適用性。2.4便捷輪椅功能需求及機(jī)構(gòu)方案2.4.1便捷輪椅功能需求分析綜合輪椅設(shè)計(jì)發(fā)展現(xiàn)狀和使用者實(shí)際訴求，得出便捷輪椅基本功能需求如下：（1）行走功能。行動(dòng)不便的老年人和殘疾人生活中最大的問(wèn)題就是如何正常行動(dòng)，在各種生活場(chǎng)景下，這個(gè)問(wèn)題都是個(gè)亟待解決的困難，良好的行走功能可以幫助他們行動(dòng)，也是輪椅最基本的、必須的功能。（2）升降功能。傳統(tǒng)輪椅功能單一，對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)，很多場(chǎng)景依舊需要他人的輔助，比如說(shuō)從床上轉(zhuǎn)移到輪椅上，拿高處的物品等問(wèn)題，升降功能可以很好地使輪椅與床平齊，能夠良好的實(shí)現(xiàn)人從床到輪椅的轉(zhuǎn)移，也可以滿足使用者取放一定高度物品的需求。（3）如廁功能。對(duì)于行動(dòng)不便的老年人和殘疾人來(lái)說(shuō)，他們要長(zhǎng)期坐在輪椅上，具有如廁功能可以讓他們生活更加便捷，增加其獨(dú)立生活的能力，實(shí)現(xiàn)這一功能使輪椅的設(shè)計(jì)更加人性化。（4）折疊功能。長(zhǎng)期使用輪椅對(duì)使用者的身體也是一種負(fù)擔(dān)，因此設(shè)計(jì)輪椅時(shí)，將背靠和腳踏板設(shè)計(jì)成可活動(dòng)、折疊的機(jī)構(gòu)，方便使用者調(diào)節(jié)角度，減輕身體負(fù)擔(dān)，不但滿足使用者的需求，更考慮其使用體驗(yàn)，使產(chǎn)品向人性化方向發(fā)展，提升舒適性[10]-[12]。2.4.2便捷輪椅機(jī)構(gòu)方案1-扶手2-坐便蓋3-靠背4-升降桿5-升降底架6-外骨架7-輪椅底架8-腿部支撐圖2.11便捷輪椅總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.11所示，為便捷輪椅總體結(jié)構(gòu)示意圖，具體包括靠背3、扶手1、座椅、坐便蓋2、便盆、升降連桿4、底架7、外骨架6、腿部支撐8、腳托等結(jié)構(gòu)?？勘?、扶手、坐便機(jī)構(gòu)連接座椅，靠背可進(jìn)行角度調(diào)節(jié)，保證患者舒適度的同時(shí)，可以放平靠背，配合腿部支撐的調(diào)節(jié)，組成輪椅床，方便患者的使用；坐便蓋可取下，方便患者快速便捷實(shí)現(xiàn)如廁功能；升降桿下端連接底架，通過(guò)電動(dòng)推桿實(shí)現(xiàn)座椅機(jī)構(gòu)的升降功能；腿部支撐連接在外骨架上，可通過(guò)電動(dòng)推桿調(diào)節(jié)角度，與上述機(jī)構(gòu)配合，實(shí)現(xiàn)坐姿、躺姿變換。圖2.12便捷輪椅機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖（機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化）如圖2.12所示，為便捷輪椅機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖（機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)化）。此機(jī)構(gòu)一共有6個(gè)活動(dòng)構(gòu)件和8個(gè)平面低副組成。根據(jù)平面機(jī)構(gòu)自由度公式，計(jì)算其自由度：F=3（2—1）式中，F(xiàn)為機(jī)構(gòu)自由度，n為活動(dòng)構(gòu)件數(shù)目，pl為平面低副數(shù)目，ph為平面高副數(shù)目。本機(jī)構(gòu)活動(dòng)構(gòu)件數(shù)為6，低副數(shù)目為8，高副數(shù)目為0，所示機(jī)構(gòu)自由度為2，所需原動(dòng)件數(shù)目為2。2.5便捷輪椅尺寸設(shè)計(jì)參數(shù)根據(jù)前面所述輪椅尺寸確定原則，參考國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，最終確定便捷輪椅尺寸選取如表2.6所示。表2.6便捷輪椅尺寸設(shè)計(jì)參數(shù)輪椅參數(shù)名稱設(shè)計(jì)參數(shù)數(shù)值總長(zhǎng)1112mm總高1000mm總寬656mm座椅高424mm座椅寬435mm座椅長(zhǎng)425mm背靠調(diào)節(jié)角度70°腿托調(diào)節(jié)角度60°2.6本章小結(jié)本章內(nèi)容根據(jù)輪椅功能需求、國(guó)家輪椅相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和人機(jī)工程學(xué)，確定輪椅的主要設(shè)計(jì)尺寸，并確定輪椅的機(jī)構(gòu)方案，在有限的條件下實(shí)現(xiàn)提出的折疊、升降、如廁和行走功能，為老年人和殘疾人等行動(dòng)不便的弱勢(shì)群體帶來(lái)生活便捷，結(jié)合人機(jī)工程學(xué)，了解輪椅的設(shè)計(jì)不僅滿足使用者的功能需求，更要照顧到這一特殊群體的心理狀況，使設(shè)計(jì)更加人性化。

第3章機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1引言本章內(nèi)容是，在第2章確定的總體設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，采用模塊化設(shè)計(jì)的方法對(duì)便捷輪椅的各個(gè)功能模塊進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)說(shuō)明，并在SolidWorks環(huán)境下進(jìn)行虛擬三維建模，并在裝配過(guò)程中優(yōu)化零件設(shè)計(jì)、驗(yàn)證各機(jī)構(gòu)之間是否存在干涉，保證機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)的順暢性。3.2便捷輪椅總體布局便捷輪椅機(jī)構(gòu)總體分為兩層。上半層是主體構(gòu)架部分和升降機(jī)構(gòu)，如圖3.1所示。主要包括：靠背、座椅、扶手、如廁機(jī)構(gòu)，主要完成承載、靠背角度調(diào)節(jié)、升降等功能，如廁機(jī)構(gòu)中，坐便蓋可自由取下，配合便盆實(shí)現(xiàn)讓患者更便捷解決如廁問(wèn)題的功能；下半層結(jié)構(gòu)如圖3.2所示，主要包括：底架、外骨架、腿部支撐、行走輪椅等機(jī)構(gòu)。腿部支撐可通過(guò)推桿調(diào)整角度，滿足患者乘坐的舒適性需求，也可配合靠背的角度調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)成輪椅床，行走機(jī)構(gòu)，輪子通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)基本的行走功能[13]。圖3.1便捷輪椅上半部分圖3.2便捷輪椅下半部分3.3便捷輪椅升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3.3.1升降機(jī)構(gòu)概述及設(shè)計(jì)便捷輪椅升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要滿足幾點(diǎn)要求：（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便，不影響其他機(jī)構(gòu)的運(yùn)行；（2）占空間體積小，不影響其他機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，承載量大。本文設(shè)計(jì)采用剪叉式結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)垂直升降，結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單，承載量足夠。升降距離為424mm~527mm，行程為103mm，如圖3.3所示。1-座椅架2-扶手3-升降桿4-升降底架5-電動(dòng)推桿6-連接架7-滑槽圖3.3升降機(jī)構(gòu)兩側(cè)分別采用電動(dòng)推桿作為驅(qū)動(dòng)裝置，帶動(dòng)剪叉式結(jié)構(gòu)收縮、展開(kāi)，從而實(shí)現(xiàn)座椅在垂直方向上的上升、下降。本文的升降機(jī)構(gòu)安裝在座椅下方，剪叉式結(jié)構(gòu)在座椅左右兩側(cè)，保證安裝的對(duì)稱性以及電動(dòng)推桿驅(qū)動(dòng)的同步性，防止因座椅承載的重心偏移而發(fā)生側(cè)翻，升降機(jī)構(gòu)上方連接在座椅上支撐面積大，保證了升降的安全性。升降機(jī)構(gòu)可以滿足患者高處取物或者從床上到輪椅上的轉(zhuǎn)移的基本需求。升降機(jī)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性對(duì)輪椅至關(guān)重要，不但影響患者在各種環(huán)境中使用效果，也關(guān)系到使用的安全問(wèn)題，因此，對(duì)升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是非常必要的。3.3.2升降機(jī)構(gòu)關(guān)鍵聯(lián)接件建模便捷輪椅的升降機(jī)構(gòu)主要通過(guò)兩個(gè)電動(dòng)推桿來(lái)驅(qū)動(dòng)，剪叉式升降桿上方配合構(gòu)架直接焊接在座椅架上，下方配合升降底架，都通過(guò)銷連接，由于載荷較大，且需要保證產(chǎn)品的安全性，因此，要保證關(guān)鍵聯(lián)接件的強(qiáng)度。下圖為關(guān)鍵部件在SolidWorks環(huán)境下的三維建模。圖3.4升降推桿圖3.5升降底架3.4如廁機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)如廁機(jī)構(gòu)是便捷輪椅設(shè)計(jì)中的重要一環(huán)，實(shí)現(xiàn)如廁功能也是使輪椅充分滿足老年人或者殘疾使用者的需求，手動(dòng)將坐便蓋抽出進(jìn)行如廁，操作簡(jiǎn)單便捷。如廁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3.6所示。a）b）1-便盆2-座椅架3-掛把4-坐便蓋5-坐墊6-把手7-滑槽圖3.6如廁機(jī)構(gòu)如廁便盆采用懸掛式結(jié)構(gòu)，左側(cè)懸掛可以取下，右側(cè)有連接在座椅架上的掛把，可旋轉(zhuǎn)角度，取放清理方便。雖然，相比電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的開(kāi)合式坐便機(jī)構(gòu)不夠便捷，但是采用手動(dòng)取放的坐便蓋和便盆結(jié)構(gòu)，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，不影響其他機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)運(yùn)行，也不涉及電驅(qū)動(dòng)的復(fù)雜設(shè)計(jì)問(wèn)題。3.5折疊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)便捷輪椅的功能需求之一是輪椅可以靠背和腿部支撐可以調(diào)整角度，變換坐姿[14][15]。因此，本文便捷輪椅設(shè)計(jì)了靠背和腿部支撐可調(diào)節(jié)的機(jī)構(gòu)。同時(shí)，考慮到老年人或者殘疾人長(zhǎng)時(shí)間使用輪椅的身體負(fù)擔(dān)，因此，靠背和腿部支撐的調(diào)節(jié)為單獨(dú)調(diào)節(jié)，坐姿時(shí)，使用者可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整坐姿角度，保證舒適性。折疊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要遵循的原則：（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于調(diào)節(jié)；（2）輪椅結(jié)構(gòu)緊湊，不干涉其他機(jī)構(gòu)的運(yùn)行?？勘辰嵌日{(diào)節(jié)直接通過(guò)調(diào)角器電機(jī)實(shí)現(xiàn)，腿部支撐的調(diào)節(jié)通過(guò)裝在底架上的電動(dòng)推桿實(shí)現(xiàn)，具體如圖3.7所示。1-腿部支撐2-電動(dòng)推桿3-輪椅底架4-外骨架圖3.7腿部折疊機(jī)構(gòu)3.6患者轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)對(duì)于下肢行動(dòng)不便的人群來(lái)說(shuō)，日常行動(dòng)已經(jīng)是一件很困難的事，普通輪椅智帶給他們一般的行動(dòng)體驗(yàn)，在日常生活中，上下床、上下車等問(wèn)題對(duì)他們來(lái)說(shuō)依然是有障礙的。本文便捷輪椅設(shè)計(jì)中，通過(guò)對(duì)座椅架和座椅部分的設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)患者無(wú)縫轉(zhuǎn)移。通過(guò)電動(dòng)推桿推動(dòng)座椅在座椅架滑槽上滑行，來(lái)調(diào)整座椅位置，配合升降機(jī)構(gòu)使用，能夠直接把座椅送到床上、沙發(fā)上、汽車座椅上，讓患者在原地實(shí)現(xiàn)這些位置到輪椅上或者輪椅到這些位置的轉(zhuǎn)移。使使用者的生活、出行更加便捷輕松。采用電動(dòng)推桿設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：（1）機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于調(diào)節(jié)；（2）可以通過(guò)選擇電動(dòng)推桿的行程來(lái)控制座椅的行進(jìn)距離，調(diào)節(jié)方便，能很好的保證機(jī)構(gòu)運(yùn)行的安全性；（3）機(jī)構(gòu)占空間小，不影響其他機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。圖3.8座椅架滑軌圖3.9座椅滑槽和推桿安裝槽如圖3.10所示，為輪椅患者轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)工作原理圖。a）工作前b）工作中圖3.10患者轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)工作原理圖3.7在SolidWorks環(huán)境下的三維建模3.7.1便捷輪椅三維建模在確定便捷輪椅的機(jī)構(gòu)和尺寸之后，通過(guò)SolidWorks軟件對(duì)便捷輪椅的背靠、座椅、扶手、升降桿、升降底架、輪椅底架、腿部支撐、電動(dòng)推桿及其他零部件等機(jī)構(gòu)進(jìn)行三維建模[16]。完成對(duì)便捷輪椅零部件的建模只是第一步，然后要將零部件裝配起來(lái)，在裝配過(guò)程中，可以驗(yàn)證機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理，尺寸是否合適。根據(jù)便捷輪椅的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)中采用自底向上和自頂向下相結(jié)合的裝配方法，裝配時(shí)將零部件裝配成兩個(gè)子裝配體，在根據(jù)約束將兩個(gè)子裝配體組合成完整裝配體。在整個(gè)裝配過(guò)程中，反復(fù)驗(yàn)證零部件的尺寸是否合理、機(jī)構(gòu)之間是否會(huì)發(fā)生干涉，并進(jìn)行修改，在不斷的驗(yàn)證過(guò)程中最終完成對(duì)便捷輪椅的裝配，如圖3.10所示。圖3.10便捷輪椅三維模型根據(jù)人機(jī)工程學(xué)，便捷輪椅設(shè)計(jì)背靠和腿部支撐的角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，可以使使用者根據(jù)自身情況調(diào)整坐姿，達(dá)到最舒服的姿勢(shì)，減輕久坐的身體負(fù)擔(dān)。如圖3.11所示。腿部支撐調(diào)節(jié)角度為60°，背靠調(diào)節(jié)角度為70°。a）b）圖3.11座椅姿態(tài)調(diào)節(jié)3.7.2關(guān)鍵零部件建模對(duì)關(guān)鍵零部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，研究其約束特征。在SolidWorks中，利用建模模塊功能，根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸，用草圖、拉伸、凸臺(tái)、旋轉(zhuǎn)、掃描等功能完成零部件的三維模型。完成建模之后，在裝配中遇到問(wèn)題可直接進(jìn)行尺寸修改，為之后的工作帶來(lái)便捷。圖3.12為部分關(guān)鍵零件的三維模型。a）旋轉(zhuǎn)固定頭b）電機(jī)連接板c）前支撐架d）萬(wàn)向輪前叉圖3.12關(guān)鍵零部件建模3.8本章小結(jié)本章敘述了便捷輪椅各個(gè)功能模塊的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，并闡述了對(duì)零部件的SolidWorks三維建模和裝配。首先，根據(jù)便捷輪椅的功能要求，采用模塊化設(shè)計(jì)的方法設(shè)計(jì)了各個(gè)功能模塊機(jī)構(gòu)，并簡(jiǎn)單說(shuō)明各個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。采用自底向上、自頂向下結(jié)合的建模方法，對(duì)零部件進(jìn)行裝配并優(yōu)化模型的尺寸設(shè)計(jì)和模型，最后列舉了便捷輪椅中一些關(guān)鍵零件的三維模型。

第4章電機(jī)功率計(jì)算4.1水平路面行走電機(jī)功率計(jì)算便捷輪椅重m1約為60kg，取人體重量m2取值75kg，總重135kg。根據(jù)第2章相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，電動(dòng)輪椅水平路面最大行駛速度vH=1.66m/s，加速度aH=1.3m/s2。摩擦系數(shù)取水泥地面值。行駛時(shí)摩擦力、空氣阻力、慣性力合力和電機(jī)提供的動(dòng)力為一對(duì)平衡力。靜摩擦力：F動(dòng)摩擦力：F空氣阻力：F式中：μs——靜摩擦系數(shù)，取0.4；μd——?jiǎng)幽Σ料禂?shù)，取0.032；C——空氣阻力系數(shù)，大約取1；ρ——空氣密度，取1.293kg/m3；S——戶外迎風(fēng)面積，取極限值2m×0.5m；v——戶外與空氣相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，取最大值v≈vH=1.66m/s。戶外慣性力：F在水平路面行駛所需功率：P=輪椅行駛中取最少2個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)情況，此時(shí)單個(gè)電機(jī)所需最大功率：P式中：k——電機(jī)數(shù)量，取2；η——機(jī)械傳動(dòng)效率，取0.8.計(jì)算得：Ps約為230W。4.2升降電機(jī)功率計(jì)算升降時(shí)，主要承載的有上半部分輪椅重量、人體重量，則電動(dòng)推桿驅(qū)動(dòng)力約為：F=式中：m1——上半部分輪椅重量，取40kg；m2——人體重量，取75kg。計(jì)算得出：F約為1127N。單個(gè)電動(dòng)推桿的驅(qū)動(dòng)力為563.5N。4.3本章小結(jié)本章對(duì)輪椅水平路面行走功率和升降機(jī)構(gòu)功率進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算，最后得到輪椅在水平路面行走和升降時(shí)所需最大功率。第5章工程定額概算5.1便捷輪椅制造過(guò)程成本預(yù)算5.1.1非標(biāo)設(shè)備制作定額說(shuō)明1、關(guān)于材料主材鋼板主要用的是45號(hào)鋼，使用其他材料的，則另加額外的費(fèi)用。用量較小、基本價(jià)格影響較小的零散材料的定額不計(jì)入其中，歸為其他材料費(fèi)用。外購(gòu)件以及協(xié)作構(gòu)件不計(jì)算在定額中，按照?qǐng)D紙計(jì)量其使用量，按采購(gòu)或協(xié)作合同的價(jià)格計(jì)算其價(jià)格。2、關(guān)于機(jī)械基本價(jià)格影響較小的零散小型機(jī)件包含在定額計(jì)算中，不用單獨(dú)列出臺(tái)班量，統(tǒng)稱為其他機(jī)械費(fèi)用。3、定額中關(guān)于“各種零件檢測(cè)、齒輪膠合承載、承壓承載、零部件刷油”等，僅僅在編制非標(biāo)設(shè)備制作預(yù)算中可以適用。4、有關(guān)費(fèi)用系數(shù)的計(jì)算儀器的拆裝等費(fèi)用按照定額人工費(fèi)的8%計(jì)算，其中，人工的工資占25%。在對(duì)身體有害的環(huán)境下制作的非標(biāo)設(shè)備還需要增加額外的施工降效費(fèi)用，按照定額人工費(fèi)用的10%計(jì)算。預(yù)熱焊接人工的費(fèi)用按照定額人工費(fèi)額外增加10%。制作零件的廢物損失計(jì)為直接費(fèi)的1%。根據(jù)質(zhì)量監(jiān)督部門的制度，檢查的費(fèi)用按照直接費(fèi)用的5%計(jì)算。5.1.2便捷輪椅制作定額基價(jià)表表5.1便捷輪椅各部件總報(bào)價(jià)表項(xiàng)目數(shù)量材料費(fèi)用(元)加工費(fèi)用(元)總價(jià)(元)平鍵210×2020角接觸球軸承235×2070內(nèi)六角圓柱頭螺栓210×2020墊片164×16064開(kāi)口銷181×18018銷軸141×14014萬(wàn)向輪235×2070萬(wàn)向輪輪轂250×20100萬(wàn)向輪前叉218×2160196輪椅前支撐架220×2160200升降底座125180205坐便蓋120140160扶手215×2100130扶手支架215×2100130坐墊135150185座椅支架125180205背靠145170215背靠后支撐120160200電動(dòng)推桿5180×50900底部托架120150170升降連桿A250×2180280升降連桿B250×2170270底部連桿130130160驅(qū)動(dòng)輪260×20120驅(qū)動(dòng)輪輪轂250×20100驅(qū)動(dòng)輪固定座230×2060電機(jī)連接板215×2100130減速電機(jī)2450×20900便盆180120200合計(jì)5492由表5.1可以看出，本次便捷輪椅設(shè)計(jì)的總成本大約在5492元。5.2便捷輪椅制作過(guò)程管理5.2.1便捷輪椅制作時(shí)間安排在整個(gè)便捷輪椅的設(shè)計(jì)制作過(guò)程中，用了前三周的時(shí)間來(lái)做調(diào)研、查文獻(xiàn)、查專利、分析市場(chǎng)概況，了解一個(gè)輪椅機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的原理、方法，初步確定設(shè)計(jì)的路線、概念模型和設(shè)計(jì)所實(shí)現(xiàn)的功能。接下來(lái)四周的時(shí)間里，細(xì)化輪椅的設(shè)計(jì)目標(biāo)和總體的設(shè)計(jì)方案，并不斷改進(jìn)最初的設(shè)計(jì)概念模型，在這個(gè)過(guò)程中整理文獻(xiàn)資料，完成學(xué)校發(fā)布的初期畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)，并撰寫開(kāi)題報(bào)告。之后大概五周多的時(shí)間中，都在完成便捷輪椅的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)前期查閱的文獻(xiàn)，確定輪椅實(shí)現(xiàn)的主要功能，再把各個(gè)功能分成單獨(dú)的模塊，分別在SolidWorks環(huán)境下進(jìn)行三維建模，完成初步的零部件設(shè)計(jì)后，分部分把零部件裝配起來(lái)，最終完成一個(gè)完整裝配體的建模。在這個(gè)過(guò)程中，對(duì)初次建模的零部件形狀設(shè)計(jì)、尺寸設(shè)計(jì)等不斷修改，保證能夠滿足配合條件，并且不存在機(jī)構(gòu)之間的干涉問(wèn)題。確定最終設(shè)計(jì)模型后，繪制零部件圖紙。這一過(guò)程是關(guān)鍵步驟，也是整個(gè)工作的核心內(nèi)容。完成設(shè)計(jì)之后，整理圖紙，通過(guò)查閱機(jī)械手冊(cè)等資料，確定機(jī)構(gòu)的材料、電機(jī)和推桿等通用件的型號(hào)，查詢機(jī)構(gòu)加工費(fèi)用，撰寫詳細(xì)的設(shè)計(jì)說(shuō)明書。整個(gè)過(guò)程也是在丁海濤老師幫助引導(dǎo)下順利進(jìn)行，解決諸多難題不斷完自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)。5.2.2便捷輪椅制作的質(zhì)量保證便捷輪椅的整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，所有的尺寸設(shè)計(jì)、參數(shù)選取、材料選用都是查閱資料和相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)后，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。并在設(shè)計(jì)中對(duì)零部件的強(qiáng)進(jìn)行校核，使其達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格保證產(chǎn)品的質(zhì)量。結(jié)論行動(dòng)不便的老年人和殘疾人的日常生活行動(dòng)、護(hù)理等問(wèn)題一直是社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題，尤其對(duì)于現(xiàn)在人口老齡化嚴(yán)重的中國(guó)來(lái)說(shuō)，這一問(wèn)題亟待解決。而解決這一問(wèn)題，不僅僅是滿足這部分弱勢(shì)群體的生理、心理需求，更重要是這是一種社會(huì)責(zé)任。種種原因都在促使輪椅行業(yè)不斷進(jìn)步、增長(zhǎng)。本文基于此，設(shè)計(jì)一款有折疊、如廁、升降、行走等多種機(jī)構(gòu)的便捷輪椅，本文對(duì)輪椅結(jié)構(gòu)研究設(shè)計(jì)的成果如下：（1）進(jìn)行市場(chǎng)分析和輪椅使用者心理、生理需求分析。通過(guò)對(duì)目前市場(chǎng)上輪椅主要結(jié)構(gòu)和近幾年相關(guān)專利、研究文獻(xiàn)分析，總結(jié)出輪椅結(jié)構(gòu)、功能發(fā)展的趨勢(shì)；根據(jù)實(shí)際使用者使用需求確定了能夠滿足其生理、心理需求的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并確定采用模塊化的設(shè)計(jì)方法滿足使用者的個(gè)性化需求。（2）便捷輪椅總體方案設(shè)計(jì)。說(shuō)明輪椅設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)及需求，根據(jù)國(guó)家輪椅器械相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和人機(jī)工程學(xué)理論確定了設(shè)計(jì)的主要尺寸和總體設(shè)計(jì)方案。（3）便捷輪椅機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)便捷輪椅的各個(gè)功能模塊，采用模塊化的設(shè)計(jì)方法分別對(duì)各個(gè)功能機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)說(shuō)明。在SolidWorks環(huán)境下，對(duì)便捷輪椅零部件進(jìn)行虛擬三維建模，完成建模后，采用自頂向下、自底向上結(jié)合的建模方法，完成零部件裝配工作。裝配體分為兩個(gè)子裝配體分別裝配，然后在組合成完整的裝配體。在裝配過(guò)程中，可以根據(jù)約束條件判斷機(jī)構(gòu)之間是否存干涉等問(wèn)題，并通過(guò)對(duì)零部件尺寸的修改解決這一問(wèn)題。（4）對(duì)便捷輪椅的造價(jià)進(jìn)行工程概算。本文的設(shè)計(jì)中取得了一些成果，但是本次對(duì)機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)潔性、平順性優(yōu)化研究依然有很大的進(jìn)步空間：（1）本文只對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和是否存在干涉檢查，機(jī)構(gòu)的平順性、簡(jiǎn)化等問(wèn)題可以進(jìn)一步深入探討。例如，腿部支撐的調(diào)節(jié)是否會(huì)影響使用者的上下車；扶手的固定設(shè)計(jì)是否會(huì)影響使用者從床上轉(zhuǎn)移到輪椅上的便捷性。（2）本文設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)是否方便加入電控系統(tǒng)，是否能加入上下樓機(jī)構(gòu)、減震機(jī)構(gòu)等新的功能模塊。（3）本文沒(méi)有對(duì)控制部分進(jìn)行研究說(shuō)明，根據(jù)輪椅發(fā)展趨勢(shì)，智能輪椅的研究已經(jīng)成為主流，有待在以后的工作中對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)充完成。參考文獻(xiàn)[1]魏嘉木.人口老齡化背景下對(duì)我國(guó)養(yǎng)老產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析[J].現(xiàn)代商業(yè),2017(27):24-25.[2]中國(guó)人口老齡化發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)研究報(bào)告[J].中國(guó)婦運(yùn),2007(02):15-18.[3]李雪蓮.老年智能輪椅設(shè)計(jì)研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì),2014,31(04):100-105.[4]廖曉輝,沈大中,王東署.智能輪椅的研究現(xiàn)狀與關(guān)鍵技術(shù)分析[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2008(04):1-6.[5]黃靖康.多功能輪椅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化[D].湖北工業(yè)大學(xué),2018.[6]HongboWang,LiyuXie,XiongZhao,JianyeNiu.Mechatronicssystemdesignandexperimentresearchforanovelpatienttransferapparatus[P].Proceedingsofthe3rdInternationalConfe