爬樓輪椅設(shè)計的文獻(xiàn)綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u66571.1履帶式爬樓輪椅 145951.2行星輪式爬樓輪椅 244271.3步進(jìn)式爬樓輪椅 4關(guān)于輪椅在中國的歷史，可以溯源到三國時期蜀漢丞相諸葛亮發(fā)明的運(yùn)輸工具“木牛流馬”，就是一種帶輪子的手推車，相傳建興九年至十二年（231年－234年）諸葛亮在北伐時使用了這種工具，其載重量為“一歲糧”，大約四百斤以上，可為蜀國十萬大軍馱運(yùn)糧食，可見輪椅的發(fā)展史源遠(yuǎn)流長。而電動輪椅的發(fā)明約在20世紀(jì)初左右。初期的產(chǎn)品不太受到重視的原因：嚴(yán)重殘障者的愈合狀況不佳，早期產(chǎn)品笨重、缺乏效率、可靠性低等因素。如今隨著國內(nèi)人口老齡化結(jié)構(gòu)的加重，多功能的電動輪椅有著廣泛的市場前景。國內(nèi)外的爬樓輪椅技術(shù)如同雨后春筍，正在飛速發(fā)展和智能化。國外在爬樓梯裝置方面的研究已經(jīng)有一百多年的歷史，成果也較多，但是它們大多結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價昂貴，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了發(fā)展中國家人民的經(jīng)濟(jì)承受能力。國內(nèi)的研究相對較晚，雖然也誕生了很多專利，但由于受到體積、重量、穩(wěn)定性及安全性的限制，還沒有產(chǎn)品真正投入使用。我國對此類裝置的研究起步較晚，在近幾年也有一些成果產(chǎn)生，但距離形成成熟產(chǎn)品還有很長的路要走。目前已經(jīng)存在的爬樓梯裝置也是各種各樣，可以按照爬樓方式分為履帶式、星輪式、腿足式以及復(fù)合式爬樓梯裝置。1.1履帶式爬樓輪椅履帶爬樓輪椅適用于室內(nèi)外的上下樓梯和較為復(fù)雜的路面，履帶式爬樓輪椅是將電動輪椅與履帶爬樓機(jī)合為一體的產(chǎn)物，老年人、殘疾人可獨(dú)立操作完成爬樓的動作。在平地行駛時使用輪胎，到了有樓梯的地方時，它就會像“變形金剛”一樣，收起輪胎并放下履帶，變成一臺標(biāo)準(zhǔn)的履帶式爬樓機(jī)。這款爬樓機(jī)既方便了老年人、殘疾人的短途出行，又可以爬樓，非常實(shí)用，但價格昂貴。履帶爬樓輪椅重量一般50Kg左右；24V充電電池；上行提升速度5/m分鐘左右；下行或空載速度：5m/分鐘左右；額定載重：130kg左右；樓梯最小寬度：850mm英國公司開發(fā)了一種新型電動輪椅車（如圖1-1），該輪椅車的底部是由履帶式的傳動結(jié)構(gòu)構(gòu)成，最大可爬樓梯的坡角是，樓梯攀爬的速度可達(dá)每分鐘個臺階。另外，由法國公司生產(chǎn)的法國悍馬H8電動爬樓梯輪椅（如圖1-2），它的底部小車是由四個輪子組成，需要攀爬樓梯時，乘坐者可以通過適當(dāng)?shù)牟僮鲗蓚?cè)的橡膠履帶緩緩放下至地面，然后把底部小車的四個車輪收起，無需旁人輔助依靠履帶就能完成攀爬樓梯的功能。圖1-1英國圖1-2法國悍馬-H8履帶式爬樓梯輪椅的樓梯攀爬結(jié)構(gòu)的傳動效率高，且在攀爬過程中的重心波動范圍很小，適用于各種不同的地形。然而，這種裝置仍存在缺點(diǎn)：不夠輕便，在樓梯攀爬過程中對樓梯臺階邊緣的損壞也很大，在平地行走過程中所受到的阻力也很大，這些問題都限制了履帶式爬樓梯輪椅在日常生活中的推廣使用。1.2行星輪式爬樓輪椅行星輪爬樓輪椅的爬樓工作結(jié)構(gòu)由數(shù)個圍繞各自的軸線自轉(zhuǎn)，又隨著系桿一起繞中心軸公轉(zhuǎn)的小輪組成，這些小輪均勻分布在"Y"型、"五星"或"十"字形承受拱端水平推力的系桿上。在平地行走時，各小輪自轉(zhuǎn)，而爬樓梯時，各小輪一起公轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)爬樓梯的功能。這種星輪式爬樓輪椅的每個小輪子輪距和深度是固定的，各個小輪既可以繞著各自的軸線自轉(zhuǎn)完成平底行走的功能，又可以固定在行星架上隨著行星架一起繞中心回轉(zhuǎn)軸公轉(zhuǎn)完成樓梯攀爬的功能。日本千葉工業(yè)大學(xué)他們通過在輪椅上安裝一個傳感器陣列來偵測障礙物和地形的變化，然后控制輪椅做出相應(yīng)的調(diào)整，使得輪椅能夠在不平整的表面或者狹窄的空間中輕松通過。這樣改造過的輪椅活像一臺半自動運(yùn)行的機(jī)器人，借助于四輪驅(qū)動和五軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，輪椅能夠完成多種難度動作。（如圖1-3）平常它像普通的輪椅一樣通過滾動前行，但是如果碰到臺階或者溝道的話，它的輪子就可以變得像腿一樣通過障礙，同時在諸如斜坡和90度轉(zhuǎn)彎上，此款輪椅都有著很好的表現(xiàn)。德國AAT公司研發(fā)的爬樓輪椅S-maxR，其不但可以實(shí)現(xiàn)以上"夾輪椅型"的功能，其體積更小，適合在窄小樓道及狹小空間使用；自重更輕便，不論爬樓過程還是用戶使用輪椅行駛都將更加省力；在平地使用輪椅時，爬樓機(jī)輪胎完全離地，依靠輪椅自身的4個輪子接觸地面，乘座者可自已操作輪椅，如其它手動輪椅一樣行動自如。圖1-3千葉大學(xué)十字爬樓輪椅圖1-4S-maxR輪椅1.3步進(jìn)式爬樓輪椅步進(jìn)式爬樓輪椅在國外有將近百年的歷史，經(jīng)過不斷改良和演變，現(xiàn)已成為所有類型爬樓輪椅中傳動機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜也是安全性較高的一種。其原理是模仿人體爬樓動作，由兩套支承裝置交替支承，以實(shí)現(xiàn)上下樓梯的功能。由于步進(jìn)支撐式爬樓輪椅的安全性相比其它類型的要高，在國外發(fā)達(dá)國家已被廣泛使用。日本的雙足行走機(jī)器人在此領(lǐng)域相對比較先進(jìn)一點(diǎn)（如圖1-5），以及英國的Stairchair，它是此類型爬樓梯輪椅的一個典型例子（如圖1-6）。步行式爬樓梯輪椅在攀爬樓梯過程中的重心波動范圍很小、攀爬運(yùn)動相對平穩(wěn)且能夠適合于眾多不同尺寸的臺階，但其對于控制的要求就相對較高，操作也比較復(fù)雜，在平地上行走時的動作緩慢，行走效率也就低了很多。除此之外，步行式爬樓梯輪椅的座椅距地高度也較大，容易給輪椅乘坐使用者造成心理上的恐懼。圖1-5雙足輪椅圖1-6Stairchair四足式綜上所述，國內(nèi)外在爬樓梯裝置方面的研究已