智能多功能輪椅方案選擇與設(shè)計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u22696智能多功能輪椅方案選擇與設(shè)計案例 1163521.1引言 1182571.2輪椅結(jié)構(gòu)設(shè)計 136151.3輪椅行動方案設(shè)計 41.1引言智能多功能輪椅是一個復(fù)雜的機(jī)器領(lǐng)域。它大體上包括機(jī)械傳動和機(jī)電控制兩個部分，本文將著重介紹機(jī)械傳動部分。在設(shè)計中，輪椅要完成在正常地面的自由行動，輔助人獨立完成場景轉(zhuǎn)換的動作。其中，輪椅的行動與市面上已有的輪椅大同小異，而輔助完成場景轉(zhuǎn)換需要給輪椅更高的自由度。1.2輪椅結(jié)構(gòu)設(shè)計市面上現(xiàn)有的電動輪椅多采用座椅式結(jié)構(gòu)，如圖2-1所示。這種結(jié)構(gòu)的輪椅只能限制人在輪椅上移動，對于下肢癱瘓且獨處的患者，很難實現(xiàn)從輪椅到沙發(fā)，床，馬桶等地方的轉(zhuǎn)換，而且高度一般固定，對于不同高度的桌面等場景，普通的電動輪椅很難讓患者有很好的使用體驗。圖2-1普通電動輪椅基于這一點，此次結(jié)構(gòu)設(shè)計的第一點就是實現(xiàn)座椅上下移動以適應(yīng)不同的家具場景。其次，要讓患者可以自助實現(xiàn)場景的轉(zhuǎn)換，就是可以很方便的從輪椅到沙發(fā)，床等。而要實現(xiàn)場景轉(zhuǎn)換，就需要輪椅可以插入的沙發(fā)，床等地方，讓座椅與沙發(fā)面相平行，在座椅到達(dá)一定高度后移開座椅面就可以實現(xiàn)場景轉(zhuǎn)換。因此，輪椅座椅下方必須沒有任何阻攔可以插入沙發(fā)，床等地方。如圖1.2為輪椅結(jié)構(gòu)簡圖。1.1.1輪椅升降結(jié)構(gòu)的設(shè)計根據(jù)目前市面上已有的可升降輪椅先擬定一下兩種種升降方案[3]：方案一：用液壓系統(tǒng)作為升降機(jī)構(gòu)，將液壓推桿放置在輪椅座椅下方，通過控制液壓桿伸縮從而達(dá)到座椅升降的問題。優(yōu)點：工作運(yùn)行穩(wěn)定，液壓桿可以提供足夠大的推力。缺點：液壓系統(tǒng)控制很麻煩，而且液壓系統(tǒng)造價昂貴，不適合普通民用輪椅。方案二:利用螺旋千斤頂?shù)脑?，通過調(diào)節(jié)絲桿和螺母來使千斤頂升降，從而動座椅升降。優(yōu)點：造價便宜，結(jié)構(gòu)簡單。缺點：操作麻煩，效率低下。很明顯，就目前單一的升降方案很難實現(xiàn)實際中的應(yīng)用。綜合上述兩種方案的優(yōu)點，可以采用電機(jī)帶動螺桿轉(zhuǎn)動，從而使螺母套運(yùn)動，電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制升降，采用這種方式，既考慮了成本，而且采用直流電機(jī)控制方便，工作穩(wěn)定。圖2-3為市面上的電動推桿。圖2-3電動推桿確定升降方案后，開始考慮升降結(jié)構(gòu)。之前有提到為了使輪椅能夠?qū)崿F(xiàn)不同場景的轉(zhuǎn)換，座椅下方不能有阻擋，由于輪椅屬于堆成結(jié)構(gòu)，可以在中心位置使用一個電動推桿作為主動件，兩邊設(shè)計兩個導(dǎo)向桿限制自由度，其機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖如圖2-4所示。1.1.2座椅開合結(jié)構(gòu)的設(shè)計輪椅座椅的開合是本次設(shè)計的一大亮點，實現(xiàn)從輪椅到不同場景的轉(zhuǎn)換主要就是靠輪椅座椅的開合。為了達(dá)成這個目的，主要設(shè)計了兩個方案以供選擇。、方案一：如圖2-4所示，座椅開合方式為爪式結(jié)構(gòu)開合。利用電機(jī)旋轉(zhuǎn)座椅，使座椅向兩邊分開。以達(dá)到原本在座椅上的人可以落在沙發(fā)，床等地方。座椅閉合狀態(tài)座椅分開狀態(tài)圖2-4爪式開合座椅此開合方式的優(yōu)點：可以在最校的空間內(nèi)實現(xiàn)開合，對于輪椅的左右兩邊的空間沒有天大的限制。缺點：做以開合對于座椅與沙發(fā)等面的距離有較大的要求，否則開合時會發(fā)生干涉，達(dá)不到開合的目的。方案二：座椅平面開合方式，如圖2-5所示。座椅在平面內(nèi)向兩邊開合，人可以依靠一邊扶手，先移動半邊，坐穩(wěn)后再開合另一邊。座椅閉合狀態(tài)座椅分開狀態(tài)圖2-5平面開合座椅此開和方式的優(yōu)點：人可以荊軻能近的靠經(jīng)沙發(fā)面后實現(xiàn)場景轉(zhuǎn)換。缺點：對輪椅左右兩邊的空間限制較大。綜合以上兩種開合方式，考慮到使用者大多都是身體狀況不夠好的人群，為了盡可能的降低風(fēng)險，需要讓使用者盡可能平穩(wěn)的落在需要轉(zhuǎn)化的場景上，因此第一種方案并不適用。而方案二對左右兩邊的空間要求較大，經(jīng)過調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，絕大部分家庭馬桶兩邊的空間并不足以實現(xiàn)方案二的開合方式，為了解決這個問題，可以采用中部鏤空的座椅設(shè)計。如圖2-6所示，人無需從輪椅上轉(zhuǎn)移就可以直接如廁。2-6鏤空式座椅面1.3輪椅行動方案設(shè)計目前市面上電動汽車現(xiàn)有的驅(qū)動輪椅轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要有兩種:一種是采用后驅(qū)動輪,轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的方式是驅(qū)動輪以差速度轉(zhuǎn)向;另一類機(jī)構(gòu)采用了前置驅(qū)動輪,轉(zhuǎn)向帶動方式是利用前置驅(qū)動輪進(jìn)行轉(zhuǎn)向,圖2-7所示。比較這兩種方式，考慮到輪椅后方要懸空以便輪椅插入不同的場景，如沙發(fā)，座椅，床，馬桶等。要采用前驅(qū)的方式，使后方結(jié)構(gòu)簡單。圖2-7前置方向盤式轉(zhuǎn)向輪椅其次，為方便用戶操作輪椅，采用搖桿控制輪椅運(yùn)動，結(jié)合兩種驅(qū)動方式，采用前驅(qū)差速轉(zhuǎn)向，后方安裝萬向輪的方式。對于智能輪椅的移動部分，我們選擇有刷電機(jī)，相對于無刷電機(jī)，有刷電機(jī)的主要劣勢在于它存在著電刷磨損和電機(jī)噪聲。然而電動輪椅受到蓄電能力的限制，一天使用的時間有限，且電