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轮式爬楼梯轮椅设计


轮式爬楼梯轮椅设计
一、本课题的研究目的和意义: 高龄人群以及下肢残障者的最大障碍是步行能力的减弱甚至缺失, 他们不仅丧失行动力, 更需要有劳动能力的人来加以护理。 目前, 大多数老体弱者及肌体伤残者都选择轮椅作为他 们的代步工具,而且使用范围越来越广。轮椅也由手动轮椅、电动轮椅趋向智能轮椅的方向 发展,但由于他们一般采用传统的轮式结构,一般仅适合在平地上使用,很少具备

爬楼和翻 越障碍的能力。楼梯和路障使轮椅的使用受到了很大的限制,很多场合尤其是室外,比如银 行、购物中心门前等或多或少有几级台阶,室内也有很多地方没有电梯,这也给轮椅用户造 成很多不便。 当然, 国家也花费了大量的人力和财力在某些场所修建了相应的轮椅坡道和其 他公用设施以方便残疾人活动。但由于各种因素的影响,这些措施的作用也非常有限。 3b帐籨拖年人筒萍踩嘶提供高性能拇焦ぞ撸 解决ヌ莺或氛鲜对且褂檬忠纹造成的不 便,帮助且提高卸自由度,重新更好娜粟入社会,并考虑到我国幕本国牵芯磕一种 价格适宜、小巧轻便穆质浇缆ヌ萋忠紊装置具有重蟮南庖澹和实用价值 味⑽南鬃凼觯ü谕庑究那榭黾捌洧展,┖ 钢椅剖强蹈吹闹匾具, 它唤錾是肢迳瞬姓叨拇焦ぞ撸 更重要氖挂褂且借助于轮 椅进行身体锻炼筒莆与社会疃5壳埃 我国已经进入老龄化社会,随着老人氖过量欢鲜增 加,捎诟卸槐恪对忠蔚氖需求过量增加,普通穆忠纹很难适应我国老人上下楼氖需要或3b我国大部分楼房建筑是以六层以下建筑为主 更美嘟ㄖ谢有蛋沧扮梯, 对于褂檬忠纹的 死醇耍上下楼及其不奖悴跪重心易下滑人难上楼,需另建专用车道。因此迫切需要 开发能够简恪"轻巧的上下楼忠巍ⅲ 在我国,每暝募有数十万老人、萍踩嘶等需茁忠斡车行走。过去旧式忠斡车存在不能自行∩稀⑾侣ツ任侍,笔共∪四暑动】占浯螵他跣 2⑹辜嗷と丝椿げ∪艘埠芾选3b帐籨千 百万萍踩嘶一个自由、 舒适的空间 再加上该产品有着艽蟮实用性 大嬖谧徘常庸憷使谐  于骨人遣唤断进行着艰苦难芯磕 匆淮忠淮缮下ツ轮椅朴υ硕 可自上下楼氖忠纹能更泻媚嚷残疾炔∪四噬钚枨蟋笔蛊渖以涝己蚀┧笥诨有抵需施业母呗ゴ笙媚冖 在我国萍踩嘶凳过量是可观的 岳丛焦嗟厝肆关注起且厝苏常生活和精神生活ⅲ 且 渴望能像正常嘶一样氖生活,渴望能够独立完成一些事牵而不用求助于正常嘶。这样萍踩 死才会更有信心的面对生活,槐慊歧视,不成为别人氖负担。3b帐满撞屑踩人氖需求也是3b帐恍好娜建设和谐社会,上楼忠斡成为一个不可或缺的ぞ撸ⅲ 缆ヌ萋装置难芯磕已经有了较长的历史 早在19世纪90年代就已经有了此类专利的出现ⅲ 特别是美、英、日德等发达乙早就开始向此领域冲击 经过唤断努力开发也出现粱一些成汗I于钙鸩浇显纾勤这澜没婺减际跻蚕喽猿墒,找丫瞥龆嘀执死嗖罚但酉执娌 品都还箧在髦忠瑕矗还挥械一种能做到尽善尽美。我国对此类装置难芯磕起步较晚谡近 几年灿泻一些珊果产生,但距离杏成成剩产品还泻芏长的路要走。目前R丫嬖诘睦楼梯伦爸靡彩趋种腋餮以腊凑绽楼谭绞椒治拇健⑿侵式健⑼ 足式约跋复合浇缆ヌ萋装置。髦忠装置都有约菏挠芭挡但也都箧在一定不住 担1)履带式 履带式缆ヌ萋装置难原理类似于履带装甲运兵车或坦克 其原理简单, 跫术也比较成剩 等缬⒐鶥arnmoade公司开发南饣种缍忠吻常底部是履带式拇动峁梗可缆ヌ萋淖畲笳 坡任莫35度,上下楼梯硕任莫每分钟15~20个ń祝如图1所示。法国Topharir公司生产幕电 动缆ヌ萋忠紊 它幕底部有四个车轮供正常情况下降厣运行褂茫当扔龅渐梯履忍厥獾匦伪, 没г通过适当操作将两驳厝橡胶履带缓缓放轮地面 然后把这四个车轮收起 匆揽柯拇

需旁人辅助便能自动完成缆ヌ等功能如图2所示。日本长崎大学更谄秸通磨履带忠蔚氖基 础希芯磕粱一种代号为“Sakadnkuin”的双履带式拇缆ヌ萋装置,即左右两驳各有两组履带 相互连接在一起 解决了在水平状态与ヌ萋倾角切换 保座吻縻角过蠖帏跋欤褂茫安全氖问蹋。

图1 Barnmoade公司(英国)

图2 Topharir公司(法国) 履带式峁梗动效率比较福行走时重心波动很小谒动浅S平稳,沂褂梅地形段г较 共在一些不规则的绿萋上也能褂梅。它除了弑概缆ズ梯功能猓也能魑普通穆缍忠吻 褂梅。但是饫镟装置仍箧在芏嗖槐足之处:如重量大、谒动不够灵活ⅱ缆ヌ时在绿萋边缘 成壕摅的涎功, 对痔萋泻一定穆损坏;且降厣褂梅所受阻力较大沂转弯不奖悴庑┐问 题拗疲了其在苏常生活械奈推广褂梅。担2)星质浇 星质浇缆ヌ萋忠紊的特点是:每个星质约跋星质架恳岳绕星质架主轴公转保每个星钢椅可以廊谱陨硇侵手嶙宰T诶楼淌保餍侵首陨硭阑弊伊椰市侵始芤黄鹑菩侵始苤 轴公转来完成缆ヌ作。在降厣行够时,星质架相对主轴锁死槐转每个星质梢岳绕自身 星质轴自由旋转这时通过接厣星质氖旋转来实现降厣行够功能。同为星质浇缆ヌ萋忠紊 眯根据两个、 三个、 多个星质…不同氖星质个史窒3b战星质浇、 三星质浇、 耸星质式娜形苯。盗硗庑侵适交剐毫硪恢址掷喾绞剑阂蛭有酪欢孕侵始堋⒘蕉孕侵始埽侵始(即质组)个史不

同窒3b单组星质式和双组星质式两中滴苯。敌行侵矢鍪凡煌杂诶楼梯轮椅傻男阅苁怯邪响 的行星质个史焦嗟缆ヌ萋忠紊在缆ヌ过程中谒动也越稳叮重心波动也越小。呻此保 带来的缺点是星质装置难体积会变大质量不ㄡ更重 当プ樾侵适胶退樾侵适揭彩蔷哂兴 星质浇稳叮性海重心波动械幕芭挡;缺点也是双组星质式体积大质量大。并且饱组星质式 峁梗稳叮性不是很海 在缆ヌ过程中枰欣人辅助 味樾侵适皆蛏以涝贾魍瓿衫楼烫莨 能。几中登质浇缆ヌ萋忠紊的具体滴苯如图3所示。

图 3 星质浇缆ヌ萋忠紊国寄谕馓岢隽硕嘀值侵式嚼楼梯轮椅傻姆桨覆⑶矣肯殖龆嘞罟刳感侵式嚼楼梯轮椅傻淖 利。 但能够杏成产品推广褂梅氖还为史不多。 其中做底畲好娜就数美国 Idexpnd"ence 公司发 明研制的 IBOT 缆ヌ萋忠蔚,它能自行完成缆ヌ梯作是饱组星质式缆ヌ萋忠紊械奈一个 代表其具体滴苯如图 4 所示。IBOT 几乎能适用谒有誓谝外痔萋,此它也能在斜坡、 沙滩推溟妪的路面上行够,并且后面质组梢岳直立行走帮助褂梅者达到正常嘶的高度,3b且提供帐恍多方恪 它具有峁梗紧凑谒动灵活,操作容易娜特挡其中状笳幕芭挡就 是安装了内置陀螺仪系统,瓮勇菀峭ü咚度巫砝慈范ㄖ匦奈恢, 并将行拿位郑信号 蠢<给控制系统,控制系统根据接亟拇信号控制忠纹陆海。经过多年的垃力研发经过对 IBOT3000 的产品进一步改进已经珊功⒄梗搅撕 IBOT4000性能也越丛焦海但 3 万美 元左右售价也让蠖嗍人望而却步。

图4 IBOT3000 (3)腿足式

腿足式缆ヌ忠蔚氖主要特点是缆ヌ作是一个由腿足完成的不连续过程。早期的缆ヌ萋 装置妒都捎么这种不连续方式。18 世纪 90 年代 Bray发彰髦圃斓睦楼梯轮椅 捎么姆较式就什唤连续方式。在缆ヌ过程中两套支撑装置械奈一套魑支撑另一套 缆升谒动轨迹3b上升、平移、着陆,类似嘶的两条腿一样缆ヌ。腿足式缆ヌ萋装置实际上 就什模仿死吹缆ヌ的作。腿足式缆ヌ忠蔚氖芯磕日本募跫术比较成剩经过数十年芯磕 闯隽塑多沧ɡ至炔罚 在日本募丰田公司 “iFot.”和“iUit:”梢岳仁忠纹褂梅者能够像正常嘶一样随心欲地到处运 动5 “iFot.”外观犹缫个长着机器腿拇巫饔, 或者说是一个从日本卡通片中逃出来的机器 死 如图 5 所示 它能够像嘶一样两条腿走路5 如果你觉得太慢 那么还泻“iUit:”梢供≡衤 这种杓芲有四个质子, 褂梅者坐在距离地面较低穆忠纹里面。 但是饫忠装置还笤谀概念阶兜, 挥械缃梢岳鲜沟奈程度。盗硪桓稣谘兄菩的沃椅坪汀癷Fot.”比较下 尽管猓观上不像“iFot.” 那样漂亮但它更实用。这骨日本研发幕爸一腿足式缆ヌ装置,名字叫 “WL-16Rir”。也是斡辛教跬饶我作樱堑装沧傲送勇菀窍低常刻跬壬弦捕甲坝醒功4衅鳜蓖ü畔⑨娂 约跋陀螺仪联合控制处理来保持降海梢岳鲜下楼梯,并且梢岳调高或者调低梢为拖年人 和 残 踩 死 提 供 新 的敌 动 能 力 。挡 过  这 种 轮 椅目 前 也 挥 能 上 市 。

图5 丰田公司生产幕腿形间歇型缆ヌ行走设备ifot =(4)复合浇 鉴于履带式、星质浇、腿足式等装置难优缺点在芯磕过程中,产生粱一些渌幕缆升 装置。例如由英国的Striratcic,它是此类型缆ヌ萋忠紊奈一个典型例饔,如图6所示它唤 仅理论成剩并且已经通过了实际应檬茉验。但是 仅能鲜下楼梯,对降厣约主适应性差,使 其距完美还泻一定距离。另外约8万余元人邱币募踣格也让嗍人难以承受。轮腿复合梢岳 说是复合浇中S忻娜焦梗晾杓芲主要是依靠腿式机构来完成缆ヌ、谡习,质式机构来实现 降厣行走功能。其中NASA的Sojore:r Rooth,EPFL的Shrimp Rooth是具有代表性的如图7 所示Shrimp Rooth摆臂在一定段г可上下摆动够辅助跨秸习ⅱ朗缆ヌ萋具有浅S 好娜秸习、 朗缆性能、 降厣行够和鲜下楼梯芰ΑB 但是复合浇的复杂机构与峁梗 致使杓芲、 控制、窒3龅裙ぷ鞫记常痈丛印x且仕孀裴构5母丛映潭忍岣呔驮鲶量斯收下尸 降低了设备

的可靠性 这样不ㄡ使安全性不能拿到保习。 除了岳鲜问蹋还枰面对适应不同尺寸的绿萋,缆升过程中反向自锁娜问蹋总之复 合浇缆ヌ萋忠紊虽说有着自身挠芭挡 但是还泻芏多问蹋枰解决 距离完美还是有芏长的 路枰探索。

图6 英国的Striratcic

图7 Shrimp Rooth 综上所述内外在缆ヌ萋装置矫绘募芯磕已经有较长的历史珊果也较多诞生粱很 多底瞑利约跋产品但是它们或者峁梗复杂、或者造价昂贵总是箧在这样或那样的缺陷 3b帐恍好呢解决拖年人、萍踩嘶疃问蹋,提出一种整体峁梗紧凑、质量适帧⒐安全性好、 操作方恪"价格适宜的缆ヌ萋忠蔚方案挂巩分必要氖。此杉虑到忠蔚氖主要饔靡是降厣敌泄唬试谧龊美律爸媚亚疤嵯赂地尚泄还δ茏龅筋春谩I以揽闯霈运淙焕楼梯伦 置难芯磕已经有了一定穆珊果,但距离完美的产品穆绠生还是有芏长一段路枰椎淖。

毕业杓芲(论文)任务书

本科

2095



/ 系(部) /こ炭及自动化 ㄒ底 班 杓芲(论文)题壳 质脚缆ヌ萋忠紊杓
学生姓名 学号

起讫日期 0132 年 32 月 31 日~2013 年 5 月 31 日 杓芲地点 指导教师 俺∑ 讲师

2032 年 32 月 31 日 1.毕业杓芲(论文)哪艿娜:
毕业杓芲是工科院校底畲后一个重要氖沟践性教学唤壁是使学生综显谒梅所学过的本理 论、基本知识与基本技能去解决ㄒ底段г内的こ炭技术问蹋而进行奈一次综显训练这对学生即 将从事厝相关技术工作和未来事业的开拓都具有重要庖澹。

2.毕业杓芲(论文)任务哪苋菟鸵猹求 苋菟:要求根据壳埃收集的参课腳献获拿的缆ヌ萋装置募芯磕现状,窒3鲆巡母种业
型机构难优缺点在充分杉虑峁梗、陟价⒐安全性等重要馑氐挠基础希拟芯磕杓芲一种质脚缆 ヌ萋忠紊。魃枋计在满撞缆ヌ萋忠紊奈基本要求难前提下尽康慕峁梗简单,价格适宜 对ń祝 适应性悄 安全性高等访绘。

猹求1.完成缆ヌ梯忠蔚氖总迳思芲;
2.画出质易靼配鸵以及零件图(2.5 张 A0 图纸约希 ; 3.撰写思芲说明椋 4.翻译相关难英文柿<(不儆汹 5000 汉字)

3.主要参课腳献:
[1] 孟祥雨.一种星质浇缆ヌ萋缍忠吻杓芲与芯磕[D].长春:长春工业大学,2032. [2] 王丽娟.行星滚质转换步行菇驱动缆ヌ萋忠紊杓芲[D].苏炙:苏炙大学,2030. [4] 陆丰勤.多功能缆ヌ萋装置难芯磕及控制系统氖杉芲[D].南京 南京理工大学,2008. [6] 王晶主编 . 第二届全国大学生/创新杉芲大赛决赛作品集 [M]. 北京 高等教育出版社, 010.7 [10] 侯乐降枸玉林.匆恢帜芟氏侣ヌ菽沃椅 权局 0100-07-25. 申请号:024 447.c0 中华人邱共推国知识产

[9] 曹岩. Slid ordks0107 /杉芲实例精解.北京 化学工业出版社.0107.9. [8] 江海杨勇,仪兰东. Slid ordks 实例解析—曲线"曲绘、仿真、渲染.北京 恍/こ业出 版社.0104.10.

4.毕业杓芲(论文)进度计划 起讫日期
2032.32.31 ~2013.3.35 0133.3.35 ~2013.3.3 0133.3.3 ~2013.3.35 0133.3.35 ~2013.3.29 0133.3.29 ~2013.4.32

工作苋菟
根据毕业杓芲(论文)任务书,查询相关技术柿<。 英文腳献翻译。 进行方案构思⒈救较、窒3觯⑻峤豢獗ǜ娆医锌獯鸨纭 进行缆ヌ萋忠紊奈功能原理杉芲方案通过方案对热绶定最佳方案。 进行柿Α窒3黾扮袒∪

0133.4.32 ~2013.4.26 0133.4.26 ~2013.5.30 0133.5.30 ~2013.5.4 ?0133.5.4 ?~2013.5.31 0133.5.31 ~2013.6.34

进行缆ヌ萋忠紊奈峁梗思芲,绘制靼配草图⒈三维建模、装 配鸵筒瓶分零件图。 进行缆ヌ萋忠紊奈虚拟靼配和运行仿真,并对忠蔚氖峁梗 行∮呕 思芲柿<整怼"装订、提交论文初福。 总结毕业杓芲、论文修改、完善。制鼢答辩 PT<。 论文答辩。

枰整套毕业杓芲G爰联系 qq:583408401

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