多功能自助輪椅設計的研究

胡義華，諶炎輝，張樹林

（1.廣西工學院 鹿山學院，柳州 545616；2.廣西工學院 機械工程系，柳州 545006）

0 引言

殘疾人士由于身體上的缺陷，存在著各種各樣的不便和苦惱，很多殘疾人士都選擇了輪椅作為工具出行，但是現在市面上的輪椅雖然給殘疾人士帶來了很大程度的方便，但是很多現實生活的實際問題也同樣的擺在了他們的面前，例如不能自如的上下樓梯，不能起身拿高處的物品，需要助手的輔助才能坐上輪椅等等。到目前為止，依然沒有一個更好的、更人性化的、更多功能、更方便簡捷的自助式輪椅面世，針對殘疾人士所碰到的以上生活的各種各樣的現實困難，設計一種新型的多功能自助輪椅。

1 多功能自助輪椅的結構及其功能

多功能自助輪椅主要由座椅機構部分、轉向機構部分、驅動機構部分、座椅升降機構部分、控制機構部分、滾輪機構部分和遙控器組成，如圖1所示。其中座椅機構部分包括輪椅底座、輪椅靠背、輪椅扶手等；轉向機構包括前輪、轉向軸、轉向電機、轉向齒輪、電器控制系統等；驅動機構部分包括后輪、驅動軸、動力轉換軸、動力轉換齒輪、皮帶輪、驅動電機、電器控制系統等；座椅升降機構部分包括液壓油缸、液壓控制元器件、液壓控制電路等部分；控制機構部分由各種電氣元氣件和控制線路組成；滾輪機構部分由滾輪、滾輪支撐軸、滾輪支撐座組成；遙控器為多功能自助輪椅的遠程控制設備。

圖1 多功能自助輪椅結構功能圖

座椅機構部分實現對人體的支撐功能，人可以通過操縱控制機構的搖桿和按鈕或遙控器控制轉向機構部分實現自助輪椅的靈活轉向，以此來實現輪椅的轉向功能，同時還可以通過操縱控制機構的搖桿和按鈕或遙控控制驅動部分的自動前進和后退，并可以進行平地驅動模式和上下樓梯模式的相互轉換，以實現自助輪椅的自動化功能；此外人還可以通過控制機構或遙控器的按鈕控制輪椅的自動升降功能，以實現人體的自動升降，從而極大的方便了殘疾人士的活動范圍。

多功能自助輪椅的電源通過固定在輪椅上的可充電式便攜蓄電池來提供，同時還配備有液壓控制系統。

2 座椅機構及其功能

圖2 座椅機構及其功能圖

圖3 轉向機構及其功能圖

多功能自助輪椅的座椅機構部分主要由座椅支撐部位、座椅護手部位和座椅靠背部位組成，如圖2所示。座椅的支撐部位不僅起到對輪椅使用者的支撐和保護作用，同時它還是整個多功能自助輪椅的基體，其他的各個功能部件都通過相應的緊固件聯接在該基體上，并最終實現該自助輪椅的各項功能；座椅護手部位安裝在座椅支撐部位上，主要是為使用者提供更好的安全和保護作用；座椅靠背部位也安裝在座椅支撐部位上，該部件可通過相應的機構調整其與座椅支撐部件的角度，以滿足使用者對各種坐姿與體位的要求，例如使用者可以選擇將座椅靠背部件與座椅支撐部件的夾角調節(jié)成95度，以便坐立使用該自助輪椅，也可以將座椅靠背部件與座椅支撐部件的夾角調節(jié)成180度，以便使用者以臥姿使用該自助輪椅等等。

3 轉向機構及其功能

轉向機構部分主要由輪椅滾輪部件、轉向座部件、轉向齒輪箱部件、滾輪支撐軸部件、轉向驅動電機等組成，如圖3所示。首先控制單元通過對電機的控制驅動轉向齒輪箱中的齒輪作正反轉運動，并通過齒輪的換向輸出到轉向座，實現轉向座的左右擺動從而通過滾輪支撐軸驅動輪椅滾輪進行左右擺動，轉向機構整個部件安裝在輪椅支撐座的底板上，并實現多功能自助輪椅的轉向功能。該部件屬于機械裝置和電器集成控制機構，其使用的便捷性和技術含量都得到了更大的提高，也為使用者提高了更加人性化的產品設計。

4 驅動機構及其功能

圖4 驅動機構及其功能圖

圖5 座椅升降機構及其功能圖

驅動機構是多功能自助輪椅的關鍵部件，正是該部件的設計和運用才使得該產品不僅可以在平地上安全、方便的行進，同時通過動力的轉換，還可以實現輪椅的上下樓梯等特殊行進。該功能部件主要由輪椅滾動輪、驅動軸I、驅動軸II、動力轉換部件、驅動軸III、驅動電機以及若干齒輪和軸承組裝而成，如圖4所示。其運動的過程是：1）驅動電機通過驅動軸III將動力由動力轉換部件傳給驅動軸I，從而帶動輪椅滾動輪轉動，并實現輪椅的在平地上行進；2）驅動電機通過驅動軸III將動力由動力轉換部件傳給驅動軸II，從而帶動輪椅的滾動輪沿支撐軸轉動，并實現輪椅上下樓梯的行進。其結構的關鍵所在就是：1）動力轉換部件可以通過一個電動撥叉實現動力不同傳動方向，從而帶動不同的運動部件以實現輪椅的不同行進方式；2）輪椅滾動輪的滾動方式可以分為小輪單獨滾動和三個滾輪沿支撐軸滾動兩種滾動方式。正是這兩個關鍵功能部件的運用才真正實現了輪椅的多功能方式。

該部件屬于機械裝置和電器集成控制機構，其使用的便捷性和技術含量都得到了更大的提高，也為使用者提高了更加人性化的產品設計。

5 座椅升降機構及其功能

座椅升降機構主要由升降坐板、油缸固定板、升降油缸及其控制單元組成，如圖5所示。該機構的主要功能即通過控制單元控制升降油缸的上下運動從而現實升降坐板的上下運動，并達到將輪椅使用者升高或降低身位的目的，更大程度的提高使用的方便性和其自動化程度。

6 結束語

該新型多功能自助輪椅結合了自動行走、上下樓梯，升降式座椅，遙控系統等多種使用而簡便的功能，將極大的改善殘疾人士的生活質量和提升他們的生活自信心。

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