工装设计
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刘毅
（湖南省康复辅具技术指导中心，湖南长沙410000）
摘要：轮椅对于老年人和残疾人来说是必不可少的工具，一般市面上很多轮椅采用传统行走机构，只能在平坦的路面上行走，但是面对复杂的地形，例如台阶和楼梯，这种轮椅无法通过，造成很大困难。本文主要根据残疾人传统轮椅的越障能力进行分析，设计出一款刚通性的轮椅，主要对轮椅行走机构进行优化设计，采用传统行走方式与腿式行走相结合，平坦路面采用轮式行走机构工作，遇到障碍时采用腿式机构工作，可以轻松解决很多复杂路况，为残疾人及老年人更加方便出行创造了条件。 关键词：残疾人；轮椅；行走机构；设计
1、绪论
1.1、研究目的
传统的残疾人轮椅是采用轮式结构进行行走的，遇到障碍物时无法通过，造成轮椅的活动范围受限，给残疾人和老年人的出行带来了很大的限制，为了让残疾人和老年人能够达到更多想去的地方，急需设计一种结构简单，操作方便高通过性轮椅。
1.2、国内外发展现状
国外对这种越障是轮椅结构研究相对早一些，在1901年德国就发明了爬楼梯轮椅，在这之后，美国、英国、日本很多国家进行了这方面研发投资，日本残疾人轮椅越障技术独领风骚，占有市场上份额相对较多，收益也是相当客观，尽管这种越障轮椅设备的研究在中国起步较晚，但近年来已经出现了许多专利，但是在实践中却很少被应用。
2、行走机构方案对比
2.1、轮组式行走机构
轮组式结构特点是每个轮子围绕自身的轴线旋转，或者多个轮子组成一个单元按照这些轮子的中心轴线进行旋转，在平坦的路面，轮组行走机构效率较高，工作性能平稳，而且节能等对方面优点，但是面对楼梯及台阶等复杂的路况，轮组式行走机构显得力不从心，常常会造成轮椅无法通过，给残疾人和老年人带来了很大困难。
2.2、履带式行走机构
履带式行走机构与装甲车、坦克车等行走机构相近，这种行走机构相对比较成熟，重心相对较低，运行过程中比较平稳，在陆地上可以适应不平坦的路况，而且路况最大倾角可达35度左右，但是在楼梯和台阶上行走，最好安装轨道，防止履带弄坏楼梯及台阶等设施，也是为了履带能够在楼梯上更加稳固防止下滑造成危险，安装了这些轨道之后，行走更加安全可靠，而且效率很高，但是很多时候残疾人和老年人出行的路况中没有这些轨道，造成即使是履带式行走机构也无法上楼及上台阶。
2.3、腿式行走机构
腿式行走机构具有结构相对简单，能够模仿人走路的状态，使用机械机构交替支撑轮椅支脚在楼梯和台阶上行走。在爬楼梯、台阶及不平坦的路况没有太大压力，能够平稳运行，但在平坦的路况运行速度较轮式及履带式慢一些，行走的平稳度相对差一些，优点是用过能力较强。
2.4、复合式行走机构
对轮式行走机构、履带式行走机构、腿式行走机构进行对比分析，我们可以选择两种行走机构进行有机结合，取各自的长处，让其在不同路况中发挥自身的优势，例如轮式行走机构与履带式行走机构相结合，适用于户外不平坦泥泞地带道路，轮式行走机构与腿式行走机构相结合适用于室外不平坦及楼梯台阶道路。3、方案分析与选择
3.1、目前研究中所存在的问题
履带行走机构的缺点是在路面上施加很大的压力，不可避免地会损坏障碍物的边缘，不适用于大多数室内障碍物，履带转向比其他结构需要更多的功率，产生更大的噪音，所有这些限制了其在日常生活中的推广，并且接受程度很低。
腿式行走机构具有最佳的地形适应性，由于自身结构特点，重心高且质量较轻，相对比较颠簸。在平坦的地面上行走时，动作较为缓慢，复合式行走机构对设计及操纵提出更高的要求，例如如何实现节省时间，如何提高通过性，如何实现自锁等种种要求。
3.2、设计方案选择
残疾人轮椅设计的原则必须满足以下性能：平坦路况及障碍路况两用：平坦路况驱动效率高，操作简便；障碍物重心波动平稳，稳定性好。障碍路况及时调整系统重心，避免车辆倾斜时用户的后顾之忧，轮椅结构尽可能简单，成本低廉。为了满足以上要求，考虑到符合行走机构具有良好的越障能力，本设行走机构采用轮式行走机构与腿式行走机构相结合，在正常行驶条件下车轮进行作业，遇到障碍物腿式行走机构驱动工作，适应大多数地形，采用扁平化结构设计，结构简单，调整方便。
3.3、设计方案优点
本设计具有较高的平顺行驶能力，当轮椅在平坦的路面上行驶时，四个轮子由独立的电动机驱动，轮轴系统传递动力，使小轮快速前进，它的效率与普通的四轮驱动汽车相同，当遇到可以越过的障碍物时，四个轮子演变成一个机器人，其腿部可以像猩猩一样爬过障碍物并向前移动。具有较高的越障能力，当行走过程中遇到障碍物时四个轮子的马达会停止驱动轮子，抬腿马达用来驱动抬腿动作，实现顺利通过障碍物，与此同时可以保证方向的精准控制。控制简单易行，轮式行走机构可以实现快速行进。转向及抬腿都是由独立马达驱动，控制更加专一，安全系数更高，人们可以通过简单的按钮或者手动调整杆来控制轮椅的行进。4、总体体方案与结构分析
4.1、总体方案分析
本设计中的轮轮式行走机构与腿式行走机构相结合具有足够的通过性，其动作机制与其他轮椅不同，每个脚的末端都装有四个轮子，并且脚的机构非常简单，本轮椅可以直接穿过部平坦地形，当遇到障碍时，它的腿式行走机构可以像机器人一样移动，也可以像带腿机器人一样在台阶上行走。
4.2、结构分析
轮式有腿行走机构作为轮椅的越障的先决条件，克服障碍地形种种困难，由于有腿式行走机构与轮式行走机构是必不可少的，在结构上尽量简化，使其能够有机结合，实现以轮代腿的目的，这样两种行走机构来回切换实现无缝对接，同时减小腿式行走时中心的高度及颠簸程度，提高行走过程中的稳定性。
5、残疾人轮椅的前景展望
根据联合国的预测，2020年后世界人口老龄化率将将会进入快车道，很多老人及残疾人无法行走，仅能依靠轮椅进行代步，但是常规轮椅无法越过障碍物，只能身边有人帮助才行，随着科学技术的发展，新型越障能力更强的轮椅出现，改变了传统轮椅的设计缺陷，为残疾人及老人的出行带来了极大的方便，提高了他们的生活自由度，在人口老龄化严重和人们的生活水平得到提高的同时，轮椅的需求量也会逐年增加，这将给轮椅需求市场带来了巨大的空间。
6、总结
随着医疗技术的发展和进步，人类的寿命逐渐增加，老龄化社会已成为世界的主要挑战，人们的身体的各个部位都在逐渐退化，本文设计的新型残疾人轮椅非常适合老年人及残疾人的出行，可以减少以往残疾人轮椅旁边的服侍人员，提高了社会生产率，为人们节省了时间，为老年人及残疾人自由行走做出了贡献,。
参考文献
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