…第二届机械创新设计获奖作品简介
1 省力变速双向驱动残疾人车用驱动机构 2 单手驱动残疾人车 3 多功能人性化轮椅 4 多功能自助轮椅 5 减摆助残车 6 多功能电动轮椅 7 自由轮椅 8 自动爬楼梯轮椅 9 可升降伸展式新型电动轮椅 10 防侧翻轮椅 11 星轮行星轮转换式可爬楼轮椅 12 多功能助残自动轮椅
13 可上下台阶式轮椅
14 三杆开链式轮椅
15 半自动爬楼梯轮椅
16 阶梯平地两用电动轮椅
17 可升降省力便携式轮椅
18 实用上楼梯轮椅
19 多功能健身轮椅
第一组 助残机械——轮椅类（19项）
1 省力变速双向驱动残疾人车用驱动机构
参赛学校：北京科技大学
参
赛
者：张英善、王伟、常馨月，指导教师：韩建友
作品内容简介
本机构内部为行星轮式结构，并装有单向离合器，集：省力、变速、双向驱动及安全保护等功能于一体。可用于残疾人手摇三轮车等。当向前、后两个方向驱动飞轮时，轮系传动比不同，使变向驱动可实现变速功能，使双向摇车都能为残疾人车提供向前的动力，一改传统残疾人车只能单一速度行驶、单一方向摇车驱动的弊端，从而提高行车效率、减轻旅途疲劳；并且能够自动防止上坡后退，保证残疾人手摇三轮车上坡时的安全。并且产品兼容性好，无须对残疾人车进行其它任何改装。
主要创新点
本作品集：省力、变速、双向驱动及上坡防退安全保护于一体。安装在残疾人用三轮车上后，有如下创新实用点：（1）可以在驱动车的过程中实现省力，并同时实现变速行驶；（2）可以双向转动摇臂，都给车提供向前的驱动力，大大减轻手臂疲劳；（3）本机构带有上坡防退装置，可保证残疾人行车上坡时的人身安全；产品内部使用行星轮机构代替了传统飞轮的棘轮机构，提高了飞轮的使用寿命。
推广应用价值
鉴于本作品的诸多结构优点和功能优点：既可以减轻残疾用手摇车时的疲劳、提高行车效率，
又可以对残疾人进行安全保护，而且使寿命长，兼容性好，无须另外改装残疾人车，市场前景十分看好。
2 单手驱动残疾人车
参赛学校：沈阳工业大学
参
赛
者：贾聪印、宋广民、丁金庆、宋家鸣，指导教师：孙学雁
作品内容简介
该作品是供单手残疾人使用的人力三轮车,动力装置设在前轮为前驱动，采用曲柄连杆机构；该车的转向装置和动力装置组合在一起，由一个操纵杆控制，通过单手的前后往复拉推操纵杆使车前行和后退, 左右摇摆操纵杆控制转向,由于合理采用力矩原理和人机关系,操作非常省力。该车的座椅可以水平360度任意转动和上下升降,方便乘车人上下车和调整座位。这种设计不仅适合各类行走有障碍的人使用,也可以适用身体健全人。本作品已经申报被受理国家专利。
主要创新点
（1）采用前轮驱动，省力；（2）动力装置和转向装置组合在一起，可实现单手操作；（3）采用曲柄连杆机构，结构简单；（4）座椅水平360度任意转动和上下升降,方便乘车人上下车和调整座位。
推广应用价值
该车结构简单，制作工艺简单，材料多为标准件，因此制作成本较低，市场前景好。目前市场上单手残疾人使用的前驱动人力三轮车是空白，无疑是这类人的福音。
3 多功能人性化轮椅
参赛学校：东南大学
参
赛
者：朱晓璐、赵磊、柳俊，指导教师：钱瑞明、许映秋
作品内容简介
本轮椅既可以在平地上自由行驶又能够上下楼梯，充分考虑了用户的需求，为用户提供了人
性化的功能。本轮椅采用四套独立的行星轮系和特殊的轮体结构，在平地上可以自由的前进、后退，同时其转向灵活，可以实现任意方向的转向，包括原地转向，充分考虑了用户在室内或其他狭小空间的使用便利性。本轮椅在行驶过程中，遇到小的障碍可以自行翻越，遇到大的障碍就可以转向绕过，可以实现从平地到楼梯的状态自由转换。这主要是利用机构的特性完成，因此可靠性大大提高。本轮椅的座椅可以使实现一定范围内的倾斜，充分考虑了用户的舒适性，同时可以使轮椅在上下楼梯的过程中尽量保持平稳。本轮椅在控制方面安全可靠，操作灵活，人机界面友好，可以实现无级调速及一些保护功能，为用户提供了人性化的服务。
主要创新点
（1）将特殊的轮体结构和行星轮系结合起来，使轮椅同时具备上下楼梯和全方位运动的功能，使用户的活动范围和活动灵活性大大提高，为用户的日常生活提供了极大的便利。（2）座椅的可调性能够使上下楼梯的过程尽量平稳，同时也提高了轮椅的舒适性。
推广应用价值
我国还有相当多的地区的住宅楼内没有电梯，许多公共场所也都没有设置残疾人专用通道，而且市场上的电动轮椅笨重，运动不灵活（尤其在较小的空间里），这给残疾人或老年人带
来许多的不方便，我们的这种新型轮椅可以解决上述的不便，而且操作十分简便，对提高残疾人或老年人的生活品质具有重要的意义，因此具有较大的推广应用价值。
4 多功能自助轮椅
参赛学校：西北工业大学
参
赛
者：张君、张保、王开明、赵洪庆，指导教师：葛文杰、刘光磊
作品内容简介
轮椅，作为下肢残残疾人的代步工具，其完善的功能是十分重要的。经市场调查，发现现有普通轮椅还存在一些缺陷，并不能很好的解决残疾人急需解决的棘手问题，主要为：轮椅上的如厕自理，爬坡驻坡以及前轮的越障能力低等问题。针对上述问题，我们在现有轮椅的基础上设计一种多功能自助轮椅，使残疾人能在无人照看的情况下方便的自理如厕，爬坡时能驻坡，方便残疾人倒手，同时提高了针对小台阶等的越障能力。
主要创新点
（1）采用曲柄连杆机构实现自理如厕功能，灵活简单,使用者只需往后躺下即可，同时躺下可方便脱去裤子，操作方便，而且符合人机工程学。（2）驻坡功能的实现是对棘轮的简单应用，上坡时使大轮具备单向旋转能力，可靠性好，上坡时便于残疾人倒手。（3）在前轮加一小轮便可以大大提高其越障（如小台阶等）能力。
推广应用价值
本轮椅适用于各年龄段的残疾人，功能实用，操作简单方便，对残疾人独立处理自己生活事务有很大的帮助，而且成本低廉，符合一般家庭的购买能力，所以会有很大的推广价值。
5 减摆助残车
参赛学校：成都大学
参
赛
者：庞礼、李小波、刘蜀、朱莎，指导教师：张跃华
作品内容简介
根据对市场的调查，现行轮椅结构更适合于在平整的路面上行驶,当其在凹凸不平的路面行驶
时,会造成轮椅仅三轮着地，且是哪三轮着地不确定的情况。导致轮椅行驶不稳定，且坐椅摆动角度较大，使轮椅的安全性、平稳性和舒适性受到影响。针对以上轮椅不足，我们进行了改进设计：（1）通过前后轮轴在一定的角度内的相对转动，保证四轮同时着地，增加轮椅在行进中的稳定性。（2）利用前后轮轴的相对转动，通过一个链传动机构使轮椅坐椅的摆动角度减小，使乘坐者安全、平稳、舒适。
主要创新点
本设计的创新点主要体现在两个方面：第一：通过前后轮轴在一定的角度内的相对转动，保证四轮同时着地，增加轮椅在行进中的稳定性；第二：利用前后轮轴的相对转动，通过一个链传动机构使轮椅坐椅的摆动角度减小，使乘坐者安全、平稳、舒适。
推广应用价值
目前我国有6000万肢体残疾人，有1.3亿老年人，随着中国老龄社会的到来，老年体病人的增加，由于自身功能的障碍，他们不能健步行走，拥有一台安全稳定的轮椅是他们的期盼。轮椅车的社会需求总量在逐年增长，年产量已上升到目前的逾百万台，并且逐年上升。所以如果对现今的轮椅进行我们的这种改进设计，成本不会增加太多，但效果会非常好。综上通过对现行轮椅的改进设计,增加轮椅的安全性、稳定性和舒适性。由于结构紧凑合理,制造工艺性好,简单实用,有很好的推广价值和广阔的市场前景。
6 多功能电动轮椅
参赛学校：哈尔滨工业大学
参
赛
者：杨会生、王金昌、陈奇、蔡一、梁辉，指导教师：焦映厚、高海波
作品内容简介
在综合考虑了现行行业标准《城市道路和建筑物无障碍设计规范》和爬楼轮椅标准的前提下，我们采用了对楼梯适应性能好，且无损伤的行星轮结构，将多星轮机构改为双星轮机构并采用单轴支撑，平地可实现前进、后退、任意半径转弯。上楼时主驱动电机与光电码盘组成半闭环速度负反馈系统，控制行星轮的翻转速度，使整个上楼及下楼过程匀速、低速进行，可减小甚至消除冲击，通过测倾仪的反馈信号控制轮椅上楼、下楼和原地静止，使乘坐者在上下楼时可实时、任意地控制轮椅运动状态。差动装置可以平均分配两行星爬楼轮上所受转矩，与主驱动电机配合可实现单轮越障（包括垂直障碍如马路牙子）、四轮调整自适应凹凸不平的地面的功能。姿态调整电机与测倾仪构成位置闭环负反馈系统，可以调整座椅姿
态，控制整个轮椅的重心位置起到安全保护的作用，同时也可以满足不同人的舒适度要求。
主要创新点
（1）车体单轴支撑、降低爬楼时的协调性要求、降低了控制难度。（2）采用差动装置、可在任意不平路面行驶时四轮着地。（3）采用轮椅姿态闭环控制，提高了安全系数，降低了行星轮翻转力矩。（4）采用双行星轮结构，不损伤楼梯，适应性强。（5）低价电磁制动器与电磁离合器的巧妙组合代替了失电制动性电磁离合器，大幅度降低了成本。（6）基于分布式结构的主从机控制系统,提高系统的可靠性。（7）测倾仪与姿态电机组成的闭环姿态调整系统，使轮椅趋向于重心平衡位置，不同路面重心稳定。（8）改进数字PID控制算法进行速度控制，保证控制精度同时，系统响应时间短，超调量小。
推广应用价值
根据相关数据可知我国现有肢体残疾人877万，目前尚未发现国内有自主爬楼轮椅的生产能力，国外也仅仅在少数几个发达国家有商品化的爬楼轮椅，但价格都在10万元以上。而我们设计的爬楼轮椅目前共花了大约4万元人民币。一旦商品化，估计重量会降低1/2-2/3，外形也会更加美观，成本会能控制在1.5万元人民币以下，因此产品具有巨大的价格优势和市场空间。随着上中国经济的飞速发展，2-3万人民币对大多数国人已不再是天文数字，有理由相信我们的产品会有很好的市场前景。
7 自由轮椅
参赛学校：北京化工大学
参
赛
者：廖康宁、王超然、吴俊，指导教师：张美麟、张有忱
作品内容简介
在原有轮椅的基础上设计系列附件以增加轮椅的重要功能。他们是：（1）上坡单向保障机构：残疾人坐轮椅在行驶上坡而又需要休息时，手只有扶住轮子才不致下滑，所设计的该机构可以解放双手，采用棘轮机构。当轮椅行驶上坡时，棘爪因重力而止动棘轮，使轮椅只能向上行驶而不会倒退，驾驶轮椅的人可因此而安心休息不必担心轮椅回滑。（2）下坡自动限速机构：不是采用普通的车闸，而是采用杆机构，使其在下坡时可以限速，而行驶平地时又自动收回。（3）音乐振动按摩装置：采用一种处理电路，将来自收音机的电讯号转换成电动机的控制信号，使其产生不同的振动效果，以达到既听音乐又能得到腰背部按摩的效果。
主要创新点
所有附加机构拆装方便，不影响原有轮椅的各种功能；上坡单向保障机构具有结构简单、巧妙，又不影响拐弯与路况不好的情况；下坡自动限速机构不需要人为控制，方便、可靠；音乐振动按摩装置一举两得，可以根据个人喜好选音乐与振动按摩的强弱。
推广应用价值
因不需要改造现有轮椅，只需要根据需求安装不同的附件，因此价格低廉，适用人广（指现有旧轮椅与购买新轮椅的人），并且提高了使用轮椅本人的自理能力。
8 自动爬楼梯轮椅
参赛学校：福州大学
参
赛
者：刘博、曾祥有、李艺明、念辉、代蕾，指导教师：潘伶、洪建q?br />作品内容简介
本作品是根据实际楼梯和人体尺寸按比例设计制作的自动爬楼梯轮椅模型，可通过单片机控制电机驱动相应的传动装置实现整台机器上、下楼梯的功能。电路部分采用单片机来控制两
个可逆电机的正反转，以实现轮椅脚的伸缩和轮椅两部分的相对移动；传动部分则是利用螺旋传动来实现轮椅模型的爬楼梯运动。将爬楼梯运动分解为水平运动和竖直运动，并分别用两套螺杆机构实现运动的传递。加上电的控制后能够调节杆长，以适应不同高度差和不同宽度的楼梯。同时，采用滑动导杆增加轮椅的平稳性，模型脚部做成可调式，以使轮椅的座位始终水平，提高整个系统的平稳性和舒适性。
主要创新点
（1）本作品利用仿生学原理，把爬楼梯动作分解为水平和竖直两种运动，极大地简化了机构。（2）螺旋传动机构中巧妙地利用了转化机架法，螺母和螺杆交替做为运动构件。（3）通过调整模型脚部的长度，使得轮椅的座位始终水平，有效地提高了整个系统的平稳性。
推广应用价值
我们的作品零件加工简单，部分是现成零件，成本较低，平稳性好乘坐舒适，适用于婴幼儿、老人及残疾人等上、下楼梯使用。根据对现在轮椅市场的调查，市面上尚缺乏成熟的价格低廉的自动爬楼梯轮椅，无同类产品竞争。因此本产品具有推广应用价值。
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