多功能轮椅的结构设计与研究解析

吴晓慧

文章编号：2095-6835（2016）17-0106-01

摘 要：轮椅是残障人士的代步工具，其在帮助残障人士出行和参与康复训练、社交活动等方面发挥着重要的作用，但目前市面上销售的轮椅大多不能解决残障人士在日常生活中遇到的问题，比如上下楼梯、取高处物品等。因此，设计一款更加人性化的多功能轮椅便变得十分重要。结合工作经验，浅析了多功能轮椅的结构设计。

关键词：轮椅；多功能结构设计；驱动机构；转向机构

中图分类号：TH789 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.17.106

多功能轮椅是一种以医学理论为设计依据，以帮助使用者参与康复训练及恢复运动机能为目的的自动化康复医疗设备。本文讨论的多功能轮椅可供肢体残障人士参与康复训练所用，具体体现在不同运动方向的定位和动力驱动，以满足使用者在日常生活中升降、移动和改变姿态等需求，从而提高其生活质量。换而言之，在功能设计上，多功能轮椅应满足自主移动、升降、康复训练、转接、座椅回收和脚蹬收放功能。文文所述的多功能轮椅采用的是中空铝合金型材焊接结构，具有施工简便、结构设计灵活、生产周期短、质量轻、刚度大和强度高等优点。这一多功能轮椅的技术参数为：最大运行速度小于等于4.5 km/h、长度小于等于1 200 mm、宽度小于等于700 mm、高度小于等于2 000 mm、方向轮200 mm、驱动轮300 mm、承重80 kg；爬坡能力大于等于8°、越障高度大于等于25 mm、最小回转直径900 mm、加速时间小于等于2 s、一次充电最大行程大于等于10 km及耗电量在厂家规定标准的15%以下。笔者分别介绍了多功能轮椅的座椅机构、转向机构、驱动机构和座椅升降机构的设计。

1 座椅机构设计

多功能轮椅的座椅机构包括座椅靠背部分、扶手部分和支撑部分。其中，支撑部分是整个轮椅的基体，其作用是支撑和保护使用者，同时，轮椅的其他功能部件都会通过紧固件与支撑部分联接为一体，从而实现这一轮椅的全部功能；设在支撑部位上的扶手部位主要用来保护使用者的安全；靠背部位同样设在支撑部位上，其与支撑部件的角度可通过调节来满足使用者对体位和坐姿的要求，比如将轮椅靠背部件与支撑部件的角度调为95°，以便使用者坐立使用这一多功能轮椅，或将角度调为180°，以便使用中仰躺使用轮椅等。

2 转向机构设计

在多功能轮椅中，转向机构包括轮椅滚轮、转向座、转向齿轮箱、滚轮支撑轴和转向驱动电机等组分。其中，控制单元通过控制电机来对齿轮箱内的齿轮进行驱动转向，使之实现正、反转运动；齿轮通过转向输出至转向座来使之左右摆动，继而在滚轮支撑轴的驱动下，实现轮椅滚轮的左右摆动。多功能轮椅的转向机构是由电器和机械装置集成的控制机构，其一般设在轮椅支撑部位的底板上。在多功能轮椅中，转向机构的设计凸显了轮椅对使用者的人文关怀，使之比普通的轮椅更加人性化。

3 驱动机构设计

在多功能轮椅中，驱动机构既可保证轮椅在平地上平稳行进，又可通过转换动力，使之在楼梯等特殊位置行进。多功能轮椅的驱动机构包括轮椅滚动轮、动力转换部分、驱动电机、轴承、齿轮及驱动轴Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ等组分。驱动机构的运动原理过程如下：①动力由驱动电机经驱动轴Ⅲ传至驱动轴Ⅱ，以驱动滚动轮转动并使之在平地上平稳行进；②动力由驱动电机经驱动轴Ⅲ传至驱动轴Ⅱ，以驱动滚动轮顺着支撑轴转动并使之在楼梯上安全行进。

轮椅驱动机构的主要特点包括：①动力转换部件通过电动拔叉便可向不同方向传动，进而驱动轮椅的运动部件并使之以不同的方式行进；②轮椅滚动轮包括两种滚动方式，即小轮单独滚动、三个轮顺着支撑轴滚动。

正是上述特征的存在，才真正使得轮椅的多功能成为现实。轮椅的驱动机构是由电器与机械装置集成的控制机构，其较高的技术含量和使用性实现了轮椅的人性化特征。

4 座椅升降机构设计

轮椅座椅的升降机构包括升降坐板、升降油缸、油缸固定板和控制单元等组分，其主要功为：由控制单元对升降油缸的垂直运行进行控制，从而带动升降坐板垂直运动，进而达到升高和降低轮椅使用者的目的。这样提高了轮椅的自动化程度，可为使用者提供更加人性化的服务。

5 结束语

综上所述，轮椅的座椅机构对使用者有支撑作用，使用者通过对其摇杆、遥控器或按钮加以操纵，可对座椅机构进行转向控制，体现了轮椅的转向功能；通过对摇杆、遥控器或按钮加以操作，可对驱动机构的自动后退和前进进行控制，且支持平地驱动模式与上下楼梯模式之间的相互转换，体现了轮椅的自动化功能；通过控制遥控器或机构的按钮，可对轮椅的升降进行控制，扩大了使用者的活动范围。此外，在轮椅上装置的可充电式便携蓄电池可为多功能轮椅供电，且配备了液压控制系统。

本文所述的多功能轮椅集遥控系统、升降式座椅、上下楼梯和自动行走等功能为一体，其对增强使用者的生活自信心及提高其生活质量起到了重要的作用，理应加以重视。此外，在对多功能轮椅的机构进行设计时，应将轮椅的功能性、安全性和人性化要求考虑其中，具体应在满足轮椅功能结构要求的前提下使使用者在心理上接受轮椅，并注意合理选材，以提高轮椅使用的安全性及延长其使用寿命，从而提升多功能轮椅的性价比。

参考文献

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〔编辑：张思楠〕