夕阳“无限”号-可爬楼的无障碍轮椅

宋杰 罗建海 钟浩宇 张许 叶如益

摘 要：轮椅是现在大多数年老体弱、行动不便者使用较为广泛的代步工具。文章主要介绍该轮椅的履带的收放机构、后轮升降机构和采用PLC电路控制实现轮椅的代步、爬楼的设计。其结构是将平地行驶和爬楼机构融为一体，其工作原理是平地运动时履带机构收起，由后轮驱动，爬楼时履带结构放下，与楼梯成一定角度，角度可调节，使乘坐者始终处于较舒适的状态，由履带机构驱动轮椅爬楼。并安装控制器及按钮来操控轮椅，使轮椅的运行实现全自动一体化，操作便捷化，平地运行时可前进后退转弯，上下楼时，按下上下楼梯的按钮，车身便会自动收起转动轮，放下履带与楼梯面贴合，履带转动爬楼。真正实现可爬楼的无障碍出行，该车操控简单便捷，可以实现平路自动行驶及上下楼，且平稳性高，安全性高。

关键词：履带机构;可爬楼轮椅;控制系统

1 概述

随着人口老龄化的日趋严重，给社会及家庭带来的压力也不断增大。老年人的肢体能力不断的弱化，从而给生活出行带来了极大的不便。另外，由于各种生产事故、交通事故、各种灾害等意外事故导致大量残疾人的出现，这也是整个社会一直面临的问题。残疾人上下楼梯困难而国的内城市尤其是在中小城市中以多层公寓式楼房居多，电梯的使用还没有普及到所有的居民住宅。针对以上问题我们研究并设计了一款可爬楼的轮椅夕阳“无限”号可爬楼的无障碍轮椅。克服了传统轮椅无法爬楼的问题，可应用于平地代步、景区楼梯爬行、住宅楼道爬行，真正无障碍出行。

2 可爬楼的无障碍轮椅的概述

平地代步：老年人操控手动摇杆，手动摇杆连接着控制器，控制器控制后轮电机，由电机驱动轮子带动轮椅的前行和后退及转弯。上下楼梯：上楼时，操控驱动摇杆调整车身使履带后头与楼梯面贴合，按下上楼按钮，履带自动下降，轮子自动收起，履带转动带动老年人上樓。到达楼梯平面上，轮子自动下降，履带收起，操控摇杆与下一层楼梯面贴合。下楼时，相同操作，只需按下下楼按钮，后续下楼动作自动运行。

2.1 轮椅的基本构造

该轮椅主要由履带升降机构、后轮升降机构、靠背折叠机构、PLC控制系统、驱动轮、导向轮和铝型材构成。由于履带只有在爬楼梯时使用，而在平地行驶使用的是轮子，所以履带平时是收起来的。故在设计履带时，要考虑它的收放机构。履带式行走装置包括以下部分：履带，驱动轮，导向轮，托轮，支重轮，张紧装置、悬架。

因为上下楼梯时，履带展开，为了让轮子不与楼梯面触碰，从而使车身打滑，所以让轮子进行升降，使车身更加轻便。

轮子升降利用推杆电机的伸缩拉动轮子上升和下降，推杆电机一端和车身固定，另一端与轮子固定。并用PLC电路控制，当轮子上升时，触碰行程开关，推杆电机停止。下降时运用相同的原理，将轮子下降，同时碰到行程开关推杆电机停止。当整个轮椅不工作时，所占空间较大，因此我们采用折叠技术，通过折叠靠背减少占用空间。

3 电气控制方案设计

控制要求分析：该轮椅需要在平地时老人操控摇柄电动前行，上下楼时，只需按下按钮，履带自动下降，轮子自动上升，履带转动带动老人上下楼，当要到达上下楼层的平面时，按下按钮，履带自动上升，轮子自动下降，保证车身和平面平行。轮椅的工作原理：本轮椅利用一台PLC对所有的功能进行统一的管理与监控。当用户需要前行后退的时候，只要用户通过手动摇杆，使轮毂电机开始运转，带动小车运行。当用户到达楼梯前面时，使两侧轮组的后下侧行走轮紧贴楼梯的第一个台阶里面，用户按下“躺”按钮，轮椅车体开始往后倾倒，至适当的角度（老年人感觉舒服后），爬楼时老年人如在平地的角度。先按“升”按钮，使其轮子上升避免上楼时轮子会撞到楼梯角，在按下“上楼”按钮后，轮椅自动开始爬楼。下楼也是如此。

4 结束语

根据老年人和残疾人对轮椅的功能的需求，本论文介绍了可爬楼的无障碍轮椅的设计原理和主要组成部分及PLC控制系统的方案设计和控制原理。充分考虑轮椅使用过程中的安全性以及可行性，结合目前市场上的轮椅功能以及种类，对轮椅的功能进行升级和扩张，从而研发和设计了可爬楼的无障碍轮椅。

参考文献

[1]机械创新设计.主编：曲继方，张美麟.机械工业出版社，2001.4

[2]机械创新设计.主编：罗绍新.机械工业出版社，2007.11

[3]典型机电设备安装与调试.主编：周建清，吴仁玉.机械工业出版社，2015.9

[4]机械设计基础.主编：高英敏，刘彩琴.机械工业出版社，2012.8

[5]Solidworks 2010.主编：宋晓梅，张莹.人民邮电出版