星轮式多功能爬楼轮椅结构设计

星轮式多功能爬楼轮椅结构设计

周琳淏,王衍庭，张栩菡，王锦旭

（青岛黄海学院 智能制造学院，山东 青岛，266427）

摘要：针对目前国内老人和下肢残疾人士上下楼梯困难的状况，对爬楼轮椅进行了研究，旨在设计一款能够单人操作的星轮式多功能爬楼轮椅。轮椅的爬楼功能主要依靠其独特的星轮式爬升机构，可以通过不断交替翻转星轮组来实现自动爬楼的功能。当轮椅在平坦的地面上行驶时，星形支架保持稳定，而星轮则围绕自身的中心轴旋转；当攀登楼梯时，星轮保持与自身中心轴的固定不动，而前后两轮组则同步旋转。采用两组星轮组，保证了轮椅攀爬楼梯过程中的安全性和稳定性。

关键词：星轮式;电动轮椅;爬升装置

0引言

《中国人口老龄化发展趋势预测研究报告》指出，中国正面临着一个不可逆转的老龄社会。2020年，中国65岁及以上的老年人口已经超过1.91亿，在全国总人口中所占的比重高达13.5%，预计到2050年，这一数字将进一步增长，达到4亿以上[1]。2022年，根据中国残联的最新统计，全国残疾人口已经达到8500万，这一庞大的群体，加上残疾人的特殊需求，让助残助老变得更加迫切。而轮椅也已经成为残障人士日常出行的必备交通工具，它的出现改变了他们的生活方式。随着技术的进步，传统的轮椅已经不再适用于日常生活，因此，开发出更加先进的智能爬楼轮椅显得极其必要。

1. 爬楼轮椅整体方案

1.1主要设计要求

首先，星轮式爬楼轮椅的设计非常重视其结构的优化，这样才能确保它的安全和高效的使用。为了满足这一目标，必须采用一种高效、稳定的星轮机构，并且配备一套优质的动力系统，以提供足够的爬升扭矩。

作为爬升装置的关键组件，星轮机构的设计应当从最初的尺寸出发，以确保它能够完美地适应楼梯的尺寸。过大或过小的星轮和星轮架都会影响爬升装置的性能，因此，在设计时应该特别注意这两个参数的选择。

应该根据乘坐者的身体宽度，将座位宽度在此基础上加5cm，以确保乘坐者的舒适度，同时也能够更好地操作轮椅。

在选择座位时，应该先确定臀部与小腿的水平距离，再将其精确地缩短6.5cm。

为了提升轮椅的使用体验，建议将其座位的高度调节至4cm，同时脚踏板应当与地面保持5cm的距离，以免占据太大的空间，也避免使乘客感受到不适。

扶手或臂托一般在座位上方距离座面22.5~25cm。

星轮式多功能爬楼轮椅结构示意图见图1。

图1 星轮式多功能爬楼轮椅结构示意图

1－爬升机构；2－电机；3－控制手柄；4－座椅；5－轮椅主架；6－行走机构；7－轮毂电机

1.2 爬升机构设计

电动轮椅是一种先进的交通工具，它能够帮助人们轻松上下楼梯。这种设备由两个部分组成：一个是爬楼梯机构，另一个是平地行走机构。根据国内外的研究，爬楼梯机构有许多种类，如星轮式、履带式和腿足式。

行星轮具有独特的构造，它们可以自转，也可以围绕主轴中心旋转。爬楼时，会自动锁定，星轮架通过绕主轴旋转，实现爬楼的功能。轮胎的结构由三个星形机构组成，伺服电动机将其驱动，使轮轴在两侧旋转，从而使星形机构的中心部分的齿轮也随之运动，最终，三个星形机构的齿轮之间的传动也会被激活，从而使轮胎也随之运动[2]。当在平坦的地面上行驶时，中心齿轮就会带动两个星轮向前移动，三个星轮整体会朝前移动。但是，如果你要爬楼，中间的齿轮就会被锁定，中心齿轮的旋转会带动整个三星轮系统一起向前翻转。这种翻滚机构的结构是一种复杂的结构，由轮胎、主轴、三个行星齿轮以及内外挡圈组成[3]。当电机驱动减速器时，主轴齿轮就会被激活，而三个行星齿轮则保持静止，这样就可以让每个轮胎围绕着中心轴线不断地翻滚，最终完成爬楼的任务

2 创新点

1. 星轮式爬楼轮椅结构设计：采用星轮式爬升机构，通过不断交替翻转星轮组实现自动爬楼功能，保证轮椅攀爬楼梯过程中的安全性和稳定性。

2. 电动轮椅：轮椅配备可移动可充电的电池、动力驱动、智能的电子控制系统，使得轮椅具备更多的智能化功能，如与乘客的交互。

3. 结构设计：利用 Solidworks 软件进行三维建模，设计出更加便捷、贴近使用者实际需求的智能爬楼轮椅。

3结语

该论文介绍的是一款星轮式多功能爬楼轮椅的设计。这种轮椅是在普通电动轮椅的基础上进行的改进，增加了一个爬楼机构，使得轮椅除了原有的基本功能之外，还可以爬楼梯。这款星轮式多功能爬楼轮椅的设计，主要包括主架、平地行走机构、爬楼翻转机构及其相应的控制系统，它不仅可以实现高效的爬楼，而且还拥有出色的耐用性、安全性、舒适性等特点。

参考文献

[1]李佳阳.中国人口老龄化问题分析及应对措施研究[J].国际公关,2022,No.142(10):

[2]皮莹.多功能轮椅的主机构设计与研究[D].湖北工业大学,2020.

[3]刘鑫,宫逸文,赖文博,陶程,高义.三星轮多功能轮椅设计[J].起重运输机械,2022(08):30-34.

作者简介

周琳淏，2004年07月，青岛黄海学院智能制造学院机械设计制造及其自动化

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