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             新型多功能电动轮椅的研制

                 王宏臣,盛定高,黄银花
       (淮安信息职业技术学院,江苏 淮安 223003)
  摘要:利用蓄电池和幅条电动机组合,实现由原来普通的手动控制到现在的手动、电动控制的双重功能,并利用自制的手柄和辅助装置实现轮椅的控制和转向等功能。驱动部分采用有刷幅条电机的后轮驱动。幅条电机传动具有转矩大、噪音低、效率高、耗电少、寿命长、绿色环保等优点,克服了链传动噪声大、冲击大、传动不平稳等缺点,且外观新颖,改装后便于轮椅折叠;控制部分采用采用平等四边形连杆机构,结构简单,并实现了大角度的转向控制和两轮同步运动,同时增加轮椅在行进中的稳定性,而且起到防倒的功能,遇上下坡也能自主掌控,安全性高;制动部分采用特制的涨刹机构,达到前后手柄都可以制动,安全性高。同时研制出按摩坐垫、方便用的马桶、遮阳用的万向可调节伞架、吃饭看书用的桌架、靠背调节机构以及专门为此轮椅设计的集照明和转向用的一体灯。
    关键词:幅条电机;连杆机构;涨刹机构;电动控制;辅助装置
  Study on manufacture of new type multifunctional electromotive wheelchair
         WANG Hong-chen,SHENG Ding-gao,HUANG Yin-hua
   (Huaian College of Information Technology,Huaian 223003,China)
   Abstract:Using the accumulator cell and the strip electric motor combination,it is realized from the original
ordinary hand control to present manual, the electric control dual function,and using the self-made handle and the auxiliary unit,it is realized controls and changes and so on functions. The drive part uses rear wheel drive of the strip electric motor with brushes. The strip electric motor transmission has many merits such as big torque,low noise,high efficiency,few electricity consumes ,long life,
and green environmental protection and so on,and it overcame many shortcomings such as big chain drive noise,big attacks,unsteady transmission and so on.. It’s outward appearance is novel and after the re-equipping it is convenient for the wheelchair to fold;The control section uses the equal quadrangle link motion gear. The structure is simple,and it has realized the wide
angle steering control and two round synchronized movements. Simultaneously the wheelchair's stability is increased in marching forward and it is used to defend against upside down . Moreover it is able to control independently when meeting the downhill. The braking part adopts mechanism of made-to-order going up to stop to reach braking by the front and back handle and the security is high. At the same time,we develop out the massage cushion,the convenient rack,an adjusting umbrella of back buffer pool with the rack universal for sunshade,the eating and reading table,back buffer pool mechanism and an integral
whole light that collection illumination and vergence that the wheel chair designs specially for this purpose .
  Key words:electromotive wheelchair;hand control;electric control;auxiliary unit
    轮椅通常作为下肢残疾人的代步工具,对于因某种原因需坐轮椅的人来说,其完善的功能和适宜的价格是十分重要的。经市场调查,发现现有普通轮椅存在一定缺陷,不能很好的解决残疾人急需解决的棘手问题:如当遇到刮风或者爬破时,普通的手动轮椅有时会很难前进,又如轮椅使用者的如厕自理问题等等。而且一般电动轮椅都相当笨重、昂贵;手动轮椅则缺乏动力效能,使用不方便。我们设计的新型多功能电动轮椅是在一般手动轮椅的基础改装而成,并添加系列附件用来增加轮椅的很多重要功能,不仅成本相对较低,也切实的为轮椅使用者着想。
    1. 国内外研究现状
在国内,电动轮椅的研究还不怎么完善,但是在一定的基础上还是有所提高的。例如国内有些生产商在原有轮椅的研究上,发明出利用驱动左、右动力后轮的左、右电机串联连接设计,从而具有差动速度功能,使电动轮椅车行驶时稳定舒适、转向可靠;而国外在高档轮椅方面又有了很大的发展,例如IBOT 智能轮椅,不仅能够轻松平稳地在崎岖和很大坡度的路面行驶,还能够上下楼梯,而且可以利用2 个后轮站立或行走。但是这个轮椅在美国的售价是29000 美元。在日本,还发明了一种靠脸部表情来控制的高级电动轮椅,使用者只需在头上
系上一根特殊的带子,然后通过改变表情就可以实现轮椅的运动。目前国外高性能电动轮椅生产厂家都集中在美国、德国、英国、瑞典和日本。但这些电动轮椅价格不菲。档次分成3 档的话,那么最低档次的价格也在人民币2~3 万元,高的达到12万元。这样的价格对我国的普通百姓来说太昂贵了,我国普通家庭的购买力有限,这就要求国内生产的电动轮椅不仅实用性要强,价格也要便宜。经设计改装的多功能轮椅,虽然在外观和有些性能参数上还不及国外的高档电动轮椅,但是对一般的家庭来说,它的实用性较强,成本也非常低廉,符合我国一般家庭的购买能力[1]。
      2. 改装轮椅主要机构介绍
 (1)驱动机构:由36V 蓄电池提供能源,通过在轮椅的右轮上装上一个幅条电机来带动轮椅的前进。在安装驱动轮时,所装的车条是经过缩短处理过后安装上去的。这样做不仅便于驱动轮椅,而且可以让轮椅重心后移,保证轮椅不会前倾,使使用者坐上去不会因前倾而摔倒。
 (2)转向机构:由于在轮椅的后轮上安装了一个电动机,如果不对前轮加以控制,当电动机转起来时,轮椅会打转,而且冲击力很大,影响使用者的安全。为了解决这个问题时,在轮椅两前轮之间采用平行四边行机构,利用其机构特性,使轮椅前轮保持转向一致,也可以使两前轮保持大约180 度的旋转角度。在轮椅的后轮轴和轮椅的前支架下方还连接了一个起固定作用的连杆,使装电动机的轮子更加安全的固定在轮椅上。后轮轴上采用的是卡口加螺栓连接的方式,非常方便装拆。手把与前轮之间采用了连杆机构,便于角度的旋转和起到省力作用[3]。
 (3)刹车机构:刹车装置采用的是和电动车一样的刹车系统,每个轮子均有其刹车装置,使用的是抱式刹车,此刹车装置利用杠杆原理,通过几个关节而后制动,其力学优点比较强,操作方便,使用者只需按住刹把就可以了,制动效果也非常好。
 (4)控制机构:分手控和电控两种方式。在设计轮椅的控制手柄时,考虑到轮椅的可折叠功能,所以采用的是螺栓连接,但不用担心它的稳定性,因为在设计时采用了双重螺栓的连杆连接,经实验证明,它的稳定性还是很强的。而且它在调节转向时也非常的方便、可靠。使用者既可以使用手控,也可以采用电控。当作小距离散步或是电源没电时,就可以采用轮椅本身的手控装置;当距离较远时或是有风等恶劣天气时,就可以使用电动控制装置,方便的实现前进动作[2]。
     3. 改装轮椅基本参数与创新特色介绍
  在选用改装轮椅时最重要的考虑因素是轮椅的尺寸。特别是座位宽窄、深浅与靠背的高度以及脚踏板到坐垫的距离是否合适,都会使乘坐者有关着力部位的血液循环受影响,并发生皮肤摩损,甚至压疮。此外,还要考虑患者的安全性、操作能力、轮椅的重量、使用地点、外观等问题。具体介绍如表1。

     创新特色:
  (1)在轮椅驱动部分,采用36V250W 有刷幅条电机的后轮驱动。幅条电机传动具有转矩大、噪音低、效率高、耗电少、寿命长的优点,且外观新颖,改装后便于轮椅折叠。
  (2)通过改装过后的电动轮椅,实现由手动控制变成了电动控制,以电代手,电动轮椅的操纵杆由手动控制,肢残人士只需用一只手扳动操纵柄,就可以开动轮椅自由行进,速度也可任意调节。
  (3)手柄对前轮转向的控制采用平等四边形连杆机构,结构简单,并实现了大角度的转向控制和两轮同步运动,而且起到防倒的功能,遇上下坡也能自主掌控,安全性高。
 (4)在安装电源时,设计了一种通过采用一个特殊的长方型支撑架来存放电源,这样做的目的不仅可以减轻装电机时产生的重心偏移,而且可以随时的拆卸,方便折叠和外出携带。
  (5)在轮椅原有普通坐垫的基础上,又安装了一个新型的电动按摩垫,可以根据患者自身的喜好情况,选择不同的按摩类型。
   (6)在轮椅的左后推把上,设计安装了一把雨伞架,可以使雨伞全方位转动调节。
   (7)在设计轮椅时,特地加了一个供紧急情况时使用的小药箱,里面可放很多必备的药品。
  (8)在轮椅的前侧面上,安装了一个供照明用的日光灯,即使在夜晚时也可以出行。
  (9)在轮椅的后背上,装了二个反光镜,可以有效的防止追尾事件,保证人身安全。
  (10)人性化要求很重要,解决如厕问题也是必须考虑的。因此在改装时,采用曲柄连杆机构实现自理如厕功能,操作方便,且符合人机工程学。
  (11)在轮椅的前支撑架上,装了小桌子支架,这样可以解决吃饭时的不方便。
    改装后的新型多功能电动轮椅见图1。
     
      4. 结语
   通过改进设计把普通轮椅经济的改装成电动轮椅,不仅将电动轮椅的成本控制在几千元以内,而且改装后的轮椅无论从可折叠性、安全性、稳定性和舒适性来说,都比普通轮椅更加优良。而且经设计改装的多功能电动轮椅适用于各年龄段的残疾人,操作简单方便,对残疾人一定程度的生活自理有很大帮助。这款新型多功能电动轮椅制造工艺好,结构紧凑合理,简单好操作,同时价格实惠,将会有很好的推广价值和广阔的市场前景。

参考文献:
[1]袁世奇,宫兴祯,唐宗军. 一种具有全方向运动功能的电动轮椅的设计[J]. 沈阳工业大学学报,2004,(6):23-24.
[2]杜宇,吴燮华. 电动轮椅控制器的设计与实现[J]. 电力电子技术,2004,(1):10-12.
[3]刘云,王艾伦. 一种新型模块化电动轮椅的设计研究[J]. 机械制造,2007,(10):31-32.
 
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