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             新型多功能電動輪椅的研制

                 王宏臣，盛定高，黃銀花
       （淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 淮安 223003）
  摘要：利用蓄電池和幅條電動機組合，實現(xiàn)由原來普通的手動控制到現(xiàn)在的手動、電動控制的雙重功能，并利用自制的手柄和輔助裝置實現(xiàn)輪椅的控制和轉(zhuǎn)向等功能。驅(qū)動部分采用有刷幅條電機的后輪驅(qū)動。幅條電機傳動具有轉(zhuǎn)矩大、噪音低、效率高、耗電少、壽命長、綠色環(huán)保等優(yōu)點，克服了鏈傳動噪聲大、沖擊大、傳動不平穩(wěn)等缺點，且外觀新穎，改裝后便于輪椅折疊；控制部分采用采用平等四邊形連桿機構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，并實現(xiàn)了大角度的轉(zhuǎn)向控制和兩輪同步運動，同時增加輪椅在行進中的穩(wěn)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；制動部分采用特制的漲剎機構(gòu)，達到前后手柄都可以制動，安全性高。同時研制出按摩坐墊、方便用的馬桶、遮陽用的萬向可調(diào)節(jié)傘架、吃飯看書用的桌架、靠背調(diào)節(jié)機構(gòu)以及專門為此輪椅設(shè)計的集照明和轉(zhuǎn)向用的一體燈。
    關(guān)鍵詞：幅條電機；連桿機構(gòu)；漲剎機構(gòu)；電動控制；輔助裝置
  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
    輪椅通常作為下肢殘疾人的代步工具，對于因某種原因需坐輪椅的人來說，其完善的功能和適宜的價格是十分重要的。經(jīng)市場調(diào)查，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有普通輪椅存在一定缺陷，不能很好的解決殘疾人急需解決的棘手問題：如當(dāng)遇到刮風(fēng)或者爬破時，普通的手動輪椅有時會很難前進，又如輪椅使用者的如廁自理問題等等。而且一般電動輪椅都相當(dāng)笨重、昂貴；手動輪椅則缺乏動力效能，使用不方便。我們設(shè)計的新型多功能電動輪椅是在一般手動輪椅的基礎(chǔ)改裝而成，并添加系列附件用來增加輪椅的很多重要功能，不僅成本相對較低，也切實的為輪椅使用者著想。
    1. 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
在國內(nèi)，電動輪椅的研究還不怎么完善，但是在一定的基礎(chǔ)上還是有所提高的。例如國內(nèi)有些生產(chǎn)商在原有輪椅的研究上，發(fā)明出利用驅(qū)動左、右動力后輪的左、右電機串聯(lián)連接設(shè)計，從而具有差動速度功能，使電動輪椅車行駛時穩(wěn)定舒適、轉(zhuǎn)向可靠；而國外在高檔輪椅方面又有了很大的發(fā)展，例如IBOT 智能輪椅，不僅能夠輕松平穩(wěn)地在崎嶇和很大坡度的路面行駛，還能夠上下樓梯，而且可以利用2 個后輪站立或行走。但是這個輪椅在美國的售價是29000 美元。在日本，還發(fā)明了一種靠臉部表情來控制的高級電動輪椅，使用者只需在頭上
系上一根特殊的帶子，然后通過改變表情就可以實現(xiàn)輪椅的運動。目前國外高性能電動輪椅生產(chǎn)廠家都集中在美國、德國、英國、瑞典和日本。但這些電動輪椅價格不菲。檔次分成3 檔的話，那么最低檔次的價格也在人民幣2～3 萬元，高的達到12萬元。這樣的價格對我國的普通百姓來說太昂貴了，我國普通家庭的購買力有限，這就要求國內(nèi)生產(chǎn)的電動輪椅不僅實用性要強，價格也要便宜。經(jīng)設(shè)計改裝的多功能輪椅，雖然在外觀和有些性能參數(shù)上還不及國外的高檔電動輪椅，但是對一般的家庭來說，它的實用性較強，成本也非常低廉，符合我國一般家庭的購買能力[1]。
      2. 改裝輪椅主要機構(gòu)介紹
 （1）驅(qū)動機構(gòu)：由36V 蓄電池提供能源，通過在輪椅的右輪上裝上一個幅條電機來帶動輪椅的前進。在安裝驅(qū)動輪時，所裝的車條是經(jīng)過縮短處理過后安裝上去的。這樣做不僅便于驅(qū)動輪椅，而且可以讓輪椅重心后移，保證輪椅不會前傾，使使用者坐上去不會因前傾而摔倒。
 （2）轉(zhuǎn)向機構(gòu)：由于在輪椅的后輪上安裝了一個電動機，如果不對前輪加以控制，當(dāng)電動機轉(zhuǎn)起來時，輪椅會打轉(zhuǎn)，而且沖擊力很大，影響使用者的安全。為了解決這個問題時，在輪椅兩前輪之間采用平行四邊行機構(gòu)，利用其機構(gòu)特性，使輪椅前輪保持轉(zhuǎn)向一致，也可以使兩前輪保持大約180 度的旋轉(zhuǎn)角度。在輪椅的后輪軸和輪椅的前支架下方還連接了一個起固定作用的連桿，使裝電動機的輪子更加安全的固定在輪椅上。后輪軸上采用的是卡口加螺栓連接的方式，非常方便裝拆。手把與前輪之間采用了連桿機構(gòu)，便于角度的旋轉(zhuǎn)和起到省力作用[3]。
 （3）剎車機構(gòu)：剎車裝置采用的是和電動車一樣的剎車系統(tǒng)，每個輪子均有其剎車裝置，使用的是抱式剎車，此剎車裝置利用杠桿原理，通過幾個關(guān)節(jié)而后制動，其力學(xué)優(yōu)點比較強，操作方便，使用者只需按住剎把就可以了，制動效果也非常好。
 （4）控制機構(gòu)：分手控和電控兩種方式。在設(shè)計輪椅的控制手柄時，考慮到輪椅的可折疊功能，所以采用的是螺栓連接，但不用擔(dān)心它的穩(wěn)定性，因為在設(shè)計時采用了雙重螺栓的連桿連接，經(jīng)實驗證明，它的穩(wěn)定性還是很強的。而且它在調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向時也非常的方便、可靠。使用者既可以使用手控，也可以采用電控。當(dāng)作小距離散步或是電源沒電時，就可以采用輪椅本身的手控裝置；當(dāng)距離較遠時或是有風(fēng)等惡劣天氣時，就可以使用電動控制裝置，方便的實現(xiàn)前進動作[2]。
     3. 改裝輪椅基本參數(shù)與創(chuàng)新特色介紹
  在選用改裝輪椅時最重要的考慮因素是輪椅的尺寸。特別是座位寬窄、深淺與靠背的高度以及腳踏板到坐墊的距離是否合適，都會使乘坐者有關(guān)著力部位的血液循環(huán)受影響，并發(fā)生皮膚摩損，甚至壓瘡。此外，還要考慮患者的安全性、操作能力、輪椅的重量、使用地點、外觀等問題。具體介紹如表1。

     創(chuàng)新特色：
  （1）在輪椅驅(qū)動部分，采用36Ｖ250W 有刷幅條電機的后輪驅(qū)動。幅條電機傳動具有轉(zhuǎn)矩大、噪音低、效率高、耗電少、壽命長的優(yōu)點，且外觀新穎，改裝后便于輪椅折疊。
  （2）通過改裝過后的電動輪椅，實現(xiàn)由手動控制變成了電動控制，以電代手，電動輪椅的操縱桿由手動控制，肢殘人士只需用一只手扳動操縱柄，就可以開動輪椅自由行進，速度也可任意調(diào)節(jié)。
  （3）手柄對前輪轉(zhuǎn)向的控制采用平等四邊形連桿機構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，并實現(xiàn)了大角度的轉(zhuǎn)向控制和兩輪同步運動，而且起到防倒的功能，遇上下坡也能自主掌控，安全性高。
 （4）在安裝電源時，設(shè)計了一種通過采用一個特殊的長方型支撐架來存放電源，這樣做的目的不僅可以減輕裝電機時產(chǎn)生的重心偏移，而且可以隨時的拆卸，方便折疊和外出攜帶。
  （5）在輪椅原有普通坐墊的基礎(chǔ)上，又安裝了一個新型的電動按摩墊，可以根據(jù)患者自身的喜好情況，選擇不同的按摩類型。
   （6）在輪椅的左后推把上，設(shè)計安裝了一把雨傘架，可以使雨傘全方位轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)。
   （7）在設(shè)計輪椅時，特地加了一個供緊急情況時使用的小藥箱，里面可放很多必備的藥品。
  （8）在輪椅的前側(cè)面上，安裝了一個供照明用的日光燈，即使在夜晚時也可以出行。
  （9）在輪椅的后背上，裝了二個反光鏡，可以有效的防止追尾事件，保證人身安全。
  （10）人性化要求很重要，解決如廁問題也是必須考慮的。因此在改裝時，采用曲柄連桿機構(gòu)實現(xiàn)自理如廁功能，操作方便，且符合人機工程學(xué)。
  （11）在輪椅的前支撐架上，裝了小桌子支架，這樣可以解決吃飯時的不方便。
    改裝后的新型多功能電動輪椅見圖1。
     
      4. 結(jié)語
   通過改進設(shè)計把普通輪椅經(jīng)濟的改裝成電動輪椅，不僅將電動輪椅的成本控制在幾千元以內(nèi)，而且改裝后的輪椅無論從可折疊性、安全性、穩(wěn)定性和舒適性來說，都比普通輪椅更加優(yōu)良。而且經(jīng)設(shè)計改裝的多功能電動輪椅適用于各年齡段的殘疾人，操作簡單方便，對殘疾人一定程度的生活自理有很大幫助。這款新型多功能電動輪椅制造工藝好，結(jié)構(gòu)緊湊合理，簡單好操作，同時價格實惠，將會有很好的推廣價值和廣闊的市場前景。

參考文獻：
[1]袁世奇，宮興禎，唐宗軍. 一種具有全方向運動功能的電動輪椅的設(shè)計[J]. 沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2004，（6）：23-24.
[2]杜宇，吳燮華. 電動輪椅控制器的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 電力電子技術(shù)，2004，（1）：10-12.
[3]劉云，王艾倫. 一種新型模塊化電動輪椅的設(shè)計研究[J]. 機械制造，2007，（10）：31-32.
 
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