多功能輪椅的結構設計與研究解析

吳曉慧

文章編號：2095-6835（2016）17-0106-01

摘 要：輪椅是殘障人士的代步工具，其在幫助殘障人士出行和參與康復訓練、社交活動等方面發揮著重要的作用，但目前市面上銷售的輪椅大多不能解決殘障人士在日常生活中遇到的問題，比如上下樓梯、取高處物品等。因此，設計一款更加人性化的多功能輪椅便變得十分重要。結合工作經驗，淺析了多功能輪椅的結構設計。

關鍵詞：輪椅；多功能結構設計；驅動機構；轉向機構

中圖分類號：TH789 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.17.106

多功能輪椅是一種以醫學理論為設計依據，以幫助使用者參與康復訓練及恢復運動機能為目的的自動化康復醫療設備。本文討論的多功能輪椅可供肢體殘障人士參與康復訓練所用，具體體現在不同運動方向的定位和動力驅動，以滿足使用者在日常生活中升降、移動和改變姿態等需求，從而提高其生活質量。換而言之，在功能設計上，多功能輪椅應滿足自主移動、升降、康復訓練、轉接、座椅回收和腳蹬收放功能。文文所述的多功能輪椅采用的是中空鋁合金型材焊接結構，具有施工簡便、結構設計靈活、生產周期短、質量輕、剛度大和強度高等優點。這一多功能輪椅的技術參數為：最大運行速度小于等于4.5 km/h、長度小于等于1 200 mm、寬度小于等于700 mm、高度小于等于2 000 mm、方向輪200 mm、驅動輪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、最小回轉直徑900 mm、加速時間小于等于2 s、一次充電最大行程大于等于10 km及耗電量在廠家規定標準的15%以下。筆者分別介紹了多功能輪椅的座椅機構、轉向機構、驅動機構和座椅升降機構的設計。

1 座椅機構設計

多功能輪椅的座椅機構包括座椅靠背部分、扶手部分和支撐部分。其中，支撐部分是整個輪椅的基體，其作用是支撐和保護使用者，同時，輪椅的其他功能部件都會通過緊固件與支撐部分聯接為一體，從而實現這一輪椅的全部功能；設在支撐部位上的扶手部位主要用來保護使用者的安全；靠背部位同樣設在支撐部位上，其與支撐部件的角度可通過調節來滿足使用者對體位和坐姿的要求，比如將輪椅靠背部件與支撐部件的角度調為95°，以便使用者坐立使用這一多功能輪椅，或將角度調為180°，以便使用中仰躺使用輪椅等。

2 轉向機構設計

在多功能輪椅中，轉向機構包括輪椅滾輪、轉向座、轉向齒輪箱、滾輪支撐軸和轉向驅動電機等組分。其中，控制單元通過控制電機來對齒輪箱內的齒輪進行驅動轉向，使之實現正、反轉運動；齒輪通過轉向輸出至轉向座來使之左右擺動，繼而在滾輪支撐軸的驅動下，實現輪椅滾輪的左右擺動。多功能輪椅的轉向機構是由電器和機械裝置集成的控制機構，其一般設在輪椅支撐部位的底板上。在多功能輪椅中，轉向機構的設計凸顯了輪椅對使用者的人文關懷，使之比普通的輪椅更加人性化。

3 驅動機構設計

在多功能輪椅中，驅動機構既可保證輪椅在平地上平穩行進，又可通過轉換動力，使之在樓梯等特殊位置行進。多功能輪椅的驅動機構包括輪椅滾動輪、動力轉換部分、驅動電機、軸承、齒輪及驅動軸Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ等組分。驅動機構的運動原理過程如下：①動力由驅動電機經驅動軸Ⅲ傳至驅動軸Ⅱ，以驅動滾動輪轉動并使之在平地上平穩行進；②動力由驅動電機經驅動軸Ⅲ傳至驅動軸Ⅱ，以驅動滾動輪順著支撐軸轉動并使之在樓梯上安全行進。

輪椅驅動機構的主要特點包括：①動力轉換部件通過電動拔叉便可向不同方向傳動，進而驅動輪椅的運動部件并使之以不同的方式行進；②輪椅滾動輪包括兩種滾動方式，即小輪單獨滾動、三個輪順著支撐軸滾動。

正是上述特征的存在，才真正使得輪椅的多功能成為現實。輪椅的驅動機構是由電器與機械裝置集成的控制機構，其較高的技術含量和使用性實現了輪椅的人性化特征。

4 座椅升降機構設計

輪椅座椅的升降機構包括升降坐板、升降油缸、油缸固定板和控制單元等組分，其主要功為：由控制單元對升降油缸的垂直運行進行控制，從而帶動升降坐板垂直運動，進而達到升高和降低輪椅使用者的目的。這樣提高了輪椅的自動化程度，可為使用者提供更加人性化的服務。

5 結束語

綜上所述，輪椅的座椅機構對使用者有支撐作用，使用者通過對其搖桿、遙控器或按鈕加以操縱，可對座椅機構進行轉向控制，體現了輪椅的轉向功能；通過對搖桿、遙控器或按鈕加以操作，可對驅動機構的自動后退和前進進行控制，且支持平地驅動模式與上下樓梯模式之間的相互轉換，體現了輪椅的自動化功能；通過控制遙控器或機構的按鈕，可對輪椅的升降進行控制，擴大了使用者的活動范圍。此外，在輪椅上裝置的可充電式便攜蓄電池可為多功能輪椅供電，且配備了液壓控制系統。

本文所述的多功能輪椅集遙控系統、升降式座椅、上下樓梯和自動行走等功能為一體，其對增強使用者的生活自信心及提高其生活質量起到了重要的作用，理應加以重視。此外，在對多功能輪椅的機構進行設計時，應將輪椅的功能性、安全性和人性化要求考慮其中，具體應在滿足輪椅功能結構要求的前提下使使用者在心理上接受輪椅，并注意合理選材，以提高輪椅使用的安全性及延長其使用壽命，從而提升多功能輪椅的性價比。

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〔編輯：張思楠〕