夕陽“無限”號-可爬樓的無障礙輪椅

宋杰 羅建海 鐘浩宇 張許 葉如益

摘 要：輪椅是現在大多數年老體弱、行動不便者使用較為廣泛的代步工具。文章主要介紹該輪椅的履帶的收放機構、后輪升降機構和采用PLC電路控制實現輪椅的代步、爬樓的設計。其結構是將平地行駛和爬樓機構融為一體，其工作原理是平地運動時履帶機構收起，由后輪驅動，爬樓時履帶結構放下，與樓梯成一定角度，角度可調節，使乘坐者始終處于較舒適的狀態，由履帶機構驅動輪椅爬樓。并安裝控制器及按鈕來操控輪椅，使輪椅的運行實現全自動一體化，操作便捷化，平地運行時可前進后退轉彎，上下樓時，按下上下樓梯的按鈕，車身便會自動收起轉動輪，放下履帶與樓梯面貼合，履帶轉動爬樓。真正實現可爬樓的無障礙出行，該車操控簡單便捷，可以實現平路自動行駛及上下樓，且平穩性高，安全性高。

關鍵詞：履帶機構;可爬樓輪椅;控制系統

1 概述

隨著人口老齡化的日趨嚴重，給社會及家庭帶來的壓力也不斷增大。老年人的肢體能力不斷的弱化，從而給生活出行帶來了極大的不便。另外，由于各種生產事故、交通事故、各種災害等意外事故導致大量殘疾人的出現，這也是整個社會一直面臨的問題。殘疾人上下樓梯困難而國的內城市尤其是在中小城市中以多層公寓式樓房居多，電梯的使用還沒有普及到所有的居民住宅。針對以上問題我們研究并設計了一款可爬樓的輪椅夕陽“無限”號可爬樓的無障礙輪椅。克服了傳統輪椅無法爬樓的問題，可應用于平地代步、景區樓梯爬行、住宅樓道爬行，真正無障礙出行。

2 可爬樓的無障礙輪椅的概述

平地代步：老年人操控手動搖桿，手動搖桿連接著控制器，控制器控制后輪電機，由電機驅動輪子帶動輪椅的前行和后退及轉彎。上下樓梯：上樓時，操控驅動搖桿調整車身使履帶后頭與樓梯面貼合，按下上樓按鈕，履帶自動下降，輪子自動收起，履帶轉動帶動老年人上樓。到達樓梯平面上，輪子自動下降，履帶收起，操控搖桿與下一層樓梯面貼合。下樓時，相同操作，只需按下下樓按鈕，后續下樓動作自動運行。

2.1 輪椅的基本構造

該輪椅主要由履帶升降機構、后輪升降機構、靠背折疊機構、PLC控制系統、驅動輪、導向輪和鋁型材構成。由于履帶只有在爬樓梯時使用，而在平地行駛使用的是輪子，所以履帶平時是收起來的。故在設計履帶時，要考慮它的收放機構。履帶式行走裝置包括以下部分：履帶，驅動輪，導向輪，托輪，支重輪，張緊裝置、懸架。

因為上下樓梯時，履帶展開，為了讓輪子不與樓梯面觸碰，從而使車身打滑，所以讓輪子進行升降，使車身更加輕便。

輪子升降利用推桿電機的伸縮拉動輪子上升和下降，推桿電機一端和車身固定，另一端與輪子固定。并用PLC電路控制，當輪子上升時，觸碰行程開關，推桿電機停止。下降時運用相同的原理，將輪子下降，同時碰到行程開關推桿電機停止。當整個輪椅不工作時，所占空間較大，因此我們采用折疊技術，通過折疊靠背減少占用空間。

3 電氣控制方案設計

控制要求分析：該輪椅需要在平地時老人操控搖柄電動前行，上下樓時，只需按下按鈕，履帶自動下降，輪子自動上升，履帶轉動帶動老人上下樓，當要到達上下樓層的平面時，按下按鈕，履帶自動上升，輪子自動下降，保證車身和平面平行。輪椅的工作原理：本輪椅利用一臺PLC對所有的功能進行統一的管理與監控。當用戶需要前行后退的時候，只要用戶通過手動搖桿，使輪轂電機開始運轉，帶動小車運行。當用戶到達樓梯前面時，使兩側輪組的后下側行走輪緊貼樓梯的第一個臺階里面，用戶按下“躺”按鈕，輪椅車體開始往后傾倒，至適當的角度（老年人感覺舒服后），爬樓時老年人如在平地的角度。先按“升”按鈕，使其輪子上升避免上樓時輪子會撞到樓梯角，在按下“上樓”按鈕后，輪椅自動開始爬樓。下樓也是如此。

4 結束語

根據老年人和殘疾人對輪椅的功能的需求，本論文介紹了可爬樓的無障礙輪椅的設計原理和主要組成部分及PLC控制系統的方案設計和控制原理。充分考慮輪椅使用過程中的安全性以及可行性，結合目前市場上的輪椅功能以及種類，對輪椅的功能進行升級和擴張，從而研發和設計了可爬樓的無障礙輪椅。

參考文獻

[1]機械創新設計.主編：曲繼方，張美麟.機械工業出版社，2001.4

[2]機械創新設計.主編：羅紹新.機械工業出版社，2007.11

[3]典型機電設備安裝與調試.主編：周建清，吳仁玉.機械工業出版社，2015.9

[4]機械設計基礎.主編：高英敏，劉彩琴.機械工業出版社，2012.8

[5]Solidworks 2010.主編：宋曉梅，張瑩.人民郵電出版