方便輪椅通行的液壓臺(tái)階的設(shè)計(jì)

德州學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 胡財(cái)榮 王志坤

1 引言

1.1 選題的背景

隨著社會(huì)發(fā)展，我國社會(huì)開始步入老齡化階段，許多老年人無法自主地外出活動(dòng)，并且由于科技的發(fā)展和交通的進(jìn)步，各種意外事故也頻頻發(fā)生，這也造成下肢殘障人士的數(shù)量也急劇增加。這些老年人和殘障人士必須借助輪椅才可以進(jìn)行日常出行，但是實(shí)際生活中的很多公共場(chǎng)所及建筑由于自身設(shè)計(jì)的要求會(huì)有許多臺(tái)階的存在，這些臺(tái)階對(duì)于乘坐輪椅出行的老年人及殘障人士是很大障礙，在沒有外力的幫助下很難通過，嚴(yán)重降低了乘坐輪椅人士的出行體驗(yàn)。

1.2 選題的目的和意義

現(xiàn)在國內(nèi)外很多高校都投入很多資金研究智能爬樓輪椅，其基本功能已經(jīng)實(shí)現(xiàn)但技術(shù)并沒有很成熟，實(shí)際爬樓過程具有很多不確定因素甚至導(dǎo)致危險(xiǎn)，且價(jià)格昂貴普通家庭無法承受，在日常的生活中并沒有普及。當(dāng)然許多有臺(tái)階的公共場(chǎng)所也都設(shè)有斜坡式的無障礙通道，許多老年人因身體因素，上坡也是極為消耗體力的事情，并且對(duì)于體弱或者患有心臟疾病的老年人有可能引發(fā)意外事故。本設(shè)計(jì)就是設(shè)計(jì)出一種針對(duì)公共場(chǎng)所不太高的臺(tái)階，通過簡(jiǎn)易的控制操作來實(shí)現(xiàn)輪椅無障礙通行的智能液壓臺(tái)階，此智能液壓臺(tái)階的設(shè)計(jì)可以解決乘坐輪椅出行人士遇到臺(tái)階無法通過的問題，極大地便利了乘坐輪椅出行的人士。

2 液壓臺(tái)階的工作原理及功能

本智能液壓臺(tái)階由整體框架、液壓推桿、PLC 控制系統(tǒng)、距離傳感器、壓力傳感器以及控制面板組成。其特點(diǎn)在于可以方便輪椅通過臺(tái)階。該智能液壓臺(tái)階工作時(shí)，當(dāng)有人乘輪椅需要上臺(tái)階，按下設(shè)立于臺(tái)階底部控制柱上控制面板的上行按鍵后，智能液壓臺(tái)階進(jìn)入工作模式，PLC 控制器接收到控制面板發(fā)出的上行信息。PLC 控制器經(jīng)過信息處理后，對(duì)液壓推桿發(fā)出指令信號(hào)，在距離感應(yīng)系統(tǒng)的反饋下，臺(tái)階下所有的液壓推桿進(jìn)行收回，臺(tái)階平面降至與地面平齊以達(dá)到輪椅駛?cè)氲臈l件，然后輪椅駛?cè)搿］喴务側(cè)牒笈_(tái)階下壓力傳感器產(chǎn)生壓力信號(hào)證明輪椅已經(jīng)駛?cè)耄瑪?shù)據(jù)傳輸?shù)絇LC 控制器進(jìn)行處理，待數(shù)據(jù)值穩(wěn)定之后PLC 控制器向液壓推桿發(fā)出上行指令，液壓推桿接收指令后同時(shí)推出，由距離感應(yīng)系統(tǒng)感應(yīng)行程并由PLC 控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理以達(dá)到所有臺(tái)階面同步上升的效果，到達(dá)臺(tái)階頂部后輪椅駛出，壓力傳感器數(shù)據(jù)信號(hào)值恢復(fù)正常，經(jīng)PLC 控制器數(shù)據(jù)處理后，給液壓推桿發(fā)出收回指令，在距離感應(yīng)系統(tǒng)的輔助下，液壓臺(tái)階恢復(fù)臺(tái)階狀，進(jìn)入休眠模式從而不影響正常行人通行。若需要下行，則過程與之相反。

3 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作過程

3.1 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

以三臺(tái)階式智能液壓臺(tái)階為例，整體內(nèi)部設(shè)計(jì)如圖1 所示。智能液壓臺(tái)階由多個(gè)升降模組以及一個(gè)PLC 控制器組成，圖1固定板上包括六個(gè)升降模組以及一個(gè)PLC 控制器。每個(gè)升降模組又包括液壓推桿、距離感應(yīng)器及壓力傳感器；液壓推桿用于升降臺(tái)階的動(dòng)作，距離傳感器用來反饋升降的位置數(shù)據(jù)，壓力傳感器用來感應(yīng)臺(tái)階上是否有輪椅存在，其中左右兩個(gè)升降模組為一組，控制一個(gè)液壓臺(tái)階的上下運(yùn)動(dòng)，左右雙升降模組的設(shè)計(jì)可以提高其推力并保障其運(yùn)行的穩(wěn)定性。

距離傳感器是通過發(fā)射能量波束并被被測(cè)物體反射，通過計(jì)算波束發(fā)射到被物體反射回來的時(shí)間來計(jì)算與物體之間的距離。常用的能量波束有超聲波、激光、紅外光等。本設(shè)計(jì)采用紅外測(cè)距傳感器，該傳感器有同步輸入端，外形小便于安裝，易于操作，且可以多傳感器同步測(cè)量能實(shí)現(xiàn)每個(gè)臺(tái)階升降位置的準(zhǔn)確。

壓力傳感器位于液壓推桿的頂部，采用壓電式壓力傳感器，該傳感器體積小、動(dòng)態(tài)特性比較好。

推桿采用電動(dòng)液壓推桿，該推桿不需要任何附屬設(shè)施便可以帶負(fù)荷啟動(dòng)，適用于推拉直線運(yùn)動(dòng)且具有負(fù)荷保護(hù)能力相同推力速度情況下，消耗電能僅有電動(dòng)推桿的一半。其帶負(fù)荷啟動(dòng)且節(jié)能的特性可有效適用于本設(shè)計(jì)工作環(huán)境。選型安裝完畢后，我們將傳感器與電動(dòng)液壓推桿與PLC 控制器建立連接從而成為一個(gè)完整的系統(tǒng)。

圖1

3.2 工作過程示意圖

以有人需要上行為例，其工作過程示意圖如圖2 所示。在休眠狀態(tài)下，為臺(tái)階的模式，行人正常通行，當(dāng)有人按下控制柱的上行按鍵后，進(jìn)入工作模式，臺(tái)階所有的液壓推桿收回，在距離感應(yīng)器的數(shù)據(jù)反饋下，臺(tái)階平面降至與地面平齊，然后輪椅駛?cè)耄笏幸簤和茥U同時(shí)工作推出，由距離感應(yīng)系統(tǒng)感應(yīng)行程，到達(dá)頂部后輪椅駛出，壓力傳感器數(shù)值恢復(fù)正常，控制器給出指令液壓臺(tái)階恢復(fù)臺(tái)階狀。

圖2

4 結(jié)語

該智能液壓升降臺(tái)階有效解決了老年人及殘障人士乘坐輪椅出行，遇到臺(tái)階不方便通過的問題，為乘坐輪椅出行的人士提供了便利，未來可以在公共場(chǎng)所進(jìn)行廣泛推廣，有廣闊的市場(chǎng)前景。