爬楼梯轮椅的行驶轮升降机构是典型的并联四连杆机构,为了提高轮椅行驶轮升降时的力学性能,减少所需的整体驱动力矩,在对轮椅进行动力学分析的基础上,以四连杆机构除机架外的连杆以及杆间角度为设计变量,以所需驱动力矩函数的积分为目标函数,并列出约束条件,在MATLAB中编程,利用带有惩罚函数的粒子群算法对爬楼梯轮椅行驶轮升降机构进行优化设计。对比优化前后目标函数值以及所需驱动力矩曲线发现,优化后目标函数值和驱动力矩明显减小,避免了力矩过大所造成的损耗。总之,优化设计使轮椅在升降过程中的力学性能有了极大的提升。

通过与现有电动爬楼轮椅的爬升机构的对比与分析,提出了直线型连杆爬升机构。对直线型连杆爬升机构进行设计研究,其端点轨迹上半部分为半圆形,下半部分为近似直线的弦,该轨迹与动物行走步态极其相似;将其作为爬升机构的设计基础,并利用SolidWorks软件对直线型连杆爬升机构进行建模,并对爬升机构在爬楼梯过程的轨迹进行了分析。结果表明,该爬升机构设计方案合理,爬升机构爬升运动轨迹近似直线,较大程度降低了颠簸,为爬楼机构的设计提供了新的理论参考。

针对普通轮椅不具有爬楼梯的功能,设计了一种轮组结构的爬楼梯轮椅。该爬楼梯轮椅结构紧凑,操作方便,工作可靠,采用轮组结构的演变实现爬楼梯功能,利用滚轴滑轨机构进行座椅调平,并对其越障、跨沟和爬楼梯的运动过程进行了分析。结构表明该轮椅有较强的越障能力和路面适应性。

爬楼梯轮椅主要用于辅助弱势群体实现爬楼梯的过程，因此，其可靠性、平稳性尤为重要。采用复合式的爬楼梯轮椅结构，并设计了一种新型的履带底盘，克服了传统履带结构爬梯过程中存在的问题。在RecurDyn的Track LM模块环境下，对所设计的轮椅进行爬梯过程的反复仿真与修改，最终得到修改完善的动力学模型仿真过程，提取驱动轮的驱动转矩、重心在竖直方向上的振动位移和振动加速度曲线。该仿真过程的实现对新型爬楼梯轮椅物理样机的选型及装配具有重要的指导意义。

通过对现有爬楼梯轮椅爬升机构的对比分析,提出了双曲柄式爬升机构。对双曲柄式爬升机构进行设计研究,建立了双曲柄式爬升机构的运动学模型,并在此基础上对其进行了爬楼过程中运动轨迹分析。仿真结果表明,该爬升机构结构设计合理,方案可行且运行平稳,能够满足设计要求。

设计了一款椭圆轮式轮椅爬楼梯辅助装置,通过锁止轮毂与普通轮椅底架固定连接并套在其轮轴上。采用胎面装附有牙型花纹的防滑橡胶皮的椭圆轮爬楼和越障,装置使用马达作动力。同时对椭圆轮的特性和椭圆轮在台阶上的运动轨迹做了相应的说明。经过性能分析,设计的轮椅爬楼梯辅助装置满足功能要求,并具有爬楼梯安全稳定、操作简单、方便控制等特点。