基于人机工程学的单手驱动残疾人车设计

随着社会的进步,残疾人群的生活质量越来越受到重视.目前,供下肢残疾者使用的人力车种类很多[1-2],但都是双手驱动[3],这对于独手或具有单手活动能力者就不能适用.为解决独手或具有单手活动能力残疾人的出行不便问题,设计了一种单手驱动残疾人车.单手驱动残疾人车作为独手或具有单手活动能力者的一种代步工具,它以人作为动力,与人有着十分密切的关系.在单手驱动残疾人车的设计与使用过程中,包含着大量的人机工程学问题[4-5].

人机工程学把人的因素作为产品设计的重要条件和原则,研究人机环境的相互作用,以达到人机环境系统总体性能的最优化.研究表明,在设计和生产中应用人机工程学是必要和有效的[6].在这样一种人机系统中,人是核心因素,残疾人车的设计应符合人的生理、心理特点.本文将单手驱动残疾人车置人机环境系统中,按人机工程学原理进行设计,主要从座椅系统、驱动系统和整体结构等方面探讨单手驱动残疾人车的人机工程学设计问题,以使单手驱动残疾人车的设计更成熟,使用者在操作时更方便、舒适.在机械结构的实现方面[7-8],本文采用曲柄连杆机构驱动前轮,车的转向通过左右搬动摇杆实现,采用液压装置[9-10]控制座椅的高度和转动.

1　结构设计

1·1　总体结构设计

单手驱动残疾人车整车采用三轮结构,一个前轮,两个后轮.前轮为主动轮,较大,便于提高车速;后轮为从动轮,较小,便于降低座椅高度.整车由前轮机构、车架、座椅机构和后轮机构组成,如

图1所示.车长为1 500mm,车宽为680mm,车高为1 000mm.

前轮机构包括一个前轮、曲柄连杆驱动机构前叉.前轮采用曲柄连杆机构驱动.曲柄连杆机构由摇杆、连杆摇杆轴、连杆、连杆曲柄轴、曲柄盘和中轴组成.摇杆铰接在中轴上,连杆一端由连杆摇杆轴铰接在摇杆上,另一端由连杆曲柄轴连接在曲柄盘上,曲柄盘、前轴和前轮连接在一起.用手前后摇动摇杆,带动连杆、曲柄盘并驱动前轮运动.前叉上轴端镶入车架前端的叉套中,左右搬动摇杆,前叉可在叉套中转动,从而实现车的转向.座椅机构采用液压装置,由液压油缸、支撑轴、座椅控制柄构成,采用座椅固定套将其固定在车架上,座椅可沿支撑轴在水平面360°任意转动,便于人从不同角度上下车.上下搬动或踏动座椅控制柄,可调整座椅高度并锁住座椅.

1·2　座椅结构设计

由于单手驱动残疾人车的使用者是在坐姿状态下使用该车,因此,在设计时必须充分考虑人体坐姿尺寸.如在座椅结构设计时,要考虑座宽、座高、座深的设计尺寸,便于使用者方便舒适地使用.座宽按人机工程学的要求应考虑座姿臀宽及臀宽的尺寸.正常成人男女人体主要尺寸按GB10000-88标准进行选择,如表1、2所示[4].为满足大多数使用者需要,臀宽以成人女子第95百分位数值为设计依据,同时考虑衣服厚度和余量,座宽设计为460mm.