一种轮组结构的爬楼梯轮椅的设计

　　1 爬楼梯轮椅研究现状

　　轮椅是年老体弱者以及下肢伤残者必不可少的代步工具, 但是普通轮椅不具备攀登楼梯和跨越路障的功能, 大大限制了其使用范围。世界上爬楼梯轮椅的研究已有近百年的历史, 国内外现有的爬楼梯装置和专利种类众多, 不同的爬楼梯装置适用于不同的环境和条件, 各有利弊。按照爬楼梯装置爬楼执行机构的类型, 主要可归结为轮组式、履带式、和多足式三类。

　　( 1)轮组式

　　轮组式的特点是每个轮组依照星形轮的方式进行运动:平地行驶时, 各小轮绕各自轴线自转; 爬楼梯时, 各小轮一起绕中心轴公转。爬楼梯装置按照所使用的轮组对数可分为单轮组式(图1a)和双轮组式(图1b)。轮组式爬楼装置与其他构型的装置相比, 质量轻便, 运动灵活, 在无障碍环境下具有较好的行动性能。但是上下楼梯时该类型装置重心起伏较大, 会使乘坐者感到不适, 因此需要设计一种自适应座椅调平机构。

　　( 2)履带式

　　履带型机构的爬楼梯轮椅应用较多, 它采用比星型轮机构更为连续的行走方式, 传动效率比较高。在上下楼梯过程中, 轮椅的重心总是沿着与楼梯台阶沿的连线相平行的直线运动的, 其重心的波动很小,运动非常平稳。图2为某履带式爬楼梯轮椅。但履带式爬楼梯轮椅最大不足是平地行走时阻力较大, 运动不灵活, 在爬楼梯时履带容易损坏楼梯沿。

　　( 3)多足式

　　多足式爬楼梯轮椅的主要特点是具有两套或两套以上支承装置, 多套支承装置交替支承, 以实现上下楼梯的功能。

　　这种机构的爬楼梯过程类似于人上下楼梯的过程, 也有人称之为步行式爬楼梯轮椅, 如图3。早期的爬楼梯轮椅多采用这种方式,1892年Bray发明的第一台爬楼梯轮椅就采用了这种方式。在爬楼梯时, 先由其中一套支承装置支承, 抬高轮椅及另一套支承系统, 再水平向前移动, 上一级台阶。然后, 由另一套支承装置支承, 将前面那套支承装置收回, 如此循环, 直到爬完整段楼梯为止, 其爬楼梯过程不连续。此种类型的爬楼梯轮椅运动相对比较平稳, 但是对控制的要求比较高, 操作比较复杂。

　　在以上爬楼机构中, 由于轮组式爬楼梯轮椅可以兼顾平地行驶和爬楼梯, 而且结构紧凑, 体积小巧, 效率较高, 操作相当简单, 是比较理想的爬楼梯机构。结合我国国情和轮椅使用者的经济承受能力, 在分析现有爬楼梯机构优缺点的基础上, 设计了一种基于轮组机构的爬楼梯轮椅, 既可满足爬楼梯功能, 又安全可靠, 操作方便, 通用性好而且价格适中的可爬楼梯轮椅。

　　2 爬楼梯轮椅的设计