爬楼轮椅后腿机构是典型的平面二自由度五杆机构,为了提高轮椅的运动性能,在对轮椅后腿运动学分析及对其关键点受力分析的基础上,以五杆机构中2连架杆和1连杆的杆长为设计变量,以并联机构的雅可比条件数均值为目标函数,给出约束条件,采用非线性遗传算法对轮椅后腿机构进行优化设计。之后在MATLAB中对五杆机构优化前后的运动轨迹及关键点的受力情况进行仿真分析,通过对比发现,优化后的雅可比条件数明显减小,五杆机构的活动空间更加紧凑,有效避免了机构的奇异位形,使轮椅后腿的位姿调节更加灵活;后腿机构关键点处受力明显减小,有效减少了工作过程中噪声的产生,使轮椅运行更加平稳。总之,优化设计使轮椅的各项性能得到了明显提升。

轮腿混合式爬楼梯轮椅的后腿可以看作是典型的五杆机构,由于现有设计存在运动平稳性差,且没有进行优化设计,使得现有后腿的运动范围、运动平稳性及受力情况难以满足设计目标,为了弥补此不足,故对后腿进行优化设计。文中用非线性规划的遗传算法对五杆机构的杆长进行优化,以增强执行端连杆的翻越能力和改善浮动轮受力情况为目标函数,并利用M A TLA B对优化前后的后腿排轮进行运动学仿真,通过对比优化前后的轨迹、速度与加速度,得到后腿的最优设计。