机械创新设计论文1

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机械创新设计论文1

手推折叠轮椅

一、 手推折叠轮椅的研究进展

根据所收集的各类文献及市场出售的各种折叠式轮椅显示，目前绝大多数折叠式轮椅皆仅止于左右折叠，所以收折之后所占的体积仍是非常庞大，如此将造成搬运、载送上的困难，且施力不易，携带相当不方便，对于必须经常外出而行动不方便者，将形成非常大的负担。目前市面上亦有两三种可收折成手提箱大小的折叠式轮椅，称为组合式轮椅，但其最大的缺点是组装程序相当的复杂和费时，在每一次的使用前与收复过程中，必须经过相当繁琐的步骤，对于使用时间短而使用次数多的患者而言，是一个非常困扰的问题。本设计所要研究的手推型折叠轮椅仅以连杆机构所组成，从经过设计和设计要求的限制，及各类参考文献中得出了最适合此类机构的是watti型六连杆机构，并且进行了应用材料的确定、杆件的力学分析和整体的结构设计，最后完成了实体3d模型的制作。所以本设计所研究的手推型折叠轮椅是由单一自由度收折，并且没有分离的零件，不需使用任何拆卸工具即可以达到收折后体积小、重量轻、操作简便，像行李箱拖行及站立收藏等特性，适用于下肢瘫痪、年老体弱多病和行动不方便者，是一种非常理想的代步工具。

由于现代医学的发展和进步，人类的预期寿命逐渐增加，导致各国老年人口不断增加。然而，老龄化的社会结构已经成为世界各国面临的重大挑战。对于这些老年人和不便的使用者来说，他们的器官各部分都在逐渐退化，再加上神经肌肉萎缩，自动驾驶轮椅非常困难。因此，它们将不适合使用能够更好地满足其需求的带扶手的自行式轮椅。轮椅是许多行动不便者解决行动障碍最直接的工具。据中国统计部门统计，截至2022年4月1日，中国残疾人约有8296万人，占总人口的6.34%，而肢体残疾者占残疾人总数的29.07%，达到2412万。截至2022年底，中国有1亿4400万名60岁以上老年人，占总人口的11%。目前，中国60岁以上人口正以每年3%的速度增长。在60岁以上的老年人口中，相当一部分老年人在日常生活和工作中，以及在疾病治疗和康复过程中需要使用轮椅。这将对家庭生计、社会成本和国民经济产生不可低估的严重影响。对于身体残疾的中青年患者，轮椅可以让他们重返工作场所，从而改善家庭生计，减轻社会负担；对于行动不便的老年人或严重神经肌肉萎缩的患者，轮椅是他们出门的最佳辅助工具。他们不仅可以改善自己的精神生活，还可以在精神层面获得安慰。下面将介绍相对新颖的折叠轮椅：（1）太阳能折叠手推轮椅

在其顶部安装太阳能发电系统，这个发电系统由两个能产生20瓦电力的太阳能板组成，除了能提供轮椅本身所需的电力（24瓦）外，晴天时还可额外提供30分钟的电力，下雨时，也能当作遮雨棚使用。（2）、电动驱动折叠式手推轮椅

在原来的基础上，底部安装了电子控制系统，可以电动和手动切换驱动，操作更方便，更人性化。根据人体工程学设计，该机高度强度高、承载力高、重量轻、体积小，方便老年人和残疾人出行。适合中老年人和行动不便的人在室内外行走。电动轮椅操作简单，便


于老年人使用。在轮椅控制器的操纵杆上，您可以完成前进、后退、转弯等操作。放手就是停车。操作简单灵活。（为了确保安全，轮椅两侧的大轮子上也安装了手刹）。当操纵杆向后转动时，轮椅将进入倒车状态，并相应发出“嘀嗒嘀嗒”的报警声。控制器配备电池电源、速度显示器和喇叭，因此您可以最直观地了解轮椅的使用状态。体积小，重量轻。车身采用铝合金，大大减轻了整车重量；不需要

拆卸电池即可折叠，折叠之后不占用过多空间，还可轻松塞入汽车尾箱，全家出游，共享天伦之乐。可以零半径360度旋转。有此特点，即便是在狭小的空间内，也可以活动自如。（3）、自动爬楼梯折叠式手推轮椅

与那些只有身体残疾的人相比，他们的活动范围相对较大，但他们经常面临一些建筑障碍，比如最直观的楼梯，这大大限制了轮椅的使用。因此，研制一种成本低、使用方便的爬楼梯轮椅成为康复工程师的一项紧迫任务。履带轮机构安装在原轮椅上，实现连续爬梯，传动效率较高。在上下楼梯的过程中，轮椅的重心总是沿着与楼梯平行的直线移动。重心的波动非常小，运动非常稳定。 二、折叠轮椅设计的创新原理

本设计研究的折叠机构以四杆机构为出发点，利用杆的特殊翻转特性作为折叠机构的初始概念设计。此外，当轮椅处于扩展使用状态时，用户的重量被添加到轮椅上，导致结构的应力分布和材料变形，从而了解各部件的强度和刚度是否足够，以及接头和杆件的强度、加工难度、，杆件与各部件之间的干涉和操作步骤的简单性，并试图降低轮椅的重量和成本，作为生产参考。 1、折叠轮椅的结构设计

本课题设计的手推折叠轮椅如下图所示。这种轮椅是一种单自由度折叠轮椅，带有6个连杆和7个接头。C点是双关节。如果在缓冲杆上拆下双接头，则前脚杆和缓冲杆为三维杆，其他杆为二维杆。

图示的结构简图可知，轮椅的结构共有活动构件数为n?5，低副pl?7，没有高副。故其自由度应为f?3n?2pl?ph?3?5?2?7?0?1 2.折叠轮椅的材料和力学分析

在生产实践中，各种机械和工程结构得到广泛应用，如桥梁、房屋、电机、机床等。机械和工程结构的每一组成部分为构件。任何构件都由某种材料制成，并受到某种载荷的作用。实际的构件并非是静力学所理想化的那种刚体，任何构件在外力作用下都将不同程度地发生形状和尺寸的改变。如果构件的形状、尺寸设计不合理，或选用材料不当，则构件在一定载荷的作用下，会发生过度的变形或破坏。为了保证机械和工程结构的正常工作，在载荷作用下，构件都应该具有足够的承受载荷的能力，简称承载能力，也即构件必须具有足够的强度、

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