一種爬樓梯輪椅的運動分析

李占賢，鞏喜然

（河北聯合大學 機械工程學院，河北 唐山 063009）

0 引言

隨著我國經濟的發展，高層建筑逐漸增多，一些常年臥床的重病或突發病患者，醫院要求臥姿運送，而很多高層民宅上的電梯空間不能容納醫療擔架，致使抬著病人走樓梯的現象時有發生。國內有很多星輪式概念設計［1－4］，由于體積大等缺點很難真正實施推廣。Murray J Lawn［5］等人研制了一種性能良好的履帶式輪椅，但較為笨重。本文介紹了一種新型電動爬樓梯輪椅，其結構簡潔、實用性強、平地行走阻力小，適合多種樓梯結構、價格相對低廉，適合批量生產。

1 爬樓梯輪椅的結構及工作原理

圖1 為爬樓梯輪椅各狀態結構簡圖。其行走機構采用行星輪，行星輪具有機構簡單、質量小的特點，可降低整體重量，且可同時滿足上、下樓梯和在平路上行走的功能。前、后腿共同構成其腿機構，該機構采用前腿長后腿短形式，前腿較長與地面傾斜放置且與椅面通過轉動副連接，后腿較短與地面垂直放置且與椅面通過轉動副和移動副連接。這樣，整個腿機構構成一個并聯系統，該并聯系統具有3個自由度，通過3個自由度的配合使機構在爬樓梯過程中椅面保持水平。

圖1 爬樓梯輪椅各狀態結構簡圖

2 爬樓梯輪椅機構運動學分析

通過對機構進行運動學建模，計算出各運動副的運動規律。爬樓梯過程中后腿機構簡圖如圖2 所示。

圖2 中，H1，H2，H3分別為各狀態下椅面到地面的距離；a0為后腿轉動副到其前面第一個臺階的水平距離；……