輪椅床的結構設計

滕兵，陳靜濤，黃鑫海

(上海工程技術大學，上海 201620)

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輪椅床的結構設計

滕兵，陳靜濤，黃鑫海

(上海工程技術大學，上海 201620)

摘要：通過考慮輪椅使用人群的要求，對前腳板和背板結構的研究，最終決定在前腳板使用齒條機構，背板使用曲柄滑塊機構，從而達到輪椅與床之間的轉換。通過設計一系列的機械機構，能使用較小的人力將其轉換成機械動力，從而完成輪椅到床，床到輪椅的轉變，減少輪椅使用人群在輪椅與床之間轉變而帶來的麻煩，真正實現了輪椅床的作用。

關鍵詞：輪椅床；結構設計；多功能

0輪椅床的意義

老年人由于年齡偏大，肌體的靈活性逐漸降低，行動都較為不便；同時由于各種自然災害、交通事故和疾病等意外造成的殘障人士也在逐年增加，這一特殊群體給社會醫療、養老、服務行業帶來了巨大的壓力。為了給老年人和殘障人士提供性能優越的代步工具，幫助提高他們的活動自由度，使他們能夠參加到健全人的正常生活中去，首要的就是為他們配置必要的護理設備。目前市場上的這類護理設備主要是輪椅和護理床，缺乏能夠進行姿態調整的護理設備。

研究表明，長時間坐在輪椅上會引起下身腫脹、靜脈壓力增大、脊柱不正常的彎曲以及對體內器官功能的損害；而長期臥床也會引起心臟功能減退，血液循環遲緩，肌肉組織松弛等危害。因此適時進行床椅姿態調整有助于老年人和殘障人士身體康復。目前國內輪椅市場安全以及智能化水平還比較欠缺，一旦用戶出現緊急情況很難及時得到救助，因此現設計能夠實現姿態調整。

1輪椅床結構設計

1.1總體結構與功能描述

圖1　輪椅床的3D模型

現設計了一款姿態可調的床椅合一型的輪椅，床椅姿態切換和軸距調整的效果如圖1所示。主要組成部件有床板(由靠背板、坐板、 腿板、腳板4塊分床板鉸接而成)，底盤支架，前后輪支架以及床體折曲機構(腿部屈伸機構和背部升降機構)和變軸距機構等。通過床體折曲機構和變軸距機構的聯動，實現床椅姿態的切換，緩解用戶由于久坐輪椅或長期臥床而帶來的身體不適癥狀。通過變軸距的設計，使設備在輪椅狀態時軸距最短，保證輪椅靈活移動；在床形狀態時軸距最長，從而保證床體的平穩與人體的伸展舒適。

1.2床體機構設計

a) 前腳板機構設計

前腳板部位使用較為輕巧的齒條機構，考慮到齒輪的安裝及其體積，摒棄了最初的齒輪方案，有效地減少了腳板部位的機構體積，同時能實現最初的設想。

b) 背板運動機構設計

在背板部分，使用了較為普遍的曲柄滑塊機構，將背板與框架的連接運用曲柄機構，而在扶手下方，利用滑塊機構能夠控制背板轉動的角度；同時在滑塊的滑動板上設置了幾個槽，這幾個槽即能實現幾種檔位的控制，也就說使用者可以通過這個檔位的控制實現背板的傾斜角度，即人身體后傾的角度。由圖2可以看出，機構活動構件3個，低副4個，自由度計算公式：F=3n-2p-q。其中：F為自由度數；n為活動構件數；p為低副個數；q為高副個數。計算可得F=3×3-2×4-0=1，即機構只有一個自由度，采用一個手動推動，其運動軌跡是唯一且確定的，從而也論證了該機構的可行性。

圖2　背板運動機構

c) 背板支撐機構設計(圖3)

圖3　背板支撐機構設計

考慮到舒適度及重心移動的問題，在背板后方，安裝一腳撐，使輪椅在轉換為床之后，使人體上半身的質量施加在腳撐上，保證整個輪椅的平衡性及安全性；同時考慮到腳撐的晃動問題，較為巧妙地運用磁鐵將腳撐能夠在輪椅形態的情況下，牢牢地吸附在背板上，而在轉換成床時，利用腳撐的重力克服磁鐵的磁力，順利與地面接觸，支撐起背板。

圖4　輪椅床的實物圖

2結論

設計的輪椅床(圖4)，能夠通過調整靠背的位置從而提高舒適度，促進老年人和殘障人士身體康復，提高了安全性能，更加適合老年人和殘障人士使用。與市場上普通輪椅相比應用前景更廣，實用性強。所有上述的機構所需的原材料便宜，且加工精度較低，節省了原材料成本，同時加工制作成本較低，所以整個輪椅床的總體價位較低，相比市場上電動的輪椅，這個價格更為親民。

參考文獻:

[1] 程智力,李君華. 殘疾人多功能輪椅設計研究[J]. 美術大觀，2010,12:211.

[2] 李愛萍. 多功能輪椅的結構設計與研究[D]. 天津:天津科技大學,2010.

[3] 周偉. 多功能輪椅運動控制系統研發與開發[D]. 廣州:華南理工大學,2010.

Design of the Wheelchair Bed

TENG Bing, CHEN Jing-tao, HUANG Xing-hai

(Shanghai University of Engineering Science, Shanghai 201620, China)

Abstract:This paper researches on the front foot and back structure according to the demands for the users of wheelchairs and decides to use the rack mechanism in forefoot plate and slider-crank mechanism in backplane, so as to transfer the wheelchair and the bed with each other. By using a series of mechanical mechanism, lesser human force can be used to convert it into power, so as to change the wheelchair into the bed. It can remove the users' trouble of transfering the wheelchair to the bed and truly achieve the function.

Keywords:wheelchair bed; structure design; multi-function

收稿日期：2014-11-20

中圖分類號：TH112

文獻標志碼：B

文章編號：1671-5276(2015)03-0075-02

作者簡介：滕兵(1981-)，男，山東威海人，講師，碩士，主要從事非標機械設計。