多功能智能轮椅设计(附件)【字数：14262】
摘 要摘 要多功能智能轮椅是一项非常重要的设计，它的出现很大程度的解决了很多特殊人群包括残疾人，老年人，特殊病人的日常生活的问题。由于很多特殊人群在生活必须要很长时间的使用轮椅，所以轮椅的舒适性就是我们很重要要解决的问题。要让轮椅足够舒适，在设计轮椅时必须要有人机工程学的研究。人机工程学是研究人和机器和环境之间关系的科学，研究人机工程学了解人体尺度，使产品更好的与人相适应，这是非常重要的。人机工程学除了人体的各项尺度和尺寸外，还研究心理学和人的行为习惯。智能轮椅的使用人群大多是残疾人和老年人，他们这两个群体都有这各自不同的心里状态和生活习惯，都是题目研究的范畴。此项设计通过研究智能轮椅的现状，现有的产品，使用人群的特点设计了一款单组两星轮式爬楼梯智能轮椅，通过靠背，扶手，坐垫，脚踏板，控制器与刹车系统，显示器六个区块的设计，展示了一个智能轮椅的人机工程学方面的设计考量。同时考虑外观的设计，外观是其照顾特殊人群心理的重要组成部分。关键词智能轮椅；人机工程学；外观设计
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.2国内外研究现状及现有产品 2
1.3研究的目的与意义 3
第二章 多功能智能轮椅概述 4
2.1 智能轮椅的种类 4
2.1.2 星轮式 4
2.1.3 腿足式 6
2.1.4 复合式 7
2.2 多功能智能轮椅组成部分 8
2.3 智能轮椅适用人群 9
2.4 智能轮椅的使用年限 9
第三章 多功能智能轮椅外观设计中的人机工程学 10
3.1 人体尺寸及其修正量 10
3.2 老年人和残疾人的特征 11
3.2.1 老年人 11
3.2.2 残疾人 12
3.3人体模型的建立 12
第四章 分部件说明人机工程设计原理及外观方案 15
4.1 靠背 15
4.1.1坐姿下的人体尺寸与靠背设计 15
4.1.2靠背外观设计 16
4.2 扶手 17
4.3 坐垫 17
4.3.1几 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
何参数与舒适性设计 17
4.3.2坐垫的外观设计与配合 18
4.4 脚踏板 18
4.4.1脚踏板的合理设计 18
4.4.2脚踏板的外观设计 19
4.5 控制器与刹车系统 19
4.6 显示屏 19
第五章 有关功能性的简单介绍 20
5.1 行走及上下楼梯方式 20
5.2 上下楼梯过程中的平衡性 20
5.3 上下楼中的安全性措施 20
结 语 21
致 谢 22
参 考 文 献 23
绪论
1.1研究背景
多功能智能轮椅是轮椅中的一个特殊分类，它与普通轮椅不太一样的是它可以适应更多的特殊环境，可以各种道路通行没有任何障碍。轮椅是一些特殊人群例如老年人、肢体伤残者和特殊病人，这是他们可缺少的用于康复和正常生活的工具，借助轮椅一些不方便活动的特殊人群可以进行身体恢复训练，体育锻炼和与日常社会活动的参与。我国的轮椅发展相对缓慢，从上个世纪末开始，随着中国人口的老龄化问题越来越严重，轮椅才开始有了较快发展。随着需求的增多，出现了多功能轮椅。多功能轮椅应以方便特殊人群人为主要目标，帮助其在生活中可以和正常人一样，不用受到太多限制：残疾人在生活中外出行走、大小便、等都比较麻烦。用普通轮椅的话，即使在相对平坦路上，只能靠双手努力转动车轮，这样不仅不能行走很远的路程，同时速度很慢。很重要的一点是，在中国有很大一部分的楼房都没有有电梯，住在较高楼层的轮椅使用者几乎完全不可能靠自己上下楼梯。因此设计一款能上下楼的轮椅是十分有必要的。轮椅的使用者都是特殊人群，他们无可避免的要长时间长时间的使用轮椅，这必然会让人感到疲劳，所以在设计的时候就要提前考虑到如何帮助他们解除疲劳、减轻疲劳。想要做到这一点，必须要关注人机工程学。
人机工程学是研究人与系统中其它因素之间的相互作用，以及应用相关理论、原理、数据和方法来设计以达到优化人类和系统效能的科学【1】。人机工程学是研究人与机环还有境之间关系的科学，人机工程学使用了人体测量学、劳动生理学、劳动心理学、人体力学等学科的研究方法,对人体特征进行研究,提供人体尺寸、重量、体表面积、比重、重心等人体的参数研究人体在作业空间时的应用【2】同时提供人体习惯等功能的人体特征参数,研究人体视觉、听觉、触觉等皮肤,研究一些扩展,对外部环境有更好的设计,比如研究人的视觉习惯可以用来进行显示器的设计参考;了解人的运动能力,运动特征,分析人在各种运动时的能量消耗、生理变化、疲劳机理,可以用来研究操纵装置的设计探讨影响心理状态的习惯、特点等因素及心理因素对工作效率的影响。应用人机工程学,可以使人与机器与环境更加适应,增加人的舒适度。在中国，人机工程学的研究其实涉及的时间非常早，但是在上个世纪30年代的是有，只是少量和零星的有一些研究，但是一直到“文化大革命”以后，中国的这方面研究才开始有一些系统化了。人机工程学的兴起，代表着我国整体素质和对物质要求的提高。我们对产品的要求并不仅仅是能用就好，要好用，要耐用，要美观，同时制造者也会更加注意用户的体验，形成积极的影响，促进我国的经济发展。
外观设计也是很有必要，外观设计在知识产权中收到保护。外观设计既是一种发明，同时也是某种美学思想的表述，如果它在市场上很流行从而获得了显著性或第二含义后，又可以作为商标使用。外观设计非常重要，在产品的销售过程中外观设计是消费者第一个有的直观感受，是购买产品的重要考量标准之一。在智能轮椅的设计中，让太特殊人群感受到温暖，和其他人没有什么不同。甚至于合理优秀的外观设计会让残疾人的心理达到平衡，觉得乘坐轮椅很酷。
1.2国内外研究现状及现有产品
智能轮椅研究始于英国。1986,英国开始开发智能轮椅。此后,许多国家开始研究智能轮椅。如美国麻省理工学院WHEELESLEY项目、法国VAHM项目、德国MAID（老年人及残疾人助动器）项目、西班牙SIAMO项目、加拿大AAI公司TOA 项目、欧盟TIDE项目、KISS学院TINMAN 项目、台湾中正大学电机系LUOSON项目、我国863智能机器人轮椅项目及第三军医大学 广东技术师范学院本科毕业设计（论文） 外科研究所项目等【3】。虽然每个工作组研究的都是智能轮椅，但是各个实验室的研究的目的，看到的首先要解决的问题不同，研究的方法更是不尽相同，所以每一个工作室研究出来的轮椅都不同。
智能轮椅最开始只是简单的研究，设计的轮椅一般也只有一些很一般的，低级的控制功能，如前后运动、简单的速度调节及躲避障碍等，随着科技的日新月异的发展，出现了机器人控制技术，移动机器人中间使用的技术很多都可以应用于于轮椅，智能轮椅的设计有了一个跳跃性的发展。随着科学技术的飞速发展,机器人控制技术已经出现,移动机器人中间使用的技术很多都可以应用于于轮椅,智能轮椅的设计有了一个跳跃性的发展。在科技进步的基础上,可以更好地与人交互性、对道路有更高的适应性、轮椅本身有更大的自主性。麻省理工的一个实验室设计出了一款机器人轮椅,它既是轮椅又像机器人,是一半自主式,轮椅内部装有计算机控制和传感器,甚至还有人机界面交互功能,因为装了一个笔记本电脑在上面。系统可以有多种方式进行控制:最低级的普通控制,和高级的人工控制。在保证低级的简单的避障,移动的前提下,进行高级的方向指令工作,在两者相悖的情况下,用户可以自己控制轮椅的方向,并具有最高的控制水平。部分系统由简易智能轮椅系统提供避障,保证运动方向、运动速度等;而还有更高级的操纵杆和人机界面,完成用户和轮椅之间的高级控制。智能轮椅用户可以有三种操作模式:按下键,手动操作和交互界面。按键模式下,轮椅是很容易理解和具有非常普遍的功能,类似于一般电动轮椅。在使用手动操作的时候,需要用到操纵杆,用户通过操纵杆来控制方向,从而达到自行控制方向达到避障的目的。交互界面模式下,用户和轮椅通过界面来进行交互甚至可以做到用特殊的系统达到只用眼球的运动可以控制轮椅的动作。在国际联合国机器人展上,轮椅赢得了第一名,是唯一一个不需要任何人直接穿过门口的机器人。
目 录
第一章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.2国内外研究现状及现有产品 2
1.3研究的目的与意义 3
第二章 多功能智能轮椅概述 4
2.1 智能轮椅的种类 4
2.1.2 星轮式 4
2.1.3 腿足式 6
2.1.4 复合式 7
2.2 多功能智能轮椅组成部分 8
2.3 智能轮椅适用人群 9
2.4 智能轮椅的使用年限 9
第三章 多功能智能轮椅外观设计中的人机工程学 10
3.1 人体尺寸及其修正量 10
3.2 老年人和残疾人的特征 11
3.2.1 老年人 11
3.2.2 残疾人 12
3.3人体模型的建立 12
第四章 分部件说明人机工程设计原理及外观方案 15
4.1 靠背 15
4.1.1坐姿下的人体尺寸与靠背设计 15
4.1.2靠背外观设计 16
4.2 扶手 17
4.3 坐垫 17
4.3.1几 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
何参数与舒适性设计 17
4.3.2坐垫的外观设计与配合 18
4.4 脚踏板 18
4.4.1脚踏板的合理设计 18
4.4.2脚踏板的外观设计 19
4.5 控制器与刹车系统 19
4.6 显示屏 19
第五章 有关功能性的简单介绍 20
5.1 行走及上下楼梯方式 20
5.2 上下楼梯过程中的平衡性 20
5.3 上下楼中的安全性措施 20
结 语 21
致 谢 22
参 考 文 献 23
绪论
1.1研究背景
多功能智能轮椅是轮椅中的一个特殊分类，它与普通轮椅不太一样的是它可以适应更多的特殊环境，可以各种道路通行没有任何障碍。轮椅是一些特殊人群例如老年人、肢体伤残者和特殊病人，这是他们可缺少的用于康复和正常生活的工具，借助轮椅一些不方便活动的特殊人群可以进行身体恢复训练，体育锻炼和与日常社会活动的参与。我国的轮椅发展相对缓慢，从上个世纪末开始，随着中国人口的老龄化问题越来越严重，轮椅才开始有了较快发展。随着需求的增多，出现了多功能轮椅。多功能轮椅应以方便特殊人群人为主要目标，帮助其在生活中可以和正常人一样，不用受到太多限制：残疾人在生活中外出行走、大小便、等都比较麻烦。用普通轮椅的话，即使在相对平坦路上，只能靠双手努力转动车轮，这样不仅不能行走很远的路程，同时速度很慢。很重要的一点是，在中国有很大一部分的楼房都没有有电梯，住在较高楼层的轮椅使用者几乎完全不可能靠自己上下楼梯。因此设计一款能上下楼的轮椅是十分有必要的。轮椅的使用者都是特殊人群，他们无可避免的要长时间长时间的使用轮椅，这必然会让人感到疲劳，所以在设计的时候就要提前考虑到如何帮助他们解除疲劳、减轻疲劳。想要做到这一点，必须要关注人机工程学。
人机工程学是研究人与系统中其它因素之间的相互作用，以及应用相关理论、原理、数据和方法来设计以达到优化人类和系统效能的科学【1】。人机工程学是研究人与机环还有境之间关系的科学，人机工程学使用了人体测量学、劳动生理学、劳动心理学、人体力学等学科的研究方法,对人体特征进行研究,提供人体尺寸、重量、体表面积、比重、重心等人体的参数研究人体在作业空间时的应用【2】同时提供人体习惯等功能的人体特征参数,研究人体视觉、听觉、触觉等皮肤,研究一些扩展,对外部环境有更好的设计,比如研究人的视觉习惯可以用来进行显示器的设计参考;了解人的运动能力,运动特征,分析人在各种运动时的能量消耗、生理变化、疲劳机理,可以用来研究操纵装置的设计探讨影响心理状态的习惯、特点等因素及心理因素对工作效率的影响。应用人机工程学,可以使人与机器与环境更加适应,增加人的舒适度。在中国，人机工程学的研究其实涉及的时间非常早，但是在上个世纪30年代的是有，只是少量和零星的有一些研究，但是一直到“文化大革命”以后，中国的这方面研究才开始有一些系统化了。人机工程学的兴起，代表着我国整体素质和对物质要求的提高。我们对产品的要求并不仅仅是能用就好，要好用，要耐用，要美观，同时制造者也会更加注意用户的体验，形成积极的影响，促进我国的经济发展。
外观设计也是很有必要，外观设计在知识产权中收到保护。外观设计既是一种发明，同时也是某种美学思想的表述，如果它在市场上很流行从而获得了显著性或第二含义后，又可以作为商标使用。外观设计非常重要，在产品的销售过程中外观设计是消费者第一个有的直观感受，是购买产品的重要考量标准之一。在智能轮椅的设计中，让太特殊人群感受到温暖，和其他人没有什么不同。甚至于合理优秀的外观设计会让残疾人的心理达到平衡，觉得乘坐轮椅很酷。
1.2国内外研究现状及现有产品
智能轮椅研究始于英国。1986,英国开始开发智能轮椅。此后,许多国家开始研究智能轮椅。如美国麻省理工学院WHEELESLEY项目、法国VAHM项目、德国MAID（老年人及残疾人助动器）项目、西班牙SIAMO项目、加拿大AAI公司TOA 项目、欧盟TIDE项目、KISS学院TINMAN 项目、台湾中正大学电机系LUOSON项目、我国863智能机器人轮椅项目及第三军医大学 广东技术师范学院本科毕业设计（论文） 外科研究所项目等【3】。虽然每个工作组研究的都是智能轮椅，但是各个实验室的研究的目的，看到的首先要解决的问题不同，研究的方法更是不尽相同，所以每一个工作室研究出来的轮椅都不同。
智能轮椅最开始只是简单的研究，设计的轮椅一般也只有一些很一般的，低级的控制功能，如前后运动、简单的速度调节及躲避障碍等，随着科技的日新月异的发展，出现了机器人控制技术，移动机器人中间使用的技术很多都可以应用于于轮椅，智能轮椅的设计有了一个跳跃性的发展。随着科学技术的飞速发展,机器人控制技术已经出现,移动机器人中间使用的技术很多都可以应用于于轮椅,智能轮椅的设计有了一个跳跃性的发展。在科技进步的基础上,可以更好地与人交互性、对道路有更高的适应性、轮椅本身有更大的自主性。麻省理工的一个实验室设计出了一款机器人轮椅,它既是轮椅又像机器人,是一半自主式,轮椅内部装有计算机控制和传感器,甚至还有人机界面交互功能,因为装了一个笔记本电脑在上面。系统可以有多种方式进行控制:最低级的普通控制,和高级的人工控制。在保证低级的简单的避障,移动的前提下,进行高级的方向指令工作,在两者相悖的情况下,用户可以自己控制轮椅的方向,并具有最高的控制水平。部分系统由简易智能轮椅系统提供避障,保证运动方向、运动速度等;而还有更高级的操纵杆和人机界面,完成用户和轮椅之间的高级控制。智能轮椅用户可以有三种操作模式:按下键,手动操作和交互界面。按键模式下,轮椅是很容易理解和具有非常普遍的功能,类似于一般电动轮椅。在使用手动操作的时候,需要用到操纵杆,用户通过操纵杆来控制方向,从而达到自行控制方向达到避障的目的。交互界面模式下,用户和轮椅通过界面来进行交互甚至可以做到用特殊的系统达到只用眼球的运动可以控制轮椅的动作。在国际联合国机器人展上,轮椅赢得了第一名,是唯一一个不需要任何人直接穿过门口的机器人。
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