爬楼梯轮椅的结构设计【字数：11918】
说到轮椅不由得让我想起我国著名的作家张海迪，在她只有五岁时生了一场大病，随着病情无故的加重，原本还是孩子的她先后做了3次大手术，最终导致自己高位截瘫，一生不得不依靠轮椅来行走。通过调查，目前我国大约有一半的居民仍住在7层以下没有电梯的建筑中，他们只能通过楼梯上下楼。而那些无法行走的人只能通过别人背扶上下楼，十分不方便。为了让解决这个难题，我们需要设计一个简单方便实用的爬楼轮椅。结合爬楼轮椅机构的研究现状，本次设计的爬楼轮椅机构采用的是一种双电机驱动的行星轮式的爬楼机构。为了使轮椅的结构合理和保证轮椅爬楼的安全性，我们对爬楼轮椅结构进行计算分析并对关键的部位进行校核同时借助三维软件对爬楼机构进行实体建模让我们能够更好的理解所设计的机构。
目录
第一章 绪论 1
1.1课题的来源 1
1.2课题的研究与意义 1
1.3课题的研究现状 1
1.4主要研究方法 2
1.5主要研究的内容 3
第二章 爬楼机构的爬楼原理与方案设计 4
2.1机构的设计指标 4
2.2 确定爬楼机构类型 4
2.3确定行星轮的形式 5
2.4行星轮系的传动方案设计 6
2.4.1总体方案设计 6
2.4.2传动方案设计 6
2.5爬楼轮椅的工作原理 7
第三章 电机驱动设计 9
3.1电机的选择 9
3.2电机的相关参数计算 9
3.3电源的选用 11
第四章 爬楼轮椅的结构设计 13
4.1三维软件的介绍 13
4.2行星轮系设计 13
4.2.1爬楼的限制条件 13
4.2.3确定行星齿轮齿数关系 16
4.2.4确定零件的参数范围 16
4.2.5行星轮系参数确定 18
4.3传动部分结构设计和强度校核 18
4.3.1爬楼状态参数及校核 18
4.3.2行走状态参数及校核 21
4.4轴的校核计算 24
4.5电机箱的整体设计 26
4.6座椅的整体 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
设计 27
第五章 爬楼轮椅的三维建模 28
第六章 结论 29
参考文献 30
致谢 31
第一章 绪论
1.1课题的来源
目前我国的下肢残障或下肢不便的人士越来越多，特别是老年人他们上下楼梯十分不方便，但是我国在这一问题上还没有很好的解决措施能真正帮助他们的。因此为了解决这种上下楼难的问题，我准备设计一个可爬楼的轮椅来帮助他们，让他们不再因为上下楼的问题而苦于烦恼。
1.2课题的研究与意义
根据有关的媒体称：目前全世界的老年人口大约12亿，在过50年，老年人口将超过23亿。也就是说，在本世纪中期，我国的老年人人口预计将会翻一翻，因此，人口老龄化形式严峻[1]。而在残疾人的问题上，有关报告说平均每五个家庭就有一个残疾人。目前我国的残疾人数大概有8500万人左右，而下肢残疾的人数大约有300万人。
这些数据说明了开发一种助老助残的智能轮椅是有必要的符合我国的基本国情。我相信随着时代步伐的不断向前进展，设计一个爬楼的轮椅解决人口老龄化和助残的问题将是非常有意义的。为此，我找了两张普通轮椅的照片，如图11所示：
图11 普通轮椅
以上图片中的两个轮椅是我们日常生活中最常见的一般轮椅，同样是轮椅但它们只能普通的代步功能，不能实现爬楼和平地行走两用，因此也满足不了消费者们对轮椅的功能要求，解决不了他们行动不变上下楼困难的的问题。
1.3课题的研究现状
我国目前对此类机构的研究不是很超前。通过查阅资料，我国的爬楼机构大致主要分为三种：履带式爬楼机构、步行式爬楼机构和行星式爬楼机构。下面主要简述一下这三种常用的爬楼机构。
履带式爬楼机构主要是依靠轮子带动履带转动从何实现爬楼，不爬楼时只要将履带收起靠两边的大轮驱动就行。此结构运用的比较多，例如我国用在军事上防爆的机器人就是利用的这种结构。它的结构不是很复杂，它的主要优点是履带结构爬楼时不同于其他爬楼机构，它是爬楼动作是连续运动的，这样大大会减少爬楼的时间并且稳定性也不差。但它的缺点往往限制了它的使用范围，它相对其他爬楼机构更容易摩擦楼梯甚至会损坏楼梯，质量方便也是比一般的爬楼机构的大，尤其在一些较窄的楼梯爬楼时，它很难转弯，所以不太符合设计的要求。
步行式机构的爬楼的波动小稳定性好，但是它爬楼会有很大噪音，结构相对于其他两个形式的爬楼机构更为复杂导致制造成本高且运用的也很少，最重要的是爬楼速度也是比其他两个机构慢不符合使用者的时间观念。
行星轮式爬楼机构主要有两轮式、三轮式和多轮式，它是依靠行星架的翻转带动行星架上的轮子翻转从而实现爬楼，不爬楼时行星架不翻转，车轮跟着自己的轴线旋转实现平地行走。此前有一位美国的发明家研究出一种IBOT[2]的行星爬楼轮椅机构，后来我国的一所大学教授借用了这个IBOT的架构原理设计了一种双联式的行星爬楼机构。此结构运用范围广，结构轻巧，但爬楼时会有一些振动、稳定性也不是太好和需要人工来加以辅助。
外国在这方面的研究比国内快出不少，因为他们研究的时间比国内长，所以他们研究的成果也是相对于国内是非常多的，但有一个很重要的原因他们没有考虑到，就是他们研究的结构比较复杂，造价也比较高，是一些普通落后的发展中的国家的人民的经济水平所接受不了的。虽然国内的研究比不上国外的先进，但是也有不少专利。但是大多数受到体积、稳定性和安全性能的限制，真正能应用的也是非常少的。
1.4主要研究方法
对于课题的研究方法，我主要以下几个步骤：
1.通过查阅跟课题有关的资料和课题的相关研究现状，规划一个初步的设计的思路。
2.在初步的设计思路上，确定结构的整体方案，然后根据整体方案设计一个大体尺寸然后根据大体尺寸然后进行相关的设计计算。
3.根据自己的设计的数据，进行三维建立和主要零件的设计。
4.完成主要零件的校核分析。
5完成二维图装配图和相关的零件图的绘制
1.5主要研究的内容
本文的主要研究内容是设计一种结构简单、可实用的爬楼轮椅结构。在设计过程中，首先需要确定结构形式，然后根据这种结构形式设计出一种完整的结构。除了这些主要设计外，我们还需尽量减少整个机构本身的重量和体积的大小达到结构紧凑的目的和满足机构的相关性能要求，如：机构爬楼的的稳定性、安全性和可靠性要求。
目录
第一章 绪论 1
1.1课题的来源 1
1.2课题的研究与意义 1
1.3课题的研究现状 1
1.4主要研究方法 2
1.5主要研究的内容 3
第二章 爬楼机构的爬楼原理与方案设计 4
2.1机构的设计指标 4
2.2 确定爬楼机构类型 4
2.3确定行星轮的形式 5
2.4行星轮系的传动方案设计 6
2.4.1总体方案设计 6
2.4.2传动方案设计 6
2.5爬楼轮椅的工作原理 7
第三章 电机驱动设计 9
3.1电机的选择 9
3.2电机的相关参数计算 9
3.3电源的选用 11
第四章 爬楼轮椅的结构设计 13
4.1三维软件的介绍 13
4.2行星轮系设计 13
4.2.1爬楼的限制条件 13
4.2.3确定行星齿轮齿数关系 16
4.2.4确定零件的参数范围 16
4.2.5行星轮系参数确定 18
4.3传动部分结构设计和强度校核 18
4.3.1爬楼状态参数及校核 18
4.3.2行走状态参数及校核 21
4.4轴的校核计算 24
4.5电机箱的整体设计 26
4.6座椅的整体 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
设计 27
第五章 爬楼轮椅的三维建模 28
第六章 结论 29
参考文献 30
致谢 31
第一章 绪论
1.1课题的来源
目前我国的下肢残障或下肢不便的人士越来越多，特别是老年人他们上下楼梯十分不方便，但是我国在这一问题上还没有很好的解决措施能真正帮助他们的。因此为了解决这种上下楼难的问题，我准备设计一个可爬楼的轮椅来帮助他们，让他们不再因为上下楼的问题而苦于烦恼。
1.2课题的研究与意义
根据有关的媒体称：目前全世界的老年人口大约12亿，在过50年，老年人口将超过23亿。也就是说，在本世纪中期，我国的老年人人口预计将会翻一翻，因此，人口老龄化形式严峻[1]。而在残疾人的问题上，有关报告说平均每五个家庭就有一个残疾人。目前我国的残疾人数大概有8500万人左右，而下肢残疾的人数大约有300万人。
这些数据说明了开发一种助老助残的智能轮椅是有必要的符合我国的基本国情。我相信随着时代步伐的不断向前进展，设计一个爬楼的轮椅解决人口老龄化和助残的问题将是非常有意义的。为此，我找了两张普通轮椅的照片，如图11所示：
图11 普通轮椅
以上图片中的两个轮椅是我们日常生活中最常见的一般轮椅，同样是轮椅但它们只能普通的代步功能，不能实现爬楼和平地行走两用，因此也满足不了消费者们对轮椅的功能要求，解决不了他们行动不变上下楼困难的的问题。
1.3课题的研究现状
我国目前对此类机构的研究不是很超前。通过查阅资料，我国的爬楼机构大致主要分为三种：履带式爬楼机构、步行式爬楼机构和行星式爬楼机构。下面主要简述一下这三种常用的爬楼机构。
履带式爬楼机构主要是依靠轮子带动履带转动从何实现爬楼，不爬楼时只要将履带收起靠两边的大轮驱动就行。此结构运用的比较多，例如我国用在军事上防爆的机器人就是利用的这种结构。它的结构不是很复杂，它的主要优点是履带结构爬楼时不同于其他爬楼机构，它是爬楼动作是连续运动的，这样大大会减少爬楼的时间并且稳定性也不差。但它的缺点往往限制了它的使用范围，它相对其他爬楼机构更容易摩擦楼梯甚至会损坏楼梯，质量方便也是比一般的爬楼机构的大，尤其在一些较窄的楼梯爬楼时，它很难转弯，所以不太符合设计的要求。
步行式机构的爬楼的波动小稳定性好，但是它爬楼会有很大噪音，结构相对于其他两个形式的爬楼机构更为复杂导致制造成本高且运用的也很少，最重要的是爬楼速度也是比其他两个机构慢不符合使用者的时间观念。
行星轮式爬楼机构主要有两轮式、三轮式和多轮式，它是依靠行星架的翻转带动行星架上的轮子翻转从而实现爬楼，不爬楼时行星架不翻转，车轮跟着自己的轴线旋转实现平地行走。此前有一位美国的发明家研究出一种IBOT[2]的行星爬楼轮椅机构，后来我国的一所大学教授借用了这个IBOT的架构原理设计了一种双联式的行星爬楼机构。此结构运用范围广，结构轻巧，但爬楼时会有一些振动、稳定性也不是太好和需要人工来加以辅助。
外国在这方面的研究比国内快出不少，因为他们研究的时间比国内长，所以他们研究的成果也是相对于国内是非常多的，但有一个很重要的原因他们没有考虑到，就是他们研究的结构比较复杂，造价也比较高，是一些普通落后的发展中的国家的人民的经济水平所接受不了的。虽然国内的研究比不上国外的先进，但是也有不少专利。但是大多数受到体积、稳定性和安全性能的限制，真正能应用的也是非常少的。
1.4主要研究方法
对于课题的研究方法，我主要以下几个步骤：
1.通过查阅跟课题有关的资料和课题的相关研究现状，规划一个初步的设计的思路。
2.在初步的设计思路上，确定结构的整体方案，然后根据整体方案设计一个大体尺寸然后根据大体尺寸然后进行相关的设计计算。
3.根据自己的设计的数据，进行三维建立和主要零件的设计。
4.完成主要零件的校核分析。
5完成二维图装配图和相关的零件图的绘制
1.5主要研究的内容
本文的主要研究内容是设计一种结构简单、可实用的爬楼轮椅结构。在设计过程中，首先需要确定结构形式，然后根据这种结构形式设计出一种完整的结构。除了这些主要设计外，我们还需尽量减少整个机构本身的重量和体积的大小达到结构紧凑的目的和满足机构的相关性能要求，如：机构爬楼的的稳定性、安全性和可靠性要求。
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