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轮组式爬楼梯轮椅利用星形轮的交替翻转原理来实现上下楼梯功能的，每个轮组依照星形轮系的运动方式工作，星轮可以绕自身轴线自转的同时，也可以随星轮架一起绕中心轴公转。上下楼梯时，轮组中的星轮自身锁死不转，星轮整体随星轮架一起绕中心轴公转来完成爬楼梯过程；平地行驶时，星轮架相对于中心轴固定不动，通过接地星轮绕自身轴线的转动来实现平地运动。
根据每对轮组中的星轮数量不同，轮组式爬楼梯轮椅可以分为两星轮式、三星轮16J式以及四星轮式等；根据轮组对数不同，轮组式爬楼梯轮椅又可以分为单轮组式和双轮组式。轮组式爬楼梯轮椅的典型代表是美国Independence公司研发的iBOT系列爬楼梯轮椅，它采用的是单轮组两星轮式结构，几乎能适用于所有室内外楼梯，还能在斜坡、沙滩和崎岖的路面上行驶，甚至可以实现直立行走，从而帮助乘坐者达到正常人的高度17J。国内内蒙古民族大学物理与机电学院的苏和平等人设计的一种双联星形轮结构的电动爬楼梯轮椅和东南大学机械学院设计的一种采用四组行星轮的爬楼梯轮椅均采用的轮细式结构。
轮组式爬楼梯轮椅在无障碍的平地上行驶时和普通电动轮椅十分类似，运动灵活、速度快、能量利用率高，但在上下楼梯过程中爬楼梯轮椅的重心起伏较大，一般需要依靠他人或楼梯护栏的辅助才能完成爬楼梯过程，此外对不同几何形状的楼梯台阶适应性也比较差。虽然双轮组式爬楼梯轮椅能够实现自主爬楼梯的功能，但由于其体积庞大、驱动系统复杂，限制了它的使用范围。
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