爬楼梯轮椅

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    一种爬楼梯轮椅的运动分析
    
    随着我国经济的发展,高层建筑逐渐增多,一些常年卧床的重病或突发病患者,医院要求卧姿运送,而很多高层民宅上的电梯空间不能容纳医疗担架,致使抬着病人走楼梯的现象时有发生。国内有很多星轮式概念设计口],由于体积大等缺点很难真正实施推广。MurrayJLawnE等人研制了一种性能良好的履带式轮椅,但较为笨重。本文介绍了一种新型电动爬楼梯轮椅,其结构简洁、实用性强、平地行走阻力小,适合多种楼梯结构、价格相对低廉,适合批量生产。
    
    1爬楼梯轮椅的结构及工作原理
    

    图1为爬楼梯轮椅各状态结构简图。其行走机构采用行星轮,行星轮具有机构简单、质量小的特点,可降低整体重量,且可同时满足上、下楼梯和在平路上行走的功能。前、后腿共同构成其腿机构,该机构采用前腿长后腿短形式,前腿较长与地面倾斜放置且与椅面通过转动副连接,后腿较短与地面垂直放置且与椅面通过转动副和移动副连接。这样,整个腿机构构成一个并联系统,该并联系统具有3个自由度,通过3个自由度的配合使机构在爬楼梯过程中椅面保持水平。

一种爬楼梯轮椅的运动分析

    
    2爬楼梯轮椅机构运动学分析
    
    通过对机构进行运动学建模,计算出各运动副的运动规律。爬楼梯过程中后腿机构简图如图2所示。
    
    图2中,H,H。,H。分别为各状态下椅面到地面的距离;n。为后腿转动副到其前面第一个台阶的水平距离;z为后腿长度;r为行星轮半径;l。为图2(a)到图2(b)过程中移动副移动距离;z为图2(b)到图2(c)过程中移动副移动距离;为图2(a)到图2(b)过程中后行星轮转动角度;为图2(b)到图2(c)过程中后行星轮转动角度,且令=0十z。
    
    当行星轮刚接触楼梯台阶时,行星轮绕前轮圆心做圆周运动(图2(b)),此时行星轮转动半径与垂直方向夹角为:30。+--90。一--60。。
    
    3对爬楼梯轮椅运动学建模的验证
    

    在数学建模过程中,对机构的运动过程进行了分析,下面对该过程进行验证。设l=750,一500,r一12O,H一150。

一种爬楼梯轮椅的运动分析

    
    从图2(a)到图2(c)过程为后行星轮爬越第一个台阶,当爬完第一个台阶时,行星轮转过一个周期(即(一120。)),且一0。将数值代入式(9)、式(11)得:COSCt一0.8,H一150,即一个台阶的高度。所以当行星轮转过120。时,后行星轮中心高度增加一个台阶高度。
    
    在图3到图4过程中,前腿摆动维持椅面平衡,当前腿由摆动到时,将数值代入式(15)得前腿摆动调整高度为:h一150,即一个台阶高度。即后轮爬上一个台阶,前腿调整一个台阶的高度。图4中,后行星轮又爬上一个台阶,将数值代入式(21)得:一300,即两个台阶高度。即此时两个行星轮之间相差两个台阶高度。之后,前后行星轮做相同的运动,椅面始终保持水平。
    
    采用拉削方式加工单键键槽的加工方法,不但具 备了拉削键槽工艺中生产效率高、加工质量稳定、操作 简单的优点。而且这种设计还解决 了如下技术问题 :
    
    ①被加工的工件直接装到定位轴套上即可,不用找正 和夹紧;
    
    ②由工装保证了工件的锥孔母线与拉刀刃带 轨迹平行,也直接保证了拉刀与锥孔中心线的对称度;
    
    ③由导向槽的深浅保证了被拉削键槽的深度,并且可 以通过加垫薄铜板进行调节;
    
    ④调好工装后,拉削过程 只是拉刀被拉过导正槽的过程,操作简单,加工质量稳 定,加工效率高,加工费用低,每件加工费用约计 2.8 元 ,相比采用原线切割工艺成本大大降低 。因此公 司 采用这种加工方式后,不但保证了产品的生产,而且还 给公司带来了较大的经济效益。


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