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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 多功能水平載人椅
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 在我國(guó)，傷殘人口眾多，并且隨著逐步進(jìn)入老齡化高峰期，老年人口也將越來(lái)越多，他們的行走，上下樓梯，甚至站立都需要在他人的幫助下完成，這無(wú)疑會(huì)給當(dāng)今高節(jié)奏的社會(huì)帶來(lái)很大負(fù)擔(dān)。 正是在此情況下，我們研究了現(xiàn)階段智能輪椅的技術(shù)缺陷，并且在安全性、舒適性、廉價(jià)性方面做了有效嘗試，提出設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，上下樓梯平穩(wěn)，可以輔助站立，并且能夠在上下樓梯的過(guò)程中，始終保持座椅水平的多功能水平載人椅。
- 詳細(xì)介紹：
- 在我國(guó)，傷殘人口數(shù)目眾多，并且隨著我國(guó)逐步進(jìn)入人口老齡化高峰期，老年人口的數(shù)量也將越來(lái)越龐大，他們的行走，上下樓梯，甚至站立都需要在他人的幫助下完成，這無(wú)疑會(huì)給當(dāng)今高節(jié)奏的社會(huì)帶來(lái)很大負(fù)擔(dān)。 這就讓我們想到，他們的主要代步工具——輪椅，還存在著很大的局限性。平房被樓房所代替，眾多的老年人及殘疾人上下樓遇到了很大的困難。 正是在此情況下，我們研究了現(xiàn)階段智能輪椅的技術(shù)缺陷，并且在安全性、舒適性、廉價(jià)性方面做了有效嘗試，提出了設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，上下樓梯平穩(wěn)，可以幫助站立，并且能夠在上下樓梯的過(guò)程中，始終保持座椅水平的多功能水平載人椅。在研究過(guò)程中，我們采用三維數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件UG對(duì)其進(jìn)行建模和裝配，利用機(jī)械分析軟件ADAMS對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)分析，研究了輪椅在各種運(yùn)動(dòng)狀況下的角加速度對(duì)使用者舒適度的影響及線性推桿在各姿態(tài)下的受力狀況，并利用ADAMS提供的優(yōu)化功能對(duì)其分別進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化；以角加速度最大值的最小化作為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)優(yōu)化，以線性推桿受力的最大值最小化作為動(dòng)力學(xué)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，得到滿足設(shè)計(jì)要求的機(jī)構(gòu)最佳參數(shù)最終,設(shè)計(jì)滿足使用要求的多功能水平載人椅。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 發(fā)明目的： 針對(duì)當(dāng)今社會(huì)傷殘人士和老年人口眾多，而城市化進(jìn)程的加快，越來(lái)越多的平房被樓房代替，他們?cè)谛凶?、站立、上下樓梯時(shí)，遇到了很大的不便，我們正是立足于社會(huì)需要，響應(yīng)“十二五”規(guī)劃的要求，關(guān)愛(ài)老年人和殘疾人等弱勢(shì)群體。 基本思路： （1）通過(guò)線性推桿與電子傳感器的配合，使得水平載人椅在上下樓梯過(guò)程中始終維持水平。 （2） 通過(guò)平行四邊形結(jié)構(gòu)與線性推桿的組合，可在一定的角度范圍內(nèi)輔助使用者站立。 創(chuàng)新點(diǎn)： （3）采用履帶輪加輪子的組合方式，在平地行進(jìn)時(shí)，采用輪子；在上下樓梯的時(shí)候，采用履帶輪的方式。 創(chuàng)新點(diǎn)： （1）基于五桿機(jī)構(gòu)的可自動(dòng)維持水平的載人椅。 （2）利用履帶輪機(jī)構(gòu)作為行進(jìn)裝置使載人椅上下樓梯。 （3）可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上下樓梯與輔助站立的多功能水平載人椅。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 科學(xué)性 （1） 運(yùn)用UG，對(duì)項(xiàng)目方案進(jìn)行了建模，并在建模的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了修改項(xiàng)目后期，又運(yùn)用UG對(duì)水平載人椅進(jìn)行了動(dòng)畫(huà)演示。 （2） 運(yùn)動(dòng)ADAMS軟件，進(jìn)行了力分析，運(yùn)動(dòng)分析，動(dòng)力分析，理論分析和計(jì)算，并對(duì)其進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)分析及優(yōu)化，以角加速度最大值的最小化作為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)優(yōu)化，以線性推桿受力的最大值最小化作為動(dòng)力學(xué)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，得到滿足設(shè)計(jì)要求的最佳機(jī)構(gòu)參數(shù)，并最終制造樣機(jī)。 先進(jìn)性 （1）在確認(rèn)研究項(xiàng)目的時(shí)候，我們通過(guò)了教育部查新工作站（Z14），在國(guó)內(nèi)外公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)中檢索，查新報(bào)告中摘要：未見(jiàn)與該委托查新課題類似的基于五桿機(jī)構(gòu)的可自動(dòng)維持水平的，采用輪子加履帶輪（左右各兩個(gè)，共四個(gè)獨(dú)立的履帶輪）的組合形式（在平地行走使用輪子，上下樓梯時(shí)，使用履帶輪），能夠?qū)崿F(xiàn)地面行走、上下樓梯、輔助站立的多功能水平載人椅的研究。 （2） 作品立足于社會(huì)需要，響應(yīng)“十二五”規(guī)劃的要求，關(guān)愛(ài)老年人和殘疾人等弱勢(shì)群體，具有廣泛的社會(huì)意義。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 加工制作調(diào)試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 專利
作品可展示的形式
- 圖片
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 優(yōu)勢(shì)：較國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有載人椅，在實(shí)現(xiàn)相同功能時(shí)，價(jià)格較為低廉；能夠自動(dòng)維持水平，安全性高；能夠?qū)崿F(xiàn)輔助站立和上下樓梯功能的一體化； 使用范圍：傷殘人士及腿腳不便的老年人口； 市場(chǎng)前景：作品立足于社會(huì)需要，響應(yīng)“十二五”規(guī)劃的要求，關(guān)愛(ài)老年人和殘疾人等弱勢(shì)群體，具有廣泛的社會(huì)意義；同時(shí)，隨著傷殘人口和老年人口數(shù)量的增加，以及城市化進(jìn)程的加快，幫助他們行走、站立、上下樓梯成了很大的困難，該作品能夠?qū)崿F(xiàn)這三種功能一體化，減輕了年青人的負(fù)擔(dān)。 經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)：功能齊全，受益群體廣泛，有良好的市場(chǎng)前景。
同類課題研究水平概述
- 1. 變形履帶輪椅機(jī)器人的張緊力最優(yōu)估計(jì)和越障能力分析 2. 基于人機(jī)工程學(xué)的爬樓梯輪椅的設(shè)計(jì) 3 一種平地、樓梯兩用助行裝置的建模與設(shè)計(jì) 4 Stair-climbing wheelchair, has connection end installed with pulling spring, pedrail installed between upper and lower chain wheels, and lower movable supporting rod installed with lower fixed shaft 5 Barrier-free automatic track wheelchair for use by patients, has two suites of independent walking mechanism located at two sides of chassis, motor powered by accumulator, and supporting wheel provided at back end of buffering bracket 文獻(xiàn)1針對(duì)一種新型變形履帶機(jī)構(gòu)的輪椅機(jī)器人，采用模糊決策算法，提出了一種動(dòng)態(tài)確定履帶張緊力大小的最優(yōu)估計(jì)算法，結(jié)合張緊力最優(yōu)估計(jì)算法結(jié)果對(duì)輪椅機(jī)器人上樓梯起始階段進(jìn)行了靜力學(xué)建模和仿真。 文獻(xiàn)2針對(duì)輪椅在宜人性和適用性方面存在的問(wèn)題，應(yīng)用人機(jī)工程學(xué)理論設(shè)計(jì)了能爬樓梯的多功能輪椅。多功能輪椅的關(guān)鍵部件中主要以機(jī)架、座椅、靠背、坐墊的設(shè)計(jì)來(lái)考慮人機(jī)工程學(xué)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，采用了SolidWorks軟件進(jìn)行三維實(shí)體造型。 文獻(xiàn)3給出了一種平地、樓梯兩用助行裝置方案，并以虛擬樣機(jī)這一重要機(jī)械建模技術(shù)為依托，完成了裝置的虛擬樣機(jī)建模、運(yùn)動(dòng)學(xué)分析以及機(jī)電控制系統(tǒng)的聯(lián)合仿真。采用連桿、車輪混合式爬樓機(jī)構(gòu)，上下樓梯時(shí)車體始終水平，乘坐者面向行進(jìn)方向。平地行駛采用后輪驅(qū)動(dòng)，爬樓機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)裝置攀爬越障，連桿機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)調(diào)整車體姿態(tài)。 文獻(xiàn)4設(shè)計(jì)了一種星形爬樓梯輪椅，上、下軸及鏈輪由導(dǎo)桿及履帶連接。 文獻(xiàn)5設(shè)計(jì)了一種擁有兩個(gè)獨(dú)立行走機(jī)構(gòu)的爬樓輪椅，由一個(gè)緩沖裝置，一個(gè)傾斜裝置，一個(gè)放在底盤(pán)的起重裝置組成。
