摘要

第一个轮椅模型早在18世纪就已经发展了，但自20世纪中叶以来，这一领域开始了快速发展。从那时起，设计了多种型号，扩展到广泛的产品范围。该项目涉及设计一种符合人体工程学设计的电动轮椅，供印度老年人在家使用。爬楼梯功能通过其结构和机制嵌入到设计中。该产品主要由3个模块组成，即座椅、连杆和框架。座椅尺寸标注中考虑了人体测量。框架和轮子是根据印度房屋楼梯尺寸统计数据生成的方程式进行设计和开发的。重点放在产品的形式、功能、技术和架构等不同参数上。设计通过开发CATIA中生成的单个零件的数字模型进行验证，并进行组装以形成最终产品。在CATIA的虚拟环境中生成产品的必要仿真。

物理和聚焦原型表明了结构和功能，是使用热电偶材料开发的。此处，车轮托架采用RP（熔融沉积模型）制造，使用ABS（丙烯酸-丁二烯-苯乙烯）材料。在收集了不同主题的客户需求后，轮椅嵌入了一些附加功能，如集成便桶设施。

介绍

电动轮椅或电动轮椅是指通过电动机而非手动推动的轮椅。电动轮椅适用于那些无法推动手动轮椅或可能需要在距离或地形上使用轮椅（使用手动轮椅会很费力）的人。它们不仅可用于常规行动障碍患者，也可用于心血管和疲劳性疾病患者。电动轮椅提高了许多身体残障人士的生活质量，因为他们可以自由活动。权力主席的选择将取决于许多因素；包括椅子将被驱动的表面设置类型，设置门槛和路缘的需要，以及习惯环境中的净空宽度。椅子最基本的工作是接受用户的输入，通常是以一个小操纵杆的形式，并将这种运动转化为车轮的动力，使人朝着首选的方向移动。在过去的几年里，我们看到了大量的改进和模型，在用户努力和车辆能力方面，为用户提供了无与伦比的轮椅控制

目标：

本项目的目标是根据广泛的事实调查结果和对现有模型、所用技术、市场情景和客户需求的研究，分析电动轮椅并制作其原型。我们的工作从规划阶段开始，包括初步研究、文献综述和背景研究。随后是概念生成阶段，包括评估客户需求、概述规范和生成概念设计。接下来是系统级设计，其中定义了产品架构，并在CATIA中对零件进行建模。第四阶段是详细设计阶段，我们将重点放在装配和制造的设计以及虚拟环境中的仿真。在最后阶段，我们进行原型设计并测试一个可行的模型。

方法

该项目的方法从正在考虑的产品的市场研究开始。这包括对市场上各种类型轮椅的广泛评估，以及对印度市场情况的准确概述。

电动轮椅

最重要的电动轮椅是乔治·克莱恩发明的，目的是帮助二战中受伤的士兵。随着时间的推移，它已经演变成许多设计和形式。电动座椅包括一系列功能，如倾斜、倾斜、座椅升降、下巴控制器、手控制器等。其中一些型号是便携式的，可以在旅行时拆卸和携带。电动轮椅主要分为三类

 前轮电动椅：这是一种室内电动椅。这是一把四轮驱动的椅子，在所有椅子中是最灵活的。

 后轮电动椅：这是一种便于户外使用的电动椅。由于是后轮式的，它们适用于崎岖的道路。

 中轮电动轮椅：这款电动轮椅适合室内使用，但它具有坚固的转向功能

重型轮椅

重型电动轮椅它设计用于户外基本原理，可以根据个人需要进行定制。。它可以用于在粗糙表面上移动。这些电动座椅只能通过升降机和坡道进行转移。

可移动轮椅

由于重量轻，这种电动轮椅很容易搬运，因此可以快速无障碍地拆卸。由于其紧凑的尺寸，适合修长的门道和大厅。

Powerbase轮椅

这些电动轮椅由于电池阵列更高，因此大多是独一无二的。由于可以展开，因此在行驶过程中需要提升。它适合户外和室内旅行。这种轮椅确保了平稳的行走。

Mobi电动折叠轮椅

这种轮椅的操作方式就像一台惯用的手动轮椅。当用户推动手部轮辋时，轮辋中的力传感器感知到用户的体力，并将辅助动力连接到车轮上。因此，物理运动类似于汽车中的动力转向。集成了一种自动平衡技术，可将用户置于重心，同时在两轮上进行平衡。取消对脚轮的要求将导致介质更加浓缩和可操作。为电动伺服电机提供动力的锂离子电池位于每个无轮毂车轮的底座上，可以充电，一次充电可使车辆行驶约20公里。宽而符合人体工学的推轮辋更易于抓握

运动轮椅

这些椅子是为篮球、网球或保龄球等运动量身定制的

该框架由一个底盘组成，底盘上装有两个电动移动装置、两个电动齿轮电机的支架、两个怠速三轮装置和一个电池组。底盘主要由两个管状结构组成，通过横梁连接；前部的两个三角形管状结构支撑着三轮装置。连接点是连杆机构的铰链。三轮装置由一个围绕中心轴旋转的三脚架组成，三个空转轮位于其顶点。车轮尺寸的选择是基于这样的考虑：大车轮可以更好地吸收不平坦地形引起的振动，而小车轮会减小总体尺寸。因此，为移动装置和枢轴装置选择了较大的车轮，这些车轮大部分时间与地面接触，而为三轮装置选择了较小的车轮，它们仅在爬楼梯操作期间与地形接触。

框架的尺寸根据空间约束进行计算。这些空间约束是从座椅底座距地面的高度和椅子的尺寸获得的。座椅高度基于参数“膝盖高度”的人体测量值。根据印度人体测量，坐姿膝盖高度的第95个百分位是55厘米。假设间隙为15cm，则考虑总共70cm的间隙。因此，框架尺寸取决于（48X63X70）cm的空间限制。

齿轮电动机

齿轮电机被用作运动装置，该运动被传递给集群车轮。该电机安装在机架提供的支架上，如图所示。齿轮电机的尺寸和规格来自可用的标准电机。使用750瓦功率和1:64减速比的齿轮电机。

车轮

为了适应爬楼梯的特点，这里正在开发一种集群车轮概念。三个轮子排列成三角形阵列，使得每个轮子的中心与等边三角形的顶点重合。现在，等边三角形的边和车轮的半径（r）是使用某些方程式计算的，如下所述。在以下方程式中，假设台阶高度和深度分别在（152-203）mm和（254-330）mm之间。这些都取自人体工程学标准。由于设计的轮椅用于家用，因此台阶最好是均匀的，因此其高度和深度分别约为150mm和250mm。此外，这些楼梯的平整度导致了车轮布置的等边配置

联动机构

为了在上下楼梯时保持座椅底座水平，提供了将座椅和框架连接在一起的连杆机构。该机构是基于四杆机构的二次倒置设计的。它类似于惠特沃斯快速回报机制。这里，提供了一个闭环控制，微型伺服电机连接到第二个链路。应变仪用于反馈适当的旋转角度，以获得稳定性，并使轮椅上没有夫妇。在这里，微型电机将座椅保持在稳定位置，使重心下降。

连杆机构在车架和座椅之间产生相对运动。在爬楼梯操作过程中，需要完成三项不同的任务：向后移动座椅、重新定位座椅和提起旋转轮。当座椅向后移动时，轮椅的重心被放置在一个安全的位置，从而防止翻转。

传动机构

最初，来自蓄电池的电源流向齿轮电机，齿轮电机与蓄电池一起布置在封闭的盒子中。现在，齿轮电机随附轴旋转，根据电机规定的减速比适当降低转速。这里的“差动齿轮”用于将旋转轴的运动传递给车轮，使左右（外部和内部）车轮能够灵活地以不同的速度移动。这可以在需要时调节轮椅的转动。

差速器齿轮有三个功能：

 将发动机功率对准车轮。

 作为车辆的最后一个减速装置，在变速器撞到车轮之前，最后一次减慢变速器的转速。

 将动力传递给车轮，同时使其以不同的速度旋转。

产品模型总装

在设计的模型中，比例维度缩放存在变化。这是由于在设计椅子的各个特征时考虑的人体测量参数的百分位数不同所致。这些要考虑的百分位数是基于主观分析得出的主观感知。车轮和车轮托架的设计也适用于楼梯尺寸变化的有限范围。由于该产品是针对家庭使用的，因此假设楼梯是规则的。

轴与太阳齿轮和车轮托架的啮合和分离机制有待进一步开发，以适应爬楼梯模式和在平地上移动模式之间的切换。这可以通过手动或自动设置平地模式下扭矩的最大限制来实现。

结论

该项目涉及设计一种符合人体工程学设计的电动轮椅，供印度老年人在家使用。爬楼梯功能是其结构和机制的主要重点。该产品包括3个模块，即座椅、连杆和框架。座椅尺寸按照印度人体测量标准进行计算。框架和轮子是根据印度房屋楼梯尺寸的统计数据，通过数学计算设计和开发的。还评估了产品的形式、功能、技术和体系结构。单个零件的数字样机在CATIA中开发并组装成最终产品。在虚拟环境中对爬楼梯机构进行了仿真。物理和聚焦原型表明了结构和功能，是使用热电偶材料开发的。采用快速成型技术（熔融沉积模型），使用ABS（丙烯酸-丁二烯-苯乙烯）材料开发车轮托架。在收集了不同主题的客户需求后，轮椅嵌入了一些附加功能，如集成便桶设施。