第二章 智能上下楼轮椅总体设计方案2.1上下楼梯轮椅设计要点根据国内外智能上下楼梯轮椅的研究现状，轮椅的上下楼梯方式主要分为行星轮式、步进支撑式、履带式三种类型。步进支撑式虽然能够很好的适应楼梯尺寸，运行时较为平稳，但机构组成控制系统比较复杂使得其研发成本比较高，致使轮椅的售价高昂，让大多数需要的人望而却步。履带式上下楼梯轮椅的机构也相对复杂，履带本身的重量比较大，工作效率低下。当其攀爬楼梯时，履带与楼梯间不断发生剐蹭，对楼梯棱角会具有一定的破坏性,同时也会产生很大的噪音，比较扰民。相对于以上两种智能上下楼梯轮椅，行星轮式攀爬机构的设计原理简单，制作与维护简单，既可以适应日常平地的行走，又可以进行楼梯攀爬，一种执行机构可以很好的完成两种工作状况。 基于以上的分析，在现有行星轮式攀爬机构的基础之上，考虑各种设计理念的优缺点，拟设计台多功能行星轮式爬楼梯轮椅。该设计在满足爬楼梯轮椅基本需求的前提下，应做到攀爬过程无滑落现象发生且结构简单，价格低廉，同时乘坐者的舒适性及安全性能够得到很好的保障，具体要做到以下设计要点:(1)轮椅具有攀爬楼梯及地面行走两种基本功能，乘坐者可自主完成以上操作。同时，轮椅的动力系统应做到结构简单，效率较高，攀爬楼梯过程安全稳定且拥有失电保护功能。(2)轮椅作为普通电动轮椅在地面行走时，要符合电动轮椅技术的国家标准参数，即轮椅尺寸大小、行驶速度、制动能力等方面需要达到国家要求。轮椅在攀爬楼梯时行星轮组的尺寸设计尽可能适应日常生活中的标准台阶尺寸。(3)轮椅应具有原地转向功能，满足轮椅在狭小空间内的行驶方向调节。(4)轮椅应具有重心调节功能，不仅要将轮椅行驶时的重心位置控制在安全范围以内，还能通过调节乘坐者重心位置使轮椅在各种状态下的行驶性能达到最优。(5)轮椅应具有座椅调平功能，使乘坐者在乘坐轮椅攀爬楼梯时仍能保持水平姿态，避免了乘坐者因坐姿过度倾斜引起的不适。根据以上设计要点，本次爬楼梯轮椅主要由攀爬楼梯机构、地面行走机构、原地转向机构、重心调节机构和座椅调平机构组成。2.2攀爬楼梯机构设计本上下楼梯轮椅设计选用行星轮组为攀爬楼梯的主要机构。行星轮组中的每一个星轮随行星架的自传而公转，利用行星轮翻转时与楼梯台阶面接触的星轮作为支撑点，在静摩擦力的作用下，每一个星轮接连交替的接触楼梯台阶，从而实现轮椅的攀爬楼梯的功能。目前市面上轮椅行星轮组的星轮个数多种多样，有三个为一组的，四个为一组的，多的还有五个为一组的。但并不是星轮越多越好，综合考虑轮椅的爬楼梯性能，本文采用三星轮组的结构来实现轮椅的攀爬楼梯功能。在上下楼梯现有的设计中，使用者座轮椅上下楼梯时，为了更好地保证轮椅的安全性能，让使用者有良好的乘坐体验，此设计选用前后四个三星轮组同步运行的四驱攀爬模式。图2-1 攀爬楼梯机构俯视图 如图2-1所示，爬楼梯轮椅的前后各共有四个三星轮组，三星轮组的内侧三星板上面连接用于传递动能的链轮。后面两组三星轮组受到电机驱动的作用，通过链条的传动，从而带动前面两组三星轮组的翻转。当把链条的传动比设定为1时，就可以实现前后三星轮组的同步翻转。通过链条传动可以时电机的动力输出更为直接，能更好的控制轮组的启停。而且链条传动相对于齿轮传动，能够更好的节省轮椅的空间，使轮椅的结构也相对简单点，而且也可以减轻轮椅的自身重量。并且只要前后轮组的齿轮齿数一样，就能有相同的传动比。图2-2攀爬楼梯机构主视图 如图2-2为攀爬楼梯机构的主视图。如图2-2所示，固定在车架上的步进电机是轮椅爬楼梯的动力源。利用步进电机本身能够在恒定速度下稳定地保持最大输出扭矩的优势，它通过蜗轮蜗杆减速器进一步减速和增加扭矩，从而在两个方向上向后轴轮对输出低速和高扭矩功率。为了延长蜗轮蜗杆减速机的输出距离，减速机的两个输出轴通过联轴器与后桥的两个半轴连接。两轴与轮对之间采用法兰螺栓连接，两轴焊接，达到相互固定的效果。此外，考虑到爬楼梯的成功率和安全性，三星轮对的星形轮不仅需要采用与地面摩擦系数高的橡胶材料，而且在爬楼梯的过程中还应处于自锁状态。通过前桥的控制，前桥的每个星轮都可以在自由和锁定状态之间随意切换。后轴的每个星形轮采用齿轮传动和齿轮传动相结合的方式，使其在地面行走时既能保持自由，在爬楼梯时也能保持自锁。图2-3和图2-4显示了轮对齿轮箱和齿轮箱。图2-3 三星轮组齿轮箱的内部试图图2-4 花鼓离合器 齿轮箱内部由两级齿轮驱动。每个齿轮的齿轮轴与两侧轴承和齿轮键连接。齿轮箱的最外齿轮轴与星形齿轮的内孔键连接。花鼓离合器的基础部分用螺栓固定在变速箱的外板上，花鼓离合器的花瓣部分用螺纹固定在中心齿轮轴上。当轮椅在地上行走时，花鼓离合器的上下部分是分开的。每个星形齿轮的旋转驱动外齿轮。通过齿轮传动，中央齿轮轴驱动花鼓离合器的花瓣部分空转。当花鼓离合器的