自动康复轮椅设计
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康复机构装配图.dwg
机械部分装配图.dwg
自动康复轮椅CAD总装配图.dwg
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摘要
在世界的残疾人的数量中，我国残疾人占很大比重。目前，我国的残疾人数量正在增加。轮椅是残疾人的必备用品之一。为了让病人舒适的养病，他们很需要一个舒适、合适的轮椅，而掌握人因工程学的知识、并应用人因工程学的知识设计舒适的轮椅至关重要。本文的研究目的就是满足残疾人的需求，让轮椅更人性化，最终设计出符合人因工程学要求的自动轮椅。
技术和成本都是目前轮椅发展面临的挑战，现阶段的轮椅还存在功能单一、没有实现完全自动化、造型不够美观、尺寸不够科学等缺陷。本文对自动轮椅进行新颖的设计，轮椅加入自动越障功能和康复机构。
论文对现有的轮椅进行分析，根据人因工程学知识和我国成年人人体尺寸分析并设计轮椅椅面、靠背、扶手、康复机械腿等尺寸。运用机械原理、机械设计等知识对轮椅的零件进行设计和校核，设计合理的机构，选择合适的零件。
最后通过查阅资料、计算分析、三维建模等科学的方法解决问题，设计了可以自动越障并具有康复功能的舒适的自动轮椅。它可以满足老年人和残疾人的要求，符合人因工程学理念和机械设计准则，是一个自动化多功能产品。
关键词：轮椅；人因工程学；康复机构；自动
Abstract
Our country with the largest number of disabled people in the world.The twice sampling survey of disabled people showed that there exists a surge in the number of disabled people.Wheelchair is one of the necessary supplies for the disabled.In order to make the patient comfortable recuperate,they need a comfortable and suitable wheelchair.It is important that apply the knowledge of Human Factors Engineering to the design of comfortable wheelchair.The objective of this study is meeting the needs of people with disabilities,and let the wheelchair more humane.Finally,design automatic wheelchair which meets the requirements of Human Factors Engineering.
Technology and cost are the facing challenges of the development of wheelchair at present.Wheelchairs at the present stage have defects,for example,the function is single,have not achieved full automation,the shape is not beautiful enough,the size is not scientific enough,and so on.This paper add novel design to the automatic wheelchair.I design stair-climbing wheelchair which has rehabilitation mechanism.
This paper analysis of existing wheelchair and use the knowledge of Human Factors Engineering and the adult human body size of our country to design the size of chair face, back, arm rest and rehabilitation training mechanical leg.According to the knowledge of Mechanical Design and Theory of Machines and ,design and check the links of wheelchair to design reasonable mechanisms and choice suitable parts.
Finally,use the scientific methods such as consult data,analysis and calculation and design three-dimensional modeling to solve the problem.I has designed stair-climbing and comfortable wheelchair which has rehabilitation mechanism.It not only meet the needs of people with disabilities and the older people,but also meets the requirements of Human Factors Engineering and Mechanical Design.And it is a automatic and multifunctional product.
Keywords:Wheelchairs; Human Factors Engineering; Automatic
目录
摘要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1 课题研究的目的和意义 1
1.2 国内外研究状况 2
1.2.1 国外发展状况 2
1.2.2 国内发展状况 3
1.2.3 目前面临的问题与挑战 3
1.3 本文研究的主要内容 4
第2章 总体方案设计 5
2.1 设计要求 5
2.1.1 轮椅舒适性设计的原理 5
2.1.2 设计原则 5
2.1.3 机械零件设计要求 6
2.2 总体方案设计 6
2.2.1 结构设计 6
2.2.2 主要功能和原理介绍 6
2.2.3 轮椅三维建模分析 7
第3章 座椅人因工程学分析 10
3.1 目标用户分析 10
3.2 使用环境分析 10
3.3 座椅尺寸分析与设计 10
3.3.1 椅面的座宽尺寸设计 12
3.3.2 坐深尺寸设计 12
3.3.3 靠背高度尺寸设计 12
3.3.4 靠背宽度尺寸设计 12
3.3.5 扶手设计 13
3.3.6 靠背与座面夹角设计 13
3.3.7 椅面倾角设计 13
3.3.8 椅面高度设计 14
3.3.9 外观主体颜色设计 14
3.3.10 椅面材料选择与分析 14
3.3.11 康复机构尺寸设计 14
第4章 轮椅主要结构设计与计算 15
4.1 主要参数设计 15
4.2 电机选择 15
4.2.1 选择电动机类型 15
4.2.2 电机选择计算 16
4.3 轴的设计 17
4.3.1 轴的材料选择 17
4.3.2 轴的计算与校核 17
4.4 键的设计 18
4.5 轴承的设计 18
4.5.1 轴承的选择 18
4.5.2 轴承的寿命计算 18
4.6 V带的计算 19
4.6.1 确定计算功率 19
4.6.2 选择V带的类型 19
4.6.3 确定带轮的基准直径并验算带速 19
4.6.4 确定V带的中心距和基准长度 20
4.6.5 计算小带轮包角 20
4.6.6 计算带的根数 21
4.6.7 计算单根V带的初拉力 21
4.6.8 计算压轴力 21
4.6.9 主要设计结论 21
4.7 套筒设计 22
4.8 轮架和机架的设计 22
4.9 轮子的设计 23
4.10 康复机构设计 24
4.10.1 膝关节设计 24
4.10.2 脚踝的设计 24
4.10.3 脚部的设计 24
4.10.4 下肢连接部分的设计 25
第5章 结论 26
参 考 文 献 27
致谢 29
第1章 绪论
1.1 课题研究的目的和意义
我国的残疾人数量正在增加，全国有残疾人的家庭大约有7000多万。残疾人成为许多家庭的负担。1987年我国残疾人人口数量大约有5165万，占全国总人口的4.91%。最近一次全国残疾人抽样调查显示，我国残疾人将近8297万人，占全国人口的6.35%[1]。我国这么多的残疾人需要得到社会的关注，许多有下肢残障的人不能正常的行走，轮椅是他们的必备用品之一。对于残疾人来说轮椅不仅仅是代步工具，让病人舒适的养病，很需要一个舒适、合适的轮椅，而掌握人因工程学的知识、并应用人因工程学的知识设计舒适的轮椅具有重要的意义！
轮椅的基本功能是帮助残疾人行走，如何让残疾人舒适的使用轮椅才是最重要的，舒适度是轮椅设计中很重要的指标。轮椅设计不但要有美观的工艺、合理的结构，便于生产、制造，符合安全要求，而且尺寸的设计要符合人因工程学准则，保证人的健康、安全和舒适，让用户感到安全和舒服，科技的发展更加需要符合人因工程学的设计[2]。随着人们服务意识的增强，人们更加注重产品的舒适度和安全性，根据老年人、残疾人的需求而设计的设施也逐渐成为重要的需求，对现有生活产品的人机因素研究也越来越受到人们的重视。轮椅作为老年人、残疾人的一项重要的辅助工具，在设计和使用的过程中，包含着大量的人机工程学问题。而现有的许多轮椅都不符合人机工程学的尺寸要求，使用时容易造成身体的不适，甚至存在安全隐患。因此，为了提高轮椅的安全性和舒适性，基于人因工程学设计自动化的轮椅具有重要的意义。
现阶段市面上的轮椅还存在许多问题，有些制造简陋粗糙，使用起来不方便[3]。为了帮助患者在肢体和心灵上都的到真正的康复，改进轮椅的设计值得深入研究[4]。虽然我国市场有许多智能轮椅,但是由于价格较高导致国内组多残疾人购买不起,手动轮椅虽然便宜，但是使用起来不是很方便，功能单一，结构第5章 结论
通过查阅国内外资料,根据自己所学的机械相关的知识,并采用计算机辅助设计和结构分析等一系列先进的设计方法，对自动轮椅进行了设计，轮椅的设计融入了V带传动，连杆机构，滚珠丝杠等常见机械元素。将机械与实际生活相结合，设计了符合人因工程的自动轮椅。
自动轮椅座椅等部分的设计，以座椅舒适性为目标，结合大量的人体尺寸标准对座椅舒适性进行了研究。由于人体结构的多样性和复杂性，目前还没有成熟的舒适性评价标准，我从学校的图书馆收集了许多关于人机工程学和设计的书籍，并参考了许多有价值的文献，在对座椅舒适性理论进行归纳总结基础上，把舒适性理论运用到本课题的轮椅舒适性研究中。
本次设计绘制了自动座椅的总装配图，机械部分装配图，康复机构装配图。并利用UG建模软件对自动轮椅进行了三维建模。本次设计将自己学过的知识重新进行了回顾和应用，通过与导师和同学的交流和讨论，学到很多东西，机械设计也不是简单的零件的选择，要考虑很多实际的问题，如各个机构的配合，实际生产的技术问题等。
先构思轮椅的大致构成，要实现什么功能，加入什么机构，工作原理是什么样的。之后对确定的零件进行设计，轴的计算与校核，V带的选择等等，之后绘制零件图。但是在绘制装配图时发现有些零件设计的是不合理的，没有考虑总体的机构，如V带的确定，没有考虑轮椅整体的长度，在总体设计时，又进行了参数的调整。
我设计的自动轮椅，还有很大的改善和扩大功能的空间。可以加上一个按摩后背的装置，使得老年人在得到锻炼之余还可以享受后背的按摩；还有可以加上收音机或者mp3，也可以让一些老年人在锻炼之余得到其他一些的放松。还可以用优化设计的思想建立数学模型，让设计更加贴近人体的尺寸。高质量的设计仍有待研究，未来我们所享受的设计，将充满无限的新鲜和趣味！
参 考 文 献
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致谢
感谢 老师的耐心指导，她有热情，对待学生很温柔，她知识渊博，她的点拨让我受益匪浅，人如其名，她是一个充满智慧的导师！她钻研的态度和对待工作的激情，都是值得我学习的！感谢学校图书馆提供的便利条件，很多有用的文献都是在图书馆找到的。感谢学校和学院为我们提供先进的教学设备和舒适的教学环境，感谢各位老师四年的精心培养。
在此祝所有老师工作顺利，生活愉快!祝母校越来越美丽，马上毕业了，难忘翔源湖畔的荷花，难忘工大春季寝室前的朵朵桃花。语默般情诗，如濛濛间墨笔，我会铭记母校的芬芳，也会铭记在这里学到的宝贵的知识。最后感谢参与论文评审的各位老师，你们辛苦了。
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