基于电动轮椅的越障附加机构设计与仿真分析
Design and Simulation Analysis of Obstacle-Crossing Add-On Mechanism Based on Electric Wheelchair
DOI: 10.12677/mos.2024.133252, PDF,   
作者: 康浩伦, 孟巧玲*, 喻洪流：上海理工大学康复工程与技术研究所，上海；上海康复器械工程技术研究中心，上海；民政部神经功能信息与康复工程重点实验室，上海
关键词: 准静态分析；机械结构设计；ADAMS；运动仿真；Quasi-Static Analysis； Mechanical Structure Design； ADAMS； Motion Simulation
摘要: 随着出生率的持续走低，我国未来使用电动轮椅辅助行动的群体基数越来越大。本文为提高电动轮椅面对复杂地形的适应能力，设计了一种基于电动轮椅的越障附加机构。基于准静态模型，分析了电动轮椅的越障过程，并提出了越障附加机构的设计方法。对附加机构进行结构设计后，通过ADAMS的运动仿真验证了该设计的可行性，并对300 mm × 100 mm × 3的台阶进行了越障测试。实验结果表明所设计的越障附加机构可以显著的提升电动轮椅的越障能力。
Abstract: As the birth rate continues to fall, the number of people using power wheelchairs will grow in our country’s future. In this paper, an obstacle-crossing add-on mechanism based on an electric wheelchair is designed to improve the capability to complex terrain. At first, the obstacle-crossing process of the electric wheelchair is analyzed via the quasi-static model, and the design method of the obstacle-crossing add-on mechanism is proposed. Then the feasibility of the design was verified by motion simulation in ADAMS after the structural design of the mechanism. Then the obstacle-crossing experiment was performed on a 300mm × 100mm × 3 step. The experimental results show that the designed mechanism can significantly improve the obstacle-crossing capability of the electric wheelchair.
文章引用：康浩伦, 孟巧玲, 喻洪流. 基于电动轮椅的越障附加机构设计与仿真分析[J]. 建模与仿真, 2024, 13(3): 2781-2788. https://doi.org/10.12677/mos.2024.133252

参考文献

[1] 陆杰华. 全球人口结构的变迁趋势及其经济社会影响[J]. 人民论坛, 2023(24): 30-34.
[2] 宋巧玲. 面向老年护理的家用服务机器人研究现状[J]. 医疗卫生装备, 2023, 44(11): 100-106. [Google Scholar] [CrossRef] 
[3] 张树宽, 吴宇辉, 赵东辉, 等. 兼具安全性与柔顺性的步行康复训练机器人交互方法[J]. 机器人技术与应用, 2023(3): 23-31.
[4] 嵇建成, 龚涛. 全向移动康复机器人设计与研究[J]. 工业控制计算机, 2023, 36(1): 1-3.
[5] 朱花, 孙国林. 前进式爬梯轮椅的结构设计与运动稳定性研究[J]. 机械传动, 2023, 47(11): 154-160. [Google Scholar] [CrossRef] 
[6] 孔华萍, 张艺于, 黄韫喆, 等. 智能轮椅研究进展[J]. 科技创新与应用, 2023, 13(5): 45-50. [Google Scholar] [CrossRef] 
[7] 王新, 鄢沛峰. 下肢穿戴式助行器步态规划与稳定性分析[J]. 机械传动, 2023, 47(12): 82-88. [Google Scholar] [CrossRef] 
[8] 王晓伟, 高胜鲁, 陈旭. 骑乘式下肢助行器结构与运动仿真研究[J/OL]. 机械科学与技术, 1-7. 2024-03-13.[CrossRef] 
[9] 朱花, 葛海文. 轮履式爬楼梯轮椅及轮履切换动力学分析[J]. 机械传动, 2023, 47(12): 158-168. [Google Scholar] [CrossRef] 
[10] 郝振国, 曹东兴, 王强. 爬楼轮椅后腿机构的运动精度可靠性分析[J]. 机械工程师, 2020(6): 22-25 28.
[11] 朱宇航, 费燕琼, 许红伟, 等. 轮-履-腿复合式移动机器人的越障分析[J]. 机械设计与研究, 2017, 33(4): 28-32. [Google Scholar] [CrossRef] 
[12] 冯长龙, 行志刚, 程军, 等. 仿生轮腿式爬梯底盘结构设计分析与应用[J]. 自动化与仪表, 2023, 38(7): 105-109. [Google Scholar] [CrossRef] 
[13] 刘城, 王嘉轩, 刘建峰, 等. 地面机动平台可重构轮履复合推进机构研究现状与展望[J/OL]. 北京理工大学学报,1-12. 2024-02-29.[CrossRef] 
[14] 王占礼, 赵德超, 陈延伟, 等. 曲柄星轮式爬楼梯轮椅爬升机构设计[J]. 长春工业大学学报(自然科学版), 2011, 32(2): 105-108. [Google Scholar] [CrossRef] 
[15] 章玮滨, 唐炜. 行星轮式爬楼梯轮椅的设计与分析[J]. 机械传动, 2019, 43(8): 103-106 115. [Google Scholar] [CrossRef] 
[16] Uustal, H. and Minkel, J.L. (2004) Study of the Independence IBOT 3000 Mobility System: An Innovative Power Mobility Device, during Use in Community Environments. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation, 85, 2002-2010. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]
[17] Nakajima, S. (2017) Evaluation of the Mobility Performance of a Personal Mobility Vehicle for Steps. IEEE Access, 5, 9748-9756. [Google Scholar] [CrossRef] 
[18] Podobnik, J., Rejc, J., Slajpah, S., Munih, M. and Mihelj, M. (2017) All-Terrain Wheelchair: Increasing Personal Mobility with a Powered Wheel-Track Hybrid Wheelchair. IEEE Robotics & Automation Magazine, 24, 26-36. [Google Scholar] [CrossRef] 
[19] 王建. 模块化嵌入式动力轮椅越障性能研究[D]: [硕士学位论文]. 青岛: 青岛理工大学, 2023.[CrossRef] 
[20] Hosaka, T., Imamura, T. and Nagata, K. (2020) Development of the Support System for Wheelchair Use at Boarding and Alighting Trains. 2020 IEEE/SICE International Symposium on System Integration (SII), Honolulu, 12-15 January 2020, 790-795. [Google Scholar] [CrossRef] 

为你推荐