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手動爬樓梯的輪椅的原理

手動爬樓梯的輪椅的原理

發布日期:2015-06-25 作者: 點擊:

1 手動爬樓梯輪椅爬行原理及存在的問題

普通輪椅不具備攀登樓梯和跨越路障的功能,這大大限制了以輪椅為代步工具的下肢截癱患者及年老體弱者的活動范圍。為了解決這一問題,也考慮到我國多數輪椅使用者目前的經濟承受能力,爬行裝置不應過分復雜。清華大學精儀系康復研究中心首先開發了手動爬樓梯輪椅〔2〕。它是在普通輪椅上加設一套爬樓梯執行機構和驅動系統而成,即可以在平地行駛,又可以僅憑借使用者雙臂的力量使輪椅上、下樓梯。該爬樓梯輪椅的結構簡圖見圖1,其主要特點是在普通輪椅的兩側各加設一套由平行四邊形機構組成的爬樓梯執行機構。每套機構中的兩等長連架桿(曲柄3、8)各與一個相同齒數的齒輪(4、10)相固接,用鏈條7來驅動。兩側的四個曲柄以相同的相位安裝,連桿(即爬樓梯桿9)的兩端各有一條“腿”,四條“腿”與輪椅原有的四個輪形成兩套支承系統。當搖動手把1,經過一套傳動機構,使四個曲柄同步轉動時,兩套支承系統輪番著地,并將另一套支承系統托起送到上(或下)一個臺階,直到登完一段樓梯。輪椅的座位及靠背可調整其傾斜度,以使爬樓梯時座位總處于水平位置。為了降低爬樓梯過程中輪椅的重心高度,增加穩定性和安全性,無論上樓梯或下樓梯,均采用“面向樓下”的方式,即上樓梯時采用后退方式(見圖2)。

手動爬樓梯輪椅結構原理圖
圖1 手動爬樓梯輪椅結構原理圖

爬樓梯動作示意圖
圖2 爬樓梯動作示意圖

此輪椅在平地行駛時,只需將輔助爬樓梯桿9的四條“腿”抬離地面鎖定即可。工況轉移極為簡便。由此輪椅的爬樓梯工作原理可知,在爬樓梯的中間工作段時,輪椅質心的理論位移曲線為純圓弧狀。由于本爬樓梯執行機構的尺寸是按樓梯臺階尺寸的統計平均值設計的,為了適應爬不同尺寸的樓梯臺階需要,乘員在爬樓梯操作時,需不時地調整輪椅相對樓梯的位置,如使每爬上(下)一級臺階前,都使大輪緊靠在本級臺階的立壁上。但是這樣頻繁地調整,無疑增加了操作的復雜性。如果使爬樓梯執行機構的規格成為可調的,來適應樓梯尺寸的變化,又會使機構結構復雜起來,這個矛盾需要解決,否則影響爬樓梯輪椅的實用價值。作者通過改變爬桿9的型式,使手動爬樓梯輪椅對不同的樓梯尺寸具有良好的適應性。

2 對爬行部件的改進及效果

在原爬樓梯輪椅爬樓梯時,爬樓梯桿9的四條“腿”著地的位置,會因為臺階的尺寸不同和乘員操作的不確定性而變化,這種著地位置的變化,在每爬上(下)一級臺階后,都要及時調整輪椅相對臺階的位置,如使每爬上(下)一級臺階前,都使大輪緊靠在本級臺階的立壁上,這種作法成為爬下一級臺階的標準起步要求。否則,連續幾步的爬行誤差積累,會使接下來的爬行失敗,甚至導致輪椅翻倒。這樣頻繁地調整位置,乘員會很辛苦,特別是對年老體弱和下肢截癱患者,影響了爬樓梯輪椅的實用價值。

為了改善這種狀況,作者試驗改變爬樓梯桿9的形狀和尺寸如圖3所示,此時爬樓梯桿9形狀呈弓形,弓弦部貼有帶牙齒的軟橡膠,這樣在爬行中段時,爬樓梯桿9不再用四個端頭(兩側)與臺階平面接觸,而是帶橡膠牙齒的“弓弦”與6個臺階(兩側)尖端接觸(見圖4),6點接觸很穩固,橡膠的牙齒啃在臺階尖端,又具有很強的摩擦力。這樣,在爬樓梯時,就不用頻繁地調整輪椅,簡化了操作。在爬行其它段落時,也能夠正常操作。

新爬樓梯桿9的形狀
圖3 新爬樓梯桿9的形狀

安裝新爬樓梯桿時爬樓梯動作示意圖
圖4 安裝新爬樓梯桿時爬樓梯動作示意圖

弓弦桿的材料可選取與爬樓梯桿9相同的不銹鋼管,直徑40mm,二者以焊接方式相連。帶牙齒的橡膠,其材質可選用天然橡膠,做成內徑與弓弦桿外徑相同且同長的開口管狀,牙型為鋸齒狀,牙高為10mm,當弓弦桿焊好后,再套上去,然后將開口用膠粘合。輪椅供應商


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