坐姿可调节轮椅结构设计与分析

摘要

轮椅是瘫痪患者和失能老人首要的辅助性工具,可提供代步功能,但普通轮椅无法主动调节瘫痪患者和失能老人的坐姿,长时间保持同一坐姿会使人体肌肉产生紧张和疲劳感,不利于血液流通和代谢,甚至出现肌肉疼痛和慢性劳损。针对该问题,在普通轮椅的结构基础上进行改进,以双作用液压缸和步进电机作为动力源,设计了一款可调节瘫痪患者和失能老人坐姿的轮椅,轮椅折叠机构用于调节靠腿与坐垫、靠背与坐垫间的角度;俯仰调节机构用于调节坐垫与水平面的角度;坐垫调节机构和靠背调节机构用于调节人体在轮椅上的坐姿。轮椅运行分为手动和自动两种模式,手动模式可单独控制某个机构运行,用户可自行调节坐姿,自动模式轮椅按照设定程序运行,可及时调节瘫痪患者或失能老人的坐姿。使用SolidWorks构建坐姿可调节轮椅的三维模型,使用Ansys Workbench对轮椅主要承力部分进行有限元分析。结果表明,轮椅主要承力部位所受最大应力为81.4 MPa,最大应变为0.0012 mm,小于7050-T7451铝合金的许用应力。使用Adams对轮椅进行运动学仿真,得到人体模拟Marker点的位移图和速度图。结果表明,轮椅运行平稳,无明显冲击。