機械創(chuàng)新設(shè)計論文：手推折疊輪椅

HefeiUniversity課程論文COURSETHESIS題目：手推折疊輪椅系別：機械工程系專業(yè)：機械設(shè)計制造及自動化學制：四年姓名：學號：1導師：張2021年10月18日手推折疊輪椅摘要本設(shè)計所要研究的手推型折疊輪椅僅以連桿機構(gòu)所組成，通過設(shè)計和對設(shè)計要求的限制的考慮，及各類參考文獻中得出了最適合此類機構(gòu)的是WattI型六連桿機構(gòu)【1】，并且進行了應(yīng)用材料確實定、桿件的力學分析和整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計，最后完成了實體3D模型的制作。所以本設(shè)計所研究的手推型折疊輪椅是由單一自由度收折，并且沒有別離的零件，不需使用任何拆卸工具即可以到達收折后體積小、重量輕、操作簡便，像行李箱拖行及站立收藏等特性，適用于下肢癱瘓、年老體弱多病和行動不方便者，是一種非常理想的代步工具。關(guān)鍵詞：手推型折疊輪椅;連桿機構(gòu);一．引言由于現(xiàn)代醫(yī)學的開展和進步，人類的壽命正逐漸的往上提升，致使各國老年人口將不斷增加，然而高齡化的社會結(jié)構(gòu)已然成為世界各國的重大挑戰(zhàn)。針對這些年長而行動不方便的使用者而言，其身體各局部器官正逐漸退化，再加上神經(jīng)肌肉萎縮，自行驅(qū)動輪椅是非常困難的事，因此他們將不適合使用具有手輪圈的自推型輪椅，而手推型輪椅較能符合其需求。許多行動不便者在解決移動能力障礙時，最直接使用的工具便是輪椅。【2】根據(jù)我國統(tǒng)計部門統(tǒng)計，截止到2021年4月1號，全國現(xiàn)有各類殘疾人總數(shù)約8296萬人，占總?cè)丝跀?shù)的比例為6.34%，而屬于肢體殘疾的占總殘疾人數(shù)的比例為29.07%，人數(shù)到達2412萬，2021年底，中國60歲以上老年人口1.44億，占總?cè)丝诘谋壤_11%?，F(xiàn)在我國60歲以上老年人口每年以3%的速度遞增，在60歲以上的老年人口中，有相當一局部老年人在日常生活和工作中，在疾病治療和康復(fù)過程中，都需要借助使用輪椅。這對于家庭生計、社會本錢與國家經(jīng)濟均會造成嚴重的影響，不可輕視。對于青壯年的肢體障礙患者而言，輪椅可使他們重新返回職場，以改善家庭生計和降低社會負擔；對于行動不便的高齡老人或出現(xiàn)重度神經(jīng)肌肉萎縮的患者而言，輪椅是他們走出戶外的最正確輔具，不但能改善他〔她〕們的精神生活，而且在心靈層面上更得到慰藉。二．折疊輪椅設(shè)計的原理本設(shè)計所研究的折疊機構(gòu)是以四連桿組為出發(fā)點，利用桿件特殊翻轉(zhuǎn)的特性來作為此折疊機構(gòu)最初的概念設(shè)計。還有就是在測試當輪椅在展開的使用狀態(tài)時，使用者的體重加諸于輪椅上，所造成結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布及材料變形，借此了解各局部零件的強度和剛度是否足夠，還有要兼顧接頭和桿件的強度、加工上的難易程度、桿件與各個零件之間的干預(yù)問題、操作步驟的簡便性，并盡量減低輪椅的重量和降低本錢等等，以作為生產(chǎn)制造的參考。過程本課題所設(shè)計的手推式折疊輪椅【3】，如圖1-1所示，此型輪椅為連桿數(shù)6、接頭數(shù)7的單一自由度的折疊輪椅，其中C點是雙重接頭，將此雙重接頭拆在坐墊桿上，那么前腳桿與坐墊桿為三元桿，而其余桿件為二元桿。圖1-1由圖示的結(jié)構(gòu)簡圖可知，輪椅的結(jié)構(gòu)共有活動構(gòu)件數(shù)為，低副，沒有高副。故其自由度應(yīng)為1、折疊輪椅的材料和力學分析在生產(chǎn)實踐中，各種機械和工程結(jié)構(gòu)得到廣泛應(yīng)用，如橋梁、房屋、電機、機床等。機械和工程結(jié)構(gòu)的每一組成局部為構(gòu)件。任何構(gòu)件都由某種材料制成，并受到某種載荷的作用。實際的構(gòu)件并非是靜力學所理想化的那種剛體，任何構(gòu)件在外力作用下都將不同程度地發(fā)生形狀和尺寸的改變【4】。如果構(gòu)件的形狀、尺寸設(shè)計不合理，或選用材料不當，那么構(gòu)件在一定載荷的作用下，會發(fā)生過度的變形或破壞。為了保證機械和工程結(jié)構(gòu)的正常工作，在載荷作用下，構(gòu)件都應(yīng)該具有足夠的承受載荷的能力，簡稱承載能力，也即構(gòu)件必須具有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性。這些根本要求，不僅與構(gòu)件的截面形狀和尺寸有關(guān)，而且還與材料的力學性能有關(guān)，而這些又都關(guān)系到制造本錢，因此合理的選擇構(gòu)件的材料，如何正確確實定構(gòu)件的截面形狀，使構(gòu)件即滿足使用要求，又降低制造本錢，便成為構(gòu)件設(shè)計的一個十分重要的問題。2、新型材料的簡介近年來，綠色環(huán)保新型材料不斷升溫，開始占據(jù)一個全新的市場領(lǐng)域，并隨著綠色經(jīng)濟的全球風行，市場熱度不斷提升，新的環(huán)保新型材料趨勢正席卷全球。而綠色輪椅設(shè)計的興旺也帶動了一個龐大的綠色材料需求。綠色環(huán)保材料作為輪椅制造的根底和源頭，越來越成為市場采購的主流，綠色環(huán)保材料市場的開展帶來的不僅僅是消費模式的變革，同時也將是整個家具行業(yè)的新一輪變革。〔1〕、高密度復(fù)合材料新型高密度復(fù)合材料，其主要工藝原理是以稻草、麥秸、棉花桿、玉米桿、甘蔗渣、竹屑、蘆葦桿、木屑等農(nóng)業(yè)廢棄物作原料，以聚乙烯、聚丙烯及其廢棄物，如汽水瓶、可樂瓶、礦泉水瓶等或塑料薄膜、塑料制品的城市廢棄物〔白色垃圾〕等作粘合材料，并參加一定量的添加劑等，在一定工藝條件下合成。這一最新成果被聯(lián)合國工業(yè)開展組織〔UNIDO〕譽為“21世紀新材料〞。它的特點是不使用木材，可以保護生態(tài)環(huán)境，緩解了實行天然林保護后木材缺乏的問題；利用廢棄物，使得物盡其用，節(jié)約能源，保護環(huán)境；無毒無害，沒有尿素和甲醛的成份，不會對人體產(chǎn)生危害；產(chǎn)品密度高，強度好，木材、刨花板、中密度板等均易受到厭氧菌、霉菌、甲蟲、白蟻、蛀蟲等生物的侵害和海水的腐蝕，而該工藝生產(chǎn)的板、型材均不受以上生物的侵害，吸水率低，不受海水的腐蝕；屬于無三廢工藝，可屢次回收廢料并反復(fù)利用，節(jié)約并降低本錢；產(chǎn)品有很強的可塑性，可根據(jù)用戶需要，替換不同的模具或模板，直接生產(chǎn)出各種各樣的板材和型材，有極大的市場價值；防火性能好，有良好的阻燃性能。高密度復(fù)合材料技術(shù)的實現(xiàn)不僅解決了農(nóng)業(yè)廢棄物和城市廢棄物的污染排放問題，還節(jié)省了有限的林業(yè)資源，必將對我國的21世紀的環(huán)保產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生巨大影響。〔2〕、高強高模纖維目前，尼龍和滌綸的拉伸斷裂強力僅為其理論值的約5％。今后開發(fā)的高聚物纖維，拉伸斷裂強力將為其理論值的40％，抗拉模量將為其理論值的90％。隨著高聚物技術(shù)的開展以及有機與無機化合物結(jié)合的進展，極有可能開發(fā)出達40％理論強力的纖維。開發(fā)這種纖維的瓶頸是本錢。這種纖維將適用于要求高強力、輕質(zhì)量的各種設(shè)備?！?〕、具有傳感和康復(fù)功能的纖維人們將開發(fā)具有傳感功能的溫濕度調(diào)節(jié)材料、康復(fù)用神經(jīng)刺激材料和肌肉力量支持類服裝。今后還將開發(fā)出具有傳感功能的睡衣，用來檢測溫度和相對濕度，以防止那些喪失溫、濕度感覺的老年人受到類似“低溫燒傷〞的傷害。另外，今后的開發(fā)工程還包括一種用于患者康復(fù)的纖維，它作為一種護理保健材料能刺激神經(jīng)，還能以緊身連褲襪的形式支撐肌肉力量缺乏的患者。〔4〕、具有綜合功能的阻燃纖維今后將開發(fā)在保持服裝一般性能的前提下，具有阻燃性能、非熱熔和能夠防止燒傷的纖維?，F(xiàn)有阻燃纖維的阻燃性能已經(jīng)到達令人滿意的水平，但是，其它普通功能尚未到達相應(yīng)的水平。以兒童和老年人的阻燃睡衣為例，還需開發(fā)具有良好手感、柔軟性和吸濕性等綜合功能的阻燃材料。3、折疊輪椅的創(chuàng)新設(shè)計該型輪椅運用人性化設(shè)計理念，從技術(shù)上幫助下肢殘疾朋友解除了普通輪椅只能坐不能臥、長時間使用易生褥瘡的困擾。該型輪椅專供下肢殘疾朋友和老年人使用的系列產(chǎn)品之一。在原來的設(shè)計根底上，再其背后加上剪式收折機構(gòu)，便于因為長時間坐的姿勢導致易生褥瘡和不舒適感，方便翻開后背，可以躺下，為解決下肢殘疾人和老年人的實際困難，立下了汗馬功績。與其他輪椅不同的是，所設(shè)計的這個多功能輪椅上面再架上一個鐵架子，上面支著50厘米見方的太陽能電池板。在輪椅的座位下掛著兩個10厘米見方、20厘米長的金屬盒子，這就是驅(qū)動輪椅的蓄電池。還有在輪椅的扶手上安裝著操作柄，隨著輕輕地前后推拉，輪椅在空地上前后自如地移動著。其次在左右扶手上安裝上可以放MP3、收音機等等的架子，在輪廓上安裝上電熱毯，也是其中的一種想法，還有就是在普通輪椅上安裝一個由交流調(diào)速電機驅(qū)動的傳動系統(tǒng)，利用齒輪和履帶傳動，使之成為一個有機的整體，到達能完成人體主要部位功能鍛煉的目的。上肢運動局部，上肢運動是指雙臂及手部進行周期性往復(fù)運動，將患者雙手固定于手柄上，做劃船狀運動；下肢運動是指腿及腳部進行周期性往復(fù)運動，將患者雙腿固定腳踏板上，做踏車式運動；背部按摩局部是指由電機帶動的兩個按摩輪做上下左右轉(zhuǎn)動，到達背部按摩的目的。被動式的功能鍛煉輪椅由兩套電機驅(qū)動系統(tǒng)完成，其中一套用于上下肢的運動，另一套用于背部按摩局部，整套運動協(xié)調(diào)可靠，不僅能夠幫助病人恢復(fù)肢體功能，又為醫(yī)護人員減輕了工作量。經(jīng)臨床實際應(yīng)用說明，該套醫(yī)療康復(fù)設(shè)備，使用簡單，操作方便，能夠協(xié)助患者做肢體運動，促進病人康復(fù)，是一種極有推廣價值的康復(fù)醫(yī)療設(shè)備，外加上可自由調(diào)整的平安帶。隨著社會的開展和人類文明程度的提高，人們特別是殘疾人愈來愈需要運用現(xiàn)代高新技術(shù)來改善他們的生活質(zhì)量和生活自由度。因為各種交通事故、天災(zāi)人禍和種種疾病，每年均有成千上萬的人喪失一種或多種能力〔如行走、動手能力等〕。因此，對用于幫助殘障人行走的機器人輪椅的研究已逐漸成為熱點。4.目前市場上的輪椅〔1〕、太陽能折疊式手推輪椅在其頂部安裝太陽能發(fā)電系統(tǒng)，這個發(fā)電系統(tǒng)由兩個能產(chǎn)生20瓦電力的太陽能板組成，除了能提供輪椅本身所需的電力〔24瓦〕外，晴天時還可額外提供30分鐘的電力，下雨時，也能當作遮雨棚使用。

〔2〕、電動驅(qū)動折疊式手推輪椅【5】在原有的根底上，底部安裝了電子操控系統(tǒng)，可以電動手動切換行駛，更加便于操作和更人性化。依照人體工程學設(shè)計,機身高強度、高承重、重量輕體積小，方便老年人和身體殘疾的人出行，適用于中老年人群及行動不便者在室內(nèi)外作助行代步之用。電動輪椅操作簡單，老人使用起來也能得心應(yīng)手。在輪椅控制器的操縱桿上，即可完成您想要的前進、后退、轉(zhuǎn)彎等等。松手就是停車，操控起來簡單靈活?！矠榱似桨哺斜Ｕ?，還在輪椅兩邊的大輪上各裝有一個手剎〕。將操縱桿向后，輪椅即會進入倒車狀態(tài)，還會相應(yīng)地發(fā)出“嘀——嘀〞的警報聲。在控制器上設(shè)有電池電量、速度檔的顯示和喇叭等，讓您能夠?qū)喴蔚氖褂脿顟B(tài)有一個最直觀的了解。體積小，重量輕。車身是采用的鋁合金結(jié)構(gòu)，大大減輕了整車的重量；無需拆卸電池即可折疊，折疊之后不占用過多空間，還可輕松塞入汽車尾箱，全家出游，共享天倫之樂?？梢粤惆霃?60度旋轉(zhuǎn)。有此特點，即便是在狹小的空間內(nèi)，也可以活動自如。〔3〕、自動爬樓梯折疊式手推輪椅對應(yīng)于那些只有身體上殘疾的人士，活動范圍比擬大，但往往會面對一些建筑上的障礙設(shè)施，如最直觀的樓梯，卻使輪椅受到很大限制，因此研發(fā)價格低廉、簡單易用的爬樓梯輪椅是康復(fù)工程工作者面臨的一項比擬緊迫任務(wù)。在原來的輪椅上安裝履帶輪機構(gòu)，實現(xiàn)連續(xù)性爬樓梯，傳動效率比擬高。在上下樓梯過程中，輪椅的重心總是沿著與樓梯臺階沿的連線相平行的直線運動的，其重心的波動很小，運動非常平穩(wěn)。四.折疊輪椅設(shè)計的前景輪椅開發(fā)和生產(chǎn)技術(shù)隨著社會的開展，也在快速的開展，隨著社會消費水平及消費檔次的提升，未來輪椅設(shè)計技術(shù)也會有很大的提升，將逐步向輔助行動、方便輕巧、功能多樣等等方面開展。還有隨著社會的開展和人類文明程度的提高，人們特別是殘疾人愈來愈需要運用現(xiàn)代高新技術(shù)來改善他們的生活質(zhì)量和生活自由度。因為各種交通事故、天災(zāi)人禍和種種疾病，每年均有成千上萬的人喪失一種或多種能力〔如行走、動手能力等〕。因此，對用于幫助殘障人行走的機器人輪椅的研究已逐漸成為熱點，如\o"西班牙"西班牙、\o"意大利"意大利等國，\o"中國科學院"中國科學院自動化研究所也成功研制了一種具有視覺和口令導航功能并能與人進行語音交互的機器人輪椅。機器人輪椅關(guān)鍵技術(shù)是平安導航問題，采用的根本方法是靠超聲波和紅外測距，個別也采用了口令控制。超聲波和紅外導航的主要缺乏在于可控測范圍有限，視覺導航可以克服這方面的缺乏。在機器人輪椅中，輪椅的使用者應(yīng)是整個系統(tǒng)的中心和積極的組成局部。對使用者來說，機器人輪椅應(yīng)具有與人交互的功能。這種交互功能可以很直觀地通過人機語音對話來實現(xiàn)。盡管個別現(xiàn)有的移動輪椅可用簡單的口令來控制，但真正具有交互功能的移動機器人和輪椅尚不多見。有理由相信，未來的輪椅設(shè)計領(lǐng)域?qū)⒂袕V闊的開展空間。人類的壽命隨著醫(yī)療技術(shù)的開展和進步而逐步增加，高齡化的社會已成為全世界各國的重大挑戰(zhàn)。隨著老年人口的不斷增加，輪椅的需求也日趨重要，針對這些年長而行動不方便的使用者而言，身體各局部器官正逐漸退化，再加上有局部高齡化使用者會出現(xiàn)神經(jīng)肌肉萎縮，所以對他們來說，自行驅(qū)動輪椅是件非常困難的事，因此手推型折疊輪椅較能逐漸符合他們的需求。當今世界各大城市都面臨老齡化問題，根據(jù)聯(lián)合國預(yù)測，1990-2021年世界老齡人口平均年增速度為2.5%。也就是說，輪椅的市場越來越大。對于在手推型折疊輪椅設(shè)計研究中涉及的方法和思路進行了較為全面的探討，本課題所設(shè)計的輪椅是基于Pro/Engineer繪圖軟件建立的輪椅3D模型，且符合設(shè)計條件的需求。還有本設(shè)計所研究的輪椅除了兼具平安性和乘坐敘適性之外，也擁有操作簡單、質(zhì)量輕、便于收藏可拖行運送等功能。設(shè)計的本質(zhì)是創(chuàng)新，設(shè)計與人類的生產(chǎn)活動密切相關(guān)，它是把各種先進的技術(shù)成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的一種手段和方法設(shè)計的目的是實現(xiàn)產(chǎn)品的功能，建立性能好、本錢低、價值高的系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)，以滿足人類社會不斷增長的物質(zhì)和文化需要。通過這次的設(shè)計我深深的感受到實踐的重要性，只有親自動手做過了才能更好的了解自己在哪方面還有缺陷。經(jīng)過這次設(shè)計使我加強了自己的動手能力，同時我也學到了許多知識，只有這樣才能學好、學到真正屬于自己的東西。無論是現(xiàn)在還是以后走上工作崗位，都要始終保持飽滿的精神。提高學生的綜合設(shè)計能力，特別是提高創(chuàng)新設(shè)計能力，是21世紀的機械專業(yè)建設(shè)的改革主線。俗話說：“實踐出真知〞，想提高自己的設(shè)計理念和創(chuàng)新設(shè)計能力，就要多關(guān)察、多思考、多動手。在設(shè)計過程中去發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，不斷的積累經(jīng)驗。這樣經(jīng)過反復(fù)的錘煉，我們的綜合設(shè)計能力和創(chuàng)新設(shè)計能力才能得到不斷提高。主要參考文獻【1】申永勝.機械原理教程.北京：清華大學出版社，2021.P25【2】張燕。人口統(tǒng)計與方案.北京；科學出版社，2021，P14【3】徐正會，黎淳弘：?折疊式輪椅的研發(fā)?.中國臺灣，2021，P36【4】單輝祖.材料力學教程.北京：國防工業(yè)出版社，1982，P55【5】徐正會，吳家锃：?攜帶式輪椅的創(chuàng)新設(shè)計?.中國臺灣，2021，P73【6】朱紅雨.Matlab在機械設(shè)計中的應(yīng)用.煤炭技術(shù)，2021.10，P22

論大學生寫作能力寫作能力是對自己所積累的信息進行選擇、提取、加工、改造并將之形成為書面文字的能力。積累是寫作的基礎(chǔ)，積累越厚實，寫作就越有基礎(chǔ)，文章就能根深葉茂開奇葩。沒有積累，胸無點墨，怎么也不會寫出作文來的。寫作能力是每個大學生必須具備的能力。從目前高校整體情況上看，大學生的寫作能力較為欠缺。一、大學生應(yīng)用文寫作能力的定義那么，大學生的寫作能力究竟是指什么呢？葉圣陶先生曾經(jīng)說過，“大學畢業(yè)生不一定能寫小說詩歌，但是一定要寫工作和生活中實用的文章，而且非寫得既通順又扎實不可?！睂τ诖髮W生的寫作能力應(yīng)包含什么，可能有多種理解，但從葉圣陶先生的談話中，我認為：大學生寫作能力應(yīng)包括應(yīng)用寫作能力和文學寫作能力，而前者是必須的，后者是“不一定”要具備，能具備則更好。眾所周知，對于大學生來說，是要寫畢業(yè)論文的，我認為寫作論文的能力可以包含在應(yīng)用寫作能力之中。大學生寫作能力的體現(xiàn)，也往往是在撰寫畢業(yè)論文中集中體現(xiàn)出來的。本科畢業(yè)論文無論是對于學生個人還是對于院系和學校來說，都是十分重要的。如何提高本科畢業(yè)論文的質(zhì)量和水平，就成為教育行政部門和高校都很重視的一個重要課題。如何提高大學生的寫作能力的問題必須得到社會的廣泛關(guān)注，并且提出對策去實施解決。二、造成大學生應(yīng)用文寫作困境的原因：（一）大學寫作課開設(shè)結(jié)構(gòu)不合理。就目前中國多數(shù)高校的學科設(shè)置來看，除了中文專業(yè)會系統(tǒng)開設(shè)寫作的系列課程外，其他專業(yè)的學生都只開設(shè)了普及性的《大學語文》課。學生寫作能力的提高是一項艱巨復(fù)雜的任務(wù)，而我們的課程設(shè)置僅把這一任務(wù)交給了大學語文教師，可大學語文教師既要在有限課時時間內(nèi)普及相關(guān)經(jīng)典名著知識，又要適度提高學生的鑒賞能力，且要教會學生寫作規(guī)律并提高寫作能力，任務(wù)之重實難完成。（二）對實用寫作的普遍性不重視?！按髮W語文”教育已經(jīng)被嚴重地“邊緣化”。目前對中國語文的態(tài)度淡漠，而是呈現(xiàn)出全民學英語的大好勢頭。中小學如此，大學更是如此。對我們的母語中國語文，在大學反而被漠視，沒有相關(guān)的課程的設(shè)置，沒有系統(tǒng)的學習實踐訓練。這其實是國人的一種偏見。應(yīng)用寫作有它自身的規(guī)律和方法。一個人學問很大，會寫小說、詩歌、戲劇等，但如果不曉得應(yīng)用文寫作的特點和方法，他就寫不好應(yīng)用文。（三）部分大學生學習態(tài)度不端正。很多非中文專業(yè)的大學生對寫作的學習和訓練都只是集中在《大學語文》這一門課上，大部分學生只愿意被動地接受大學語文老師所講授的文學經(jīng)典故事，而對于需要學生動手動腦去寫的作文，卻是盡可能應(yīng)付差事，這樣勢必不能讓大學生的寫作水平有所提高。（四）教師的實踐性教學不強。學生寫作能力的提高是一項艱巨復(fù)雜的任務(wù)，但在教學中有不少教師過多注重理論知識，實踐性教學環(huán)節(jié)卻往往被忽視。理論講了一大堆，但是實踐卻幾乎沒有，訓練也少得可憐。閱讀與寫作都需要很強的實踐操作，學習理論固然必不可少，但是閱讀方法和寫作技巧的掌握才是最重要的。由于以上的原因，我們的大學生的寫作水平著實令人堪憂，那么如何走出這一困境，筆者提出一些建議，希望能對大學生寫作水平的提高有所幫助。三、提高大學生應(yīng)用寫作能力的對策（一）把《應(yīng)用寫作》課設(shè)置為大學生的必修課。在中國的每一所大學，《應(yīng)用寫作》應(yīng)該成為大學生的必修課。因為在這個被某些人形容為實用主義、功利主義甚囂塵上的時代，也是個人生存競爭最激烈的時代，人們比任何時代都更需要學會寫作實用性的文章，比如職場競爭中的求職信，生活中的財經(jīng)文書、法律文書等，以提高個人的生存競爭能力。（二）端正大學生的學習態(tài)度。首先，要讓大學生充分認識到實用寫作課的重要性，這門課關(guān)乎到他人生的每一個方面，諸如就職，求愛，理財，人際交往等，是他終生都需要使