爬楼轮椅的三维结构设计+文献综述(2)
1.2 国内外爬楼轮椅的发展概况爬楼轮椅可以根据爬升结构的不同，分为三种结构原理，一种结构是履带轮型爬楼轮椅；一种结构是采用行星轮机构，小轮不仅绕自身的轴线旋转同时还绕一个共同的轴线转动；还有一种结构便是腿足式结构（步进支撑式爬楼轮椅） 。另外，爬楼轮椅按照运动方式则可分为连续型和间歇型两种。其中，行星轮机构和履带轮机构属于连续型，腿足式爬楼轮椅则属于间歇型[2]。
（1）履带式爬楼轮椅履带式爬楼轮椅的原理较为简单，其与坦克车的越障原理相同，在履带传送装置上安装轮椅实现上下楼功能，具有较强的越障能力。履带式爬楼轮椅具有比较明显的优势：首先，在上下楼梯的过程中，整个轮椅的重心始终保持在与楼梯倾角方向相平行的直线上运动，重心波动极小，在三种方式中，其上下楼是最平稳的一种；其次，其适应路况能力也机强，几乎适用于各种尺寸的楼梯。履带式爬楼轮椅固然有其优点，但其同样有不可忽视的缺点。首先，相较于其它爬楼轮椅，履带式爬楼轮椅体积大而笨重，并且履带式轮椅在平地行走时的效率并不高，它所受到的阻力通常很大。其次，由于履带式轮椅本身的大重量，其对楼梯的摩擦力很大，如果设计的不太合理，容易对楼梯造成较大损伤。这些问题都极大地限制了其的推广和使用。经过不断的发展，也逐渐有了一些改进措施，如将履带与轮式相结合，正常平地行驶时将履带收起用轮行驶， 爬楼时则改用履带。 比较具有代表性的是法国Topchair公司生产的履带轮式无障碍轮椅，通过四个车轮和两侧的橡胶履带进行越障[3]。
（2）星轮式爬楼轮椅星轮式爬楼轮椅使用的是一种轮式爬楼机构。该爬楼梯机构由均匀分布在“Y”形或“十”字形系杆上的若干个小轮构成。每个小轮既可以绕各自的轴线自转又可以随着系杆一起绕公共中心轴公转[4][5]。在平地行走时，小轮不绕公共轴公转，只绕自身轴线自转，从而在平地上正常行驶；当上下楼时，小轮围绕公共轴公转，并且各小轮相对于自身轴线固定不转，交替支撑，从而实现连续稳定的上楼。星轮式爬楼轮椅具有结构简单，成本较低等的优点，但由于星轮的间距是固定的，所以对楼梯的尺寸适应性较差，另外，由于左右星轮可能不同时接触障碍垂直壁，使得阻力分布不对称，从而导致轮椅底盘运动不稳定，有侧翻的危险[6]。目前，行星轮式爬楼轮椅比较具有代表性的是美国著名发明家迪恩卡门与美国大型医疗器材生产商强生的子公司独立科技（Independence）合作开发的一种自动平衡式动力轮椅 IBOT[7][8]。
（3）腿足式爬楼轮椅（步进支撑式）腿足式爬楼轮椅通过模仿人的爬楼动作，利用利用两套支撑装置进行交替支撑从而实现上下楼的功能。早期的爬楼轮椅基本上就是采用这样的方式，其在国外的发展历程与已有近百年。其具体工作过程如下：轮椅在爬楼的过程中有两套支撑装置，这两套支撑装置对轮椅进行轮流支撑以实现轮椅的爬楼。爬楼梯时，先将轮椅抬起，再由人稍稍提供一个牵引力，则使得轮椅水平向前运动，落在台阶上，如此反复这个过程直到爬完一段楼梯为止[9][10][11]。步进支撑式爬楼轮椅是在普通轮椅的基础上，加一套支撑爬楼装置，结构也是相对简单，而目前该类爬楼轮椅中，比较具有代表意义的有有德国 AAT公司的智能踏步爬楼轮椅和奥地利 SANO 公司步进支撑爬楼轮椅，二者皆是模仿人类步态，通过爬楼机的两轮与操作者自身的两条腿形成四点稳定，利用可升降的手柄便能够轻松操作爬楼机。其运动过程较为平稳，适应能力强，重量轻、灵活性好。但其在爬楼过程，会上升到一个相对较高的高度容易造成乘坐者的心理恐慌，需要一定适应时间。而其操作过程需要一定经验，对于操作者则有一定要求。所以对于间歇步进爬楼机构来说，由于其比较复杂的系统控制和操作性，目前还比较难获得大范围的推广和使用[12]。