2000年我国诞生了一款前轮和后轮都由行星轮系组成的专利号为86210653的一种平地、爬楼梯多功能轮椅,依靠绕滚轮的轴公转来实现上下楼梯的功能。
该脚轮单元具有以下功能:通过在有限的空间中,辅助板可以等效地放大前轮的半径来减小驱动力。在倾斜攀登的情况下锁定机构能够通过充分利用用户的驱动力来保持车轮的偏转轴旋转。此外,脚轮单元可以不对主框架进行任何修改的情况下,实现传统的脚轮转换。
内蒙民族大学的苏和平等人借鉴参考IBOT,研发了一种双联行星轮系的智能轮椅,它不需要人为帮助支撑,就能自动调好重心到稳定的位置实现自主爬楼。东南大学曾采用四组行星轮设计了一款除能爬楼梯外还有远程控制的功能的爬楼轮椅,如图1-5所示。
轮组式爬楼轮椅的运动灵活,但重心起伏较大,在爬楼梯时平稳性不高,这样会产生一种颠簸感,使乘坐者使用的舒适度会降低。而由于轮组式轮椅的体积较大,因此很难在普通住宅楼梯上使用。
(3)步行式爬楼梯轮椅
早期设计的爬楼梯轮椅一般都是由铰链杆件机构组成爬楼梯执行机构组成的步行式轮椅,外观跟足式机器人相仿,但是运动时是先将轮椅抬高,再水平向前移动,用多条机械腿一升一降如此反复这两个过程来实现爬楼动作。
图1-5轮组式爬楼梯轮椅
日本Waseda大学理工科学术院高系淳夫教授的与日本企业Tmsuk联合开发出有两条机械腿并且每条腿上装压力传感器,信息通过传感器采集,在座椅底部安装的陀螺仪控制保持重心的平稳,每条机械腿上包含了六个自由度,可实现前、后、两侧的移动的行走机器人“WL-16RⅢ”,如图1-6所示。
步行式爬楼轮椅能兼容不同尺寸的楼梯并进行平稳爬楼,但在平地行走的时候运动动作不够敏捷,而且它对控制的精度要求非常高,操作起来也是相当复杂。此外,座椅比较高,这容易让身材矮小的使用者产生不安全的心理作用,在这种缺陷下,这也是不能实际投入使用的原因之一[4]。
从以上可以总结出,履带爬楼轮椅的技术相对来说比较成熟,更能满足使用者的要求,运动较为平稳,且质心波动很小,但是还是不够敏捷,这使它不能在生活中推广使用;轮组式爬楼轮椅的应用范围较大,反应灵活,但是上下楼梯时安全性不够大。
国内外暂时还生产出供残疾人、老年人使用的体积小、操作方便、价格便宜,还能适用于大多数楼梯爬楼轮椅。尽管IBOT4000这种智能轮椅是发展的主方向,但是结合我国经济水平,结构简单、功能单一、低价格的爬楼轮椅将会比多功能昂贵的智能轮椅更具有优越性[5]。