人机工程学轮椅设计说明1 - 图文

陕西理工学院课程设计

人机工程学轮椅设计说明设计说明书

题 目: 人机工程学轮椅设计说明 学生姓名: 闫斌

学 号: 0815074022

所在院(系): 机械工程学院 专业班级: 工业设计081班 指导教师: 王小军

2010年12月27日第 1 页 共 30 页

陕西理工学院课程设计

课程设计任务书

院(系) 机 械 工 程 学 院 专业班级 工业设计082 学生姓名 闫斌 一、课程设计题目 轮椅的人机分析与创新设计 、

二、课程设计工作自_ 2010 _年_ 12 月_ 20 日 起至__ 2010 _年 1 月 14 日止。 三、课程设计进行地点: 校内 四、课程设计的内容要求：

设计内容 1、市场调研：通过对你所研究的产品进行人机方面的调研（包括该产品与人体尺寸的匹配，操纵或显示装置的感知、认知分析，操纵机构的宜人性、安全性分析，用户视觉感受与使用心理的分析等），总结、分析，撰写调研报告；

2、在分析的基础上，总结现有该产品在人机方面存在的问题或不足； 3、针对所存在的问题，提出多个解决方案；（或进行创新设计）要绘制草图并用文字加以说明 ；

4、经过分析论证，进行方案的比较、筛选，优化设计方案，并最终确定设计方案； 5、建立三维模型，绘制产品外观尺寸图； 6、进行渲染，制作效果图； 7、对你设计的产品要进行设计说明。 设计要求： 1、设计说明书A4幅面，统一采用计算机打印； 2、设计说明书撰写规范参考《陕西理工学院毕业设计（论文）》格式及计要求； 3、所有图纸打印幅面A4（工程图、设计草图、效果图、展板），单独装订成册； 4、设计说明书、图册、所有源文件的刻录光盘一并装入资料带，并填写清单； 5、课程设计题目参见选题表及题目清单，每位同学可从中自行选择其中之一，或自拟 题目，但必须经过指导教师同意，方可进行；

6、每位同学独立设计，完成所有设计任务。 指 导 教 师 王小军 系(教 研 室) 工业设计系 系(教研室)主任签名 批准日期

第 2 页 共 30 页

陕西理工学院课程设计

目录

目录 ........................................................................................................................................................................ 3 第一章 引言 ....................................................................................................................................................... 5 1.1. 研究背景 ............................................................................................................................................... 5 1.2. 研究现状 ............................................................................................................................................... 6 1.3. 研究目的与意义 ................................................................................................................................... 6 第二章 2.1.

轮椅的概述 ..................................................................................................................................... 7 轮椅的种类 ....................................................................................................................................... 7

一般轮椅 ................................................................................................................................... 7 特制轮椅 .................................................................................................................................. 7 电动轮椅 ................................................................................................................................... 7 特制运动轮椅 ........................................................................................................................... 7 代步车 ....................................................................................................................................... 7

2.1.1. 2.1.2. 2.1.3. 2.1.4. 2.1.5.

2.2. 轮椅组成部分 ..................................................................................................................................... 7 2.3. 轮椅适用人群 ..................................................................................................................................... 8 2.4. 轮椅的使用年限 ................................................................................................................................. 9 第三章

轮椅设计中的人机工程学 .......................................................................................................... 10

3.1. 老年人、残疾人的特征 ..................................................................................................................... 10 3.1.1. 3.1.2.

老年人 ......................................................................................................................................... 10 残疾人 ......................................................................................................................................... 10

3.2. 人体尺寸 ............................................................................................................................................. 11 3.3. 轮椅各部分结构的人机分析 ............................................................................................................. 12 3.4. 安全性设计 ......................................................................................................................................... 13 3.5. 舒适型设计 ......................................................................................................................................... 13 第四章 轮椅在人机方面存在的不足 ............................................................................................................. 14 4.1. 设计的不合理性导致使用者不恰当的坐姿 ...................................................................................... 14 4.2. 安全性不够导致的安全隐患 ............................................................................................................. 14 4.3. 使用过程中的人机问题 ..................................................................................................................... 14 第五章 人机工程学轮椅的设计 ..................................................................................................................... 15 5.1. 三维人体模型的建立 ......................................................................................................................... 15 5.2. 人机工程学轮椅三维设计 ................................................................................................................. 17 5.2.1. 材料选择 ..................................................................................................................................... 17 5.2.2. 各部分尺寸选择 ......................................................................................................................... 19 5.2.3. 轮椅三维实体造型 ..................................................................................................................... 21 5.2.4. 轮椅静态强度分析 ..................................................................................................................... 21 5.3. 创新设计 ............................................................................................................................................. 22 5.3.1. 安全性设计 ................................................................................................................................. 22 5.3.2. 舒适性设计 ................................................................................................................................. 22

第 3 页 共 30 页

陕西理工学院课程设计

5.4. 使用说明 ............................................................................................................................................. 23 5.4.1. 自行使用 ..................................................................................................................................... 23 5.4.2. 辅助者使用 ................................................................................................................................. 23 5.4.3.

注意事项 ..................................................................................................................................... 24

第六章 效果图 ................................................................................................................................................. 25 第七章 致谢 ..................................................................................................................... 错误！未定义书签。 第八章 参考文献 ............................................................................................................................................. 28 附录 ...................................................................................................................................................................... 29

第 4 页 共 30 页

陕西理工学院课程设计

第一章

1.1. 研究背景

引言

随着社会的不断的进步，人们对于残疾人的关注度也逐渐上升。生产技术和互联网络的飞速发展把社会的生产技术设计的人性化推向了一个全新的阶段，设计的“人-机-环境”的相互统一与“以人为核心”的设计理念已经成为整个现代社会设计生活运作的重要基础，人们对于产品的舒适性以及安全性的要求也不断督促着设计者们的推陈出新。随着智能时代的来临，专门为残疾人设计的设施也已逐渐成为一项大从的迫切需求，残疾人设施的人机因素的研究也越来越受到人们的重视。轮椅作为残疾人的一种辅具，它以人作为动力，与人有着十分密切的关系。在轮椅的设计与使用过程中，包含着大量的人机工程学问题。为了使轮椅的设计更趋于成熟，为了使操作者在操作时更加方便和舒适，则需要运用人机工程学的原理来设计轮椅。并通过对其结构的优化时使用者更加舒适和安全。并基于人机工程学的原理和方法，根据人体测量数据，外形尺寸进行了设计，并对其结构尺寸、驱动系统和舒适性等进行了分析，设计出结构更加简单、操作更加方便、安全可靠的轮椅。

人机工程学是一门关于技术和人的协调关系的学科。是研究人在某种工作环境中的解剖学、生理学和心理学等方面的各种因素；研究人和机器及环境的相互作用；研究人在工作中、家庭生活中和休假时怎样统一考虑工作效率、人的健康、安全和舒适等问题的学科。该课程从不同的方面和角度向我们陈述讲解了人体工程学的知识。用以设计使操作者能发挥最大效能的机械、仪器和控制装置，并研究控制台上各个仪表的最适位置。 同时人体工程学是一门与人密切相关的学科，而人本身就是一种情感丰富却又敏感脆弱的动物，他们对于生活充满渴望和幻想，渴望生活、热爱生活、追求生活的人便会希望自己所生活的环境舒适、充满温情。而这一梦想，便可以通过设计来实现。原始社会的设计，就像人类所有的发明创造一样，总是抱着改天换地，方便生活的目的产生的。每一件物品，每一个造物的过程，都在无意的探询人类之根本。人们创造物品的同时，也在自发的追求着使用产品时的舒服，安全等，考虑人的不同要求。其实人体工程学的重要性不是现在才显得尤为重要，而是早在远古时代，它就处在了不可缺少的的地位，只是随着时代的变迁、社会的进步，这一学科便变得日益重要。

人机工程技术是21世纪信息领域需要解决的重大课题。美国21世纪信息技术计划中的基础研究内容为4项：软件、人机交互、网络、高性能计算机。其中，人机建模研究在信息技术中被列为与软件技术和计算机技术等并列的六项国家关键技术之一，并被认为“对于计算机工业有着突出的重要性，对其它工业也很重要”。美国国防关键技术计划不仅把人机交互列为软件技术发展的重要内容之一，而且还专门增加了与软件技术并列的人机界面这项内容。日本也提出了FPIEND21计划（Future Personalized Information Environment Development），其目标就是要开发21世纪个性化的信息环境。我国973、S-863、十五计划及未来的十一五计划均将人机交互列为主要内容。 在中国，人机工程学的研究在20世纪30年代开始即有少量和零星的开展，但系统和深入的开展则在“文革”以后。1980年4月，国家标准局成立了全国人类工效学标准化技术委员会，统一规划、研究和审议全国有关人类工效学的基础标准的制定。1984

第 5 页 共 30 页

陕西理工学院课程设计

正常的交流，缺少朋友，久而久之就会产生孤独感，这种孤独感会随着年龄的增长而逐渐增强。

2.敏感多疑自尊心强。残疾状态会导致残疾人注意力过度集中，过多的注意别人对自己的态度，对别人的评价极为敏感。别人对自己带有贬义的、不恰当甚至是无意的称呼，常常会引起他们的反感。如果他们的自尊心受到损害，就会当即流露出愤怒情绪或采取自卫的手段加以报复。

3.深刻的抱怨心理。抱怨父母、抱怨领导、抱怨命运；认为天地之间，难以容身；人海茫茫，唯我多余。

4.情绪不稳定但富有同情心。他们对外界的情绪反应强烈，容易与别人发生冲突。而残疾人对残疾人有特别深厚的同情心，却较少与非残疾人交流，除了“话不投机”的原因外，还与交流不方便有关。5.不同类型残疾人的性格特征。残疾人交往的圈子比较小，周围环境与普通人不同，于是就形成了某些特殊的性格特征，如孤僻和自卑是各类残疾人的共同性格特征。但每异类残疾人又有其独具的性格特征。

盲人性格内向，温文尔雅，有丰富的内心世界，情感体验深沉而含蓄。由于没有视觉信息的干扰，而形成了爱思考、善思考的习惯，抽象思维和逻辑思维比较发达，言语听觉能力发达，记忆力比较好，词汇比较丰富，促成了他们语言能力强的特点。探索问题深刻、健谈、说话有条理、词汇丰富、语言生动、说理充分。

聋哑人与盲人不同，他们性格外向，情感反应强烈，频度高但持续时间短，性格豪爽耿直。他们通过兴趣、具体行动和自己的情感表达来分析生活，观察问题往往只看到表象，不太注意内在联系，多倾向于眼前世界，较少考虑长远利益。

肢体残疾者性格特点主要表现为屈强和自我克制，“忍”字当头，只有在忍无可忍时才会爆发。

3.2. 人体尺寸

百分位数/% 年龄分组 男（18-60） 女(18-55) 1 5 10 50 90 95 99 项目 数据 1 5 10 50 90 95 99 坐高/mm 836 858 870 908 947 958 979 789 809 819 855 891 901 920 坐姿颈椎点高/mm 599 615 624 657 691 701 719 563 579 587 617 648 657 675 坐姿眼高/mm 729 749 761 798 836 847 868 678 695 704 739 773 783 803 第 11 页 共 30 页

陕西理工学院课程设计

坐姿肩高/mm 539 557 566 598 631 641 659 504 518 526 556 585 594 609 坐姿肘高/mm 214 228 235 263 291 298 312 201 215 223 251 277 284 299 坐姿大腿厚/mm 103 112 116 130 146 151 160 107 113 117 130 146 151 160 坐姿膝高/mm 441 456 461 493 523 532 549 410 424 431 458 485 493 507 小腿加足高/mm 372 383 389 413 439 448 463 331 342 350 382 399 405 417 坐深/mm 407 421 429 457 486 494 510 388 401 408 433 461 469 485 臀膝距/mm 499 515 524 554 585 595 613 481 495 502 529 561 570 587 坐姿下肢长/mm 892 921 937 992 1046 1063 1069 坐姿人体尺寸

826 851 865 912 960 975 1005 3.3. 轮椅各部分结构的人机分析

1、坐垫可说是与使用者最贴身的地方，设计上会依照使用者的臀部尺寸和形状曲线进行设计。坐垫载重后下压的幅度不可太深，也就是支援力要够，否则乘坐者会坐得不舒服。

2、靠背区分为可调整与固定角度两大类，靠背一般会根据人体背部曲线设计，以舒适性和安全性为原则。

3、把手可分为定向及双向，双向把手因为可以换向推行，故可以面对乘坐者。另外也有把手可以调整高低，这是针对不同的身高而设计的。使用上注意不要将其他民物品挂在把手上，以免重心不稳而翻覆，伤到乘坐者。

4、轮椅骨架若为铁管，通常重量较重，但是有很好的刚度及强度保证；铝管重量较轻，但是在安全保证方面不如铁管。新型材料铝合金的合成解决了这一问题，在轻巧方便的同时又有很好的安全保证。

5、遇到较不平坦的路面时，柔软的坐垫已无法提供可靠的舒适性，因此一般轮椅均设有防震功能，以因应颠簸路面，防震装置一般装设前轮组合或者后轮组，在挑选时可将车放置于地面，轻压车架测试期弹性程度。

6、刹车装置具有减速的功能，当婴儿车停在斜面地形上时，操作者无法将车架握住时，轮椅随时会产生滑动而翻覆倾倒，容易给乘坐者造成莫大的危险；即因如此，刹车装置是轮椅必备的安全设备之一。

7、驱动装置是轮椅不可缺少的一部分，驱动装置的设计通常以方便灵活、省

第 12 页 共 30 页

陕西理工学院课程设计

力安全为原则。

3.4. 安全性设计

轮椅是供残疾人、老年人乘坐，以便达到代步辅助运动的目的，而老年人和残疾人这一人群自身行动十分困难，所以安全性必须是设计师考虑的重中之重，任何潜在的安全隐患都有可能伤害到乘坐者。

3.5. 舒适型设计

轮椅的设计对象是人，这一点我们应该首先明确，而且还是行动极为不方便的老年人和残疾人，如何使他们坐的舒服，是我们必须考虑的问题，例如，靠背的形状、高度和坐垫的形状、高度以及厚度都必须符合人体的曲线分布。

第 13 页 共 30 页

陕西理工学院课程设计

第四章 轮椅在人机方面存在的不足

4.1. 设计的不合理性导致操作者不恰当的坐姿

因为轮椅的乘坐着大多数时间都是坐着的状态，所以在轮椅的设计过程中如何使乘坐着在长时间的坐姿状态下，不感觉到疲劳或是减少这种疲劳状态，一直困扰着设计师，而现在市场上的轮椅并没有解决这一问题，长时间的乘坐轮椅经常导致乘坐着肩痛、腰痛和一些颈椎病。

4.2. 安全性不够导致的安全隐患

1、整车强度不合格，原因是使用的材料强度不够。

2、制动装置强度不合格 ，在使用过程中可能会因制动装置突然失效而发生意外伤害。

3、阻燃性能不合格 ，儿童推车标准中对推车上的纺织面料要求有一定的阻燃性能，应有“警告：切勿近火”的提示语。

由于轮椅的使用者缺乏自我保护意识和能力，任何潜在问题都可能造成严重后果，因此在选购轮椅时更应谨慎。

4.3. 使用过程中的人机问题

1、现有轮椅把手可分为定向及双向；双向把手因为可以换向推行，故可以面对乘坐者，方便照顾乘坐者。另外也有把手可以调整高低，这是针对不同的身高而设计的。但有个普遍缺点就是把手杆的角度与推车者的角度不协调，很可能会引起其重心不稳而翻覆，伤到乘坐者。

2、乘坐者在自行驱动轮椅时，是通过双手对驱动轮的作用来完成的，这个过程是非常不容易的，且在这一过程中容易造成重心失衡。

3、坐垫和拷贝只是简单的达到承载负荷的目的，并不符合人体的臀部曲线和背部曲线，长时间乘坐很容易造成乘坐者过度疲劳。

4、脚踏设计没有考虑人的坐姿尺寸，只是简单的承载小腿部的重量，如果脚踏能够调整斜度就更佳。但现今市面上的轮椅由于“闭门造车”，没有征对这些问题进行人机方面的调研分析，没考虑到这些问题 ，给乘坐者造成极大的安全隐患。 5、驱动轮知识承载了符合，没有考虑到使用者的给力方向，和运动中轮椅的平衡性。

6、许多尺寸只是套用座椅系统的尺寸，没有考虑使用人群的特征，尺寸没有经过校正。

7、承载主要符合的大轮宽度尺寸不合适，有一些太窄，还有的太宽，窄了整体不够稳定，宽了有太笨重，市场上的产品没有很好的解决这一问题。

第 14 页 共 30 页

陕西理工学院课程设计

第五章 人机工程学轮椅的设计

5.1. 三维人体模型的建立

在人机工程分析与评价系统中,三维人体建模有以下特点：

1、人机系统中的虚拟人注重运动特性,要求能够仿真人机作业环境中的各种动作,为动态地进行人机评价做准备。

2、基于人体测量数据的三维建模, 设计者必须熟悉适用条件、百分位的选择等方面的知识, 才能正确的应用有关的数据,明确设计对象, 然后再确定以该群体中的哪些百分位数作为参照的标准, 要求能够根据不同的适用环境构造不同的虚拟人体。采用了基于表面型来进行人体建模,能够满足虚拟人的运动特性; 以人体测量数据库为基础,能够按照给定参数( 如男女、身高、体重、三围等) 建立人体模型。

人体测量数据的应用原则

人体尺寸 应用条件 百分位选择 注意事项 当视线时设计问题的中心时， 假如有适当的可调节性，就 应该考虑本书中其他地 方所述头部与眼睛的转坐姿眼高 确定视线和最佳视区要用到这个尺寸这类设计对象包括剧院、礼堂、教室和其他需要有良好视听条件的室内空间 能适从5百分位到第95百分 动范围、座椅软垫的弹性、座椅面距地面的高位或者更大的范围 度和可调座椅的调节范围 这些数据对于确定座椅内尺寸 由于涉及到间距问题，应 根据具体条件，与 臀部宽度 计酒吧、柜台和办公座椅极为有用 使用第95百分位的数据 两肘之间度和肩宽结合使用 第 15 页 共 30 页

陕西理工学院课程设计

设计柜台、书桌、会议桌、家 具及其他一些室内设备的关键 由于涉及到间距的问题，应选尺寸，而这些设备都需要把腿放在工作面下面。特别是有适当的间隙，这些数据是必不可少的 用第95百分位的数据 在确定上述设备的 大腿厚度 尺寸时，一些因素也应该同时予以考虑，例如腿弯高度和座椅软垫的弹性 是确定从地面到书桌、餐桌和 柜台底面距离的关键尺寸，尤其 要保证适当的间距，故应选用 要同时考虑座椅高度和 膝盖高度 适用于适用者需要把大腿部分放在家具下面定的场合。坐着的人与家具底面之间的靠近程度是否是关键尺寸 第95百分位的数据 坐垫的弹性 确定座椅高度，应选用第5 是确定座椅面高度的关键尺寸， 位的数据，因为如果座椅太选用这些数据时必须注意坐高，大腿受到压力会使人感到垫的弹性 不舒服。例如一个座椅高度能适应小个子人，也就能适应大个子恩 腿弯高度 尤其对于确定座椅前缘的最大高度更为重要 这个长度尺寸用于座椅的设计 选用第5百分位的数据，能 臀部至 中，尤其适用于确定腿的位置、适应最多的使用者-臀部-膝腘要考虑椅面的倾斜度 腿弯长度 确定长凳和靠背椅等前面的垂直面以及确定椅面的长度 部长度较长和较短的人。如果选用第95百分位的数据，则只能适合这个长度较长的人，而不适合这个长度较短的人

第 16 页 共 30 页

陕西理工学院课程设计

坐姿活动空间的示意图。

成年男子坐姿,身高为1775.0mm ,体重为75kg

5.2. 人机工程学轮椅三维设计 5.2.1.

材料选择

轴向拉伸与压缩是杆件变形中最简单的形式。在机械和仪器中，承受拉伸和压缩作用的杆件最多，在折叠轮椅的过程中，联接常常用到螺栓，被拧紧后，螺栓就承受拉力。分析受轴向拉伸或轴向压缩作用的杆件的受力情况可知，杆件拉伸和压缩的受力特点是作用在杆件两端的两力大小相等、方向相反，且作用线与杆件的轴线相重合。其变形的特点是杆件沿轴向伸长或缩短，而其横截面变细或变粗，分别如图3.2.1（a）、(b)所示

第 17 页 共 30 页

陕西理工学院课程设计

图3.2.1 拉伸与压缩

由上可知，不论是受拉伸还是压缩，杆件横截面上的内力均沿着杆件的轴线，这种力称为轴力，轴力可以是拉力，也可以是压力。以受拉杆件横截面上的内力分部来确定横截面上各点的应力，杆件在外力的作用下不仅要产生内力，同时还要产生变形，而且内力与变形之间是密切相关的。所以可以实验来观察变形，以了解内力的分布。

取一等截面直杆，在其表面画两条垂直于杆轴的横线ab和cd，并在两条横线间画两条平行于杆轴的纵向线。然后在杆两端加上一对轴向拉力，使杆件产生拉伸变形。从杆件表面可观察到：ab和cd直线分别平移至a1b1和c1d1位置，仍为直线且和杆轴垂直；两条纵向线伸长，且伸长量相等，并仍然与杆轴平行。根据观察到的表面现象，可作出平面假设：变形前为平面的横截面，变形后仍为平面，但沿轴线发生了平移。如图3.2.2所示

图3.2.2 受拉杆件截面上的应力

根据平面假设可知，任意两横截面间的各纵向线的伸长（或缩短）均相同。由材料的均匀连续性假设可知，横截面上的内力是均匀分布的，即各点的应力相等。

设杆件横截面的面积为A，横截面上的轴力为N，则该横截面上的正应力为

?=N/A

（?的正负号与轴力相同，当N为正时，?也为正，称为拉应力；当N为负时，?也为负，称为压应力。）

由上所述可知，杆件的材料所能承受的应力是有限的，要保证杆件正常工作，则杆件的工作应力必须不超过其材料的许用应力，因此，杆件受拉伸或压缩时的强度条件为

FN???? （MPa） A??式中[?]表示杆件材料的许用应力MPa。

第 18 页 共 30 页

陕西理工学院课程设计

本课题所设计的已知轮椅主结构将采用直径为200mm，厚度2.5mm的管材，假设需通过200kg的重量，即截面积A=度公式

FN???? （MPa） AFN=63.7 MPa A?4d2=314 (mm2),即根据杆件受拉伸或压缩时的强

??得?=

目前市场上轮椅的材料大多数都使用硬铝合金管材，其最大的抗拉强度是370MPa,即最大许用应力[?]为370MPa，而计算所得到的结果远远小于其最大许用应力，故轮椅的主结构采用硬铝合金。

5.2.2. 各部分尺寸选择

1、座宽按人机工程学的要求应该满足臀部横向宽度所需要的尺寸，考虑到要包容大多数操作者，我国正常成人男女人体主要尺寸按GB10000－88标准如表1、表2，按成人女子95百分位数的臀部宽度，在设计中还要考虑衣服厚度和余量，两边各留25mm，座宽设计为400 mm。

2、座高是座面到踏板面的距离，主要为了保证从踏板到座面的距离，它相当于人体小腿长度加上脚的厚度，考虑到不同的人都能在舒适的状态下工作，则坐高应做成可调节的，其调节范围按成人女子P50百分位数到成年男子P95百分位数设计，最后设计可调范围为：375 mm~390 mm。

3、座深是座面的前后距离，它应能使臀部得到全部支撑，其深度一般相当于臀部至大腿全长的3/4，按成人男子，95百分位数应不超过446 mm。

4、扶手高度：进过调查研究，我们发现扶手高度高出座椅面225~~250mm乘坐着最为舒适。

5、驱动轮：大轮选用直径尺寸应在510~~660mm，经校正后我们选择600mm。 小轮直径尺寸应在120~~200mm之间，最后选择160mm。 6、坐垫： 为了舒服和防止褥疮，轮椅的椅坐上应放坐垫。常见的坐垫有泡沫橡胶垫（5～10cm厚）或凝胶垫。为防止座位下陷可在坐垫下放一张0.6cm厚的胶合板。 7、靠背高度：靠背越高，越稳定，靠背越低，上身及上肢的活动就越大，这个尺寸我们选择95百分位。低靠背：测量坐面至腋窝的距离（一臂或两臂向前平伸），将此结果减100mm。高靠背：测量坐面至肩部或后枕部的实际高度。

第 19 页 共 30 页

陕西理工学院课程设计

百分位数 1 5 10 50 90 95 99 身高(mm) 1543 1583 1604 1678 1754 1775 1817 坐高(mm) 836 858 870 908 947 958 979 臀宽(mm) 284 295 300 321 347 355 369 前臂长(mm) 206 216 220 237 253 258 268 大腿长(mm) 413 428 436 465 496 505 523 小腿长(mm) 324 338 344 369 396 403 419 表1男性18~55岁主要尺寸

百分位数 1 5 10 50 90 95 99 身高(mm) 1449 484 1503 1570 1640 1659 1697 坐高(mm) 789 809 819 855 891 901 920 臀宽(mm) 295 310 318 344 374 382 400 前臂长(mm) 185 193 198 213 229 234 242 大腿长(mm) 387 402 410 438 467 476 494 小腿长(mm) 300 313 319 344 370 376 390 表2女性18~55岁主要尺寸

8、大轮的布置：在轮椅行驶过程中，轮椅的前进、后退和转弯是由操作驱动轮实现的，按人机工程学的要求设计最有利、最不易疲劳的驱动轮布置。轮椅的驱动轮和骨架的布置从正面看成外八字型，即两个大轮和地面成75度夹角，这样的设计扩大了轮

第 20 页 共 30 页

陕西理工学院课程设计

椅的驱动轮与地面的接触面积，增进操作轮椅的稳定性，在驱动轮椅时能够使用较多的肩部肌肉，符合人机工程学的要求，达到省力不易疲劳的目的。

5.2.3. 轮椅三维实体造型

3D Max具有它强大的造型功能，基于本文以上的设计，采用3D Max软件，对轮椅进行三维造型，确定了零部件之间的装配关系。其三维实体如图10所示。

图10

5.2.4. 轮椅静态强度分析

本文将3D Max软件造好的三维实体模型导入IDEAS软件进行静态强度分析。对轮椅进行有限元网格划分，轮椅车体采用三角形壳单元，车体的联接处采用三角形实体单元，靠背和坐垫在有限元分析中进行了简化。做了一种工况的验算：在驱动轮的轮轴上建立约束，载荷作用在支撑坐垫的支架上表面，工作载荷计算如下。

1、体重：根据一般人体的体重与身高之间的关系，可取《中国成年人人体尺寸》中95百分位点的177.5 cm身高的男性体重。

WE＝H－100＝177.5－100＝77.5（kg）

2、下肢重量：根据美国、加拿大和欧洲男性坐姿各部分尺寸计算公式，可求得177.5 cm身高的男性的小腿重量、大腿重量。

小腿重量：WL＝0.042×WE＝3.225（kg） 大腿重量：WB＝0.0946×WE＝7.332（kg）

3、施加在脚架上载荷为

第 21 页 共 30 页

陕西理工学院课程设计

WF＝WL＋WB＝10.56（kg）

4、施加在坐垫支架上表面载荷为

WC＝WE－WF＝77.5－10.56＝66.94（kg）

由应力图7可知，最大应力σbmax =280 MPa＜σb=370 MPa。最大应力在应力允许范围内。

5.3. 创新设计 5.3.1.

安全性设计

1、轮椅的驱动轮和骨架的布置从正面看成外八字型，即两个大轮和地面成75度夹角，这样的设计扩大了轮椅的驱动轮与地面的接触面积，增进操作轮椅的稳定性，这个角度的存在使轮椅的重心更稳，在驱动轮椅时能够使用较多的肩部肌肉，符合人机工程学的要求，达到省力不易疲劳的目的。

2、整体骨架采用直径200mm，厚度2.5mm的铝合金管材，其强度刚度远大于可承受一成年男子的要求，可以保证轮椅的安全强度。

5.3.2. 舒适性设计

1、靠背和坐垫的曲线设计

图7

图8靠背图 图9座垫图

第 22 页 共 30 页

陕西理工学院课程设计

图8为设计的轮椅的座椅靠背形状，图9座垫图为设计的轮椅座椅坐垫形状，它们均采用合理的弧面，靠背符合人体背部曲线，坐垫符合人体臀部曲线，都符合体压分布，满足舒适性要求。

2、坐垫前后成一个6度的夹角，这个角度是考虑到乘坐着在自行驱动轮椅时，需要向前仰有力这个6度的夹角，乘坐者在自行驱动时更加给力，更加舒适。

3、脚踏板与地面成35度角，由坐姿图可以看到人体在做着的状态下脚掌是于地面成30度的自由状态，但是考虑到乘坐着大多情况是处在运动状态下的，所以经过尺寸校正后取25到35度的可调角度。

5.4. 使用说明 5.4.1.

自行使用

1、在平地上推动轮椅时，臀部坐稳，身躯保持平衡，头仰起，向前。双臂向后，肘关节稍屈，手抓轮环后部，双臂向前，伸肘。此时身体略向前倾，多次重复，由于上身产生的前冲力使手臂力量增强。

轮椅在平地上倒退：(1) 双臂在轮把之间绕过椅背，伸肘置双手于手动圈上。(2) 倾身向后，压低双肩，使手臂能用足够力气将车轮向后推动，对于不能将轮椅推上斜坡者，亦可运用这一方法使轮椅倒上斜坡。(3) 偏瘫患者患肢与健测协调运动推动轮椅行进。 2、在斜坡上推动轮椅 ：上坡：身体前倾，双手分别置于手动圈顶部之后，腕关节背伸、肩关节屈曲并内收向前推动车轮。通过转换车轮方向，使之与斜坡相交还能使轮椅在斜坡上立足；下坡：伸展头部和肩部，并应用手制动，可将双手置于车轮前方或在维持腕关节背伸时将一掌骨顶在手动圈下方进行制动 。

3. 转换轮椅方向 ：以转向左侧为例，(1) 特左手置于手动圈后方；(2) 左臂略向外侧旋转，从而将身体重量通过左手传递至车轮内侧；(3) 以左手将右侧车轮向后转动，同时右手在正常姿势下将右侧车轮转向前方。

5.4.2. 辅助者使用

1、前进或后退：(1)四轮着地法，轮椅保持水平推或四轮着地。(2)二轮着地法：方向轮悬空，大轮着地，轮椅后倾３0度推或拉。

第 23 页 共 30 页

陕西理工学院课程设计

2、上台阶：1.二轮着地法，向后拖上台阶; 2.手柄向后下方拉，脚踩后倾杆，方向轮上台阶、提手向前上方，顺势将大轮滚上台阶、推进。

3、上下楼梯：1.一人式，二轮着地法，向后拖，逐级而上; 下楼梯反之。2.二人式，同一人式，另一人置轮椅前方协助。3.四人式，同一人式，轮椅前后方各二人，协调一致。

5.4.3. 注意事项

1. 平稳的推车：当轮椅使用者稳坐车中需要前进时，推助人双手持住把手，身体与地面垂直，小臂自然弯曲于腰两侧，向前行进中是依靠腿的力量，通过两手使车向前滑行，达到平稳的向前移动，移动时两腿的步长要相等，不易过大，行进中速度均匀，没有一起一停的感觉，身体保持启动前的姿态，两眼始终平视前方，2M内不得出现障碍，车向前行进时不能急停急起，使坐车人感觉到舒适和安全。

当需要停车时，切记不得后拉急停，首先放慢速度，用语言提示给乘车运动员需要停下后，自然停止前进，后腿前跟两腿并立保持好起动的姿态。

2. 行进中的转弯和进入较小的门：行进中要按中国人的习惯靠右行驶，当接近人群或需要转弯时，应给予提示并减速，左转时，左手轻拉住车把手，右手慢推通过弧线调整方向，然后继续行进动作，如右转时的方向相反。不要原地两手前后扭动。在通过安检门和较小通道时，身体始终保持走在中间的位置，平稳行进，不可回头和左右张望，眼睛余光目测好间距即可顺利通过。

3. 遇有上坡、下坡时和通过道路减速障碍的推车方法：上坡，要保持平稳推车的方法，蹬地的腿要平稳，慢用力，两臂保持屈位手持车推把，身体微前倾。切记两臂不得伸直，两腿不要大步前蹬，身体重心不能向前靠在两手上。这样可避免滑倒和蹬空，不要突然加速发力，要使终保持身体与车把手的正常姿态与车同进。下坡时手臂弯屈不要再前加力蹬腿，身体略后仰双手控制车的前冲速度，保持平稳行进。当遇有较大的坡度时，一般超过15度，特别是对较重残疾人群，应采用倒车下坡的技术，缓慢的倒退滑行，一定要控制车速，保证使用者的安全。

第 24 页 共 30 页

陕西理工学院课程设计

第六章 效果图

第 25 页 共 30 页

陕西理工学院课程设计

第七章 设计总结

首先由衷感谢老师提供给我们这样一个锻炼自己的机会，让我们第一次感受到学来的知识不只是用来完成试卷的。

课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义。通过这次课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础．

说实话，课程设计真的有点累．然而，当我整理自己的设计成果，漫漫回味这四周的心路历程，一种少有的成功喜悦即刻使倦意顿消．虽然这是我刚学会走完的第一步，也是人生的一点小小的胜利，然而它令我感到自己成熟的许多。

通过课程设计，我对各种软件（例如，3D max、PhotoShop、Office）的运用更加娴熟，对产品的设计流程认识更加深刻，使我深深体会到，干任何事都必须具备相应的理论知识及动手能力，和足够的耐心、细致。课程设计过程中，许多机构问题有时不免令我感到有些心烦意乱，但我仔细想想老师平时教我们的东西，在认真分析，问题就会迎刃而解，这次课程设计使我在工作作风上得到了一次难得的磨练。短短三周的课程设计，使我发现了自己所掌握的知识是真正如此的缺乏，自己综合应用所学的专业知识能力是如此的不足，几年来的学习了那么多的课程，今天才知道自己并不会用．想到这里，我真的心急了，老师却对我说，这说明课程设计确实使我你有收获了。老师的亲切鼓励了我的信心，使我更加自信。

最后，我要感谢我的老师们，是您严厉批评唤醒了我，是您的敬业精神感动了我，是您的教诲启发了我，是您的期望鼓励了我，我感谢老师您今天又为我增添了一幅坚硬的翅膀．今天我为你们而骄傲，明天你们为我而自豪。

第 26 页 共 30 页

陕西理工学院课程设计

第八章 致谢

为期近一学期的人机工程学的课程早已结束，而再次基础上的人机工程学课程设计的论文写作也即将画上一个圆满的句号，在人机工程学的学习和论文写作的过程中，所有的知识的积累和升华，都得益于我的人机老师-王小军老师的悉心指导和匠心点拨。

他的每一次的授课中总是闪烁着智慧的火花，让我受益匪浅。并让我们这些青涩的学生们渐渐的找到了前进的信心和智慧。在此，谨向王小军老师表示我最衷心地感谢和最诚挚的敬意。

第 27 页 共 30 页

陕西理工学院课程设计

第九章 参考文献

[ 1 ] 丁玉兰. 人机工程学[M]. 北京:北京理工大学出版社, 1991.1 [ 2 ] 严扬. 人机工程学[M]. 北京:北京理工大学出版社, 1998.1 [ 3 ] 阮宝湘. 工业设计人机工程[M]. 北京：机械出版社，2005 [ 4 ] 叶彪. 客车乘客座椅的乘坐舒适性[J]. 客车技术与研究，2003 [ 5 ] 郑午.人因工程设计[M].北京: 化学工业出版社,2006 [ 6 ] 柴春雷.面向家电产品的人机工程分析和评价系统[J]

计算机辅助设计与图形学学报,2006.1

第 28 页 共 30 页

陕西理工学院课程设计

附录

关于轮椅的市场调查问卷

（1、很担心 2、担心 3、一般 4、不担心 5、很不担心） 一、对于目前社会各界对残疾人事业所给予的关注和支持,您认为 ( ) A 、足够 B、 不够 C、 远远不够 二、您对轮椅了解吗？ ( )

A 、非常了解 B、了解 C、知道，但不是很了解 D、 不了解 三、关于轮椅，一些消费者有顾虑，您认为这种担心有必要吗？填写数字。

（1）用轮椅担心操作不便。 ( )（2）用轮椅担心经常出现故障。 ( ) （3）担心价格太贵，买不起。 ( )（4）担心轮椅的安全性能不高。 ( ) 四、您认为以下一些因素，对您购买轮椅是否有影响？填写数字。

（1）轮椅的安全性。 ( )（2）轮椅的操作方法。 ( ) （3）轮椅的形状、重量。 ( )（4）轮椅的颜色、色彩。 ( ) （5）价格高低（是否能够承受）。 ( )（6）售后服务如何。 ( ) （7）轮椅的结构。 ( )（8）轮椅的功能。 ( ) 五、您对轮椅功能、舒适性和安全性的要求，填写数字。

（1）坐在轮椅上舒适。 ( ) （2）可以躺在轮椅上休息。 ( ) （3）轮椅靠背的角度可以调节。 ( ) （4）轮椅座椅的高度可以调节。( ) （5）刹车方便、灵敏。 ( ) （6）方向容易控制。 ( ) （7）操作起来方便省力。 ( ) 六、您对轮椅性能的要求，填写数字。

第 29 页 共 30 页

陕西理工学院课程设计

1很担心 2担心 3一般 4不担心 5很不担心 （1）安全可靠。 ( )（2）轮椅操作方面，一学就会( ) （3）结构良好，不易损坏。 ( ) 七、您对轮椅形态的选择，填写数字。

（1）厚重、结实。 ( )（2）轻巧、灵便。 ( ) （3）简约、大方。 ( )（4）现代、时尚。 ( ) 八、您对轮椅色彩的要求，填写数字。

（1）轮椅有几种颜色搭配。 ( )（2）轮椅使用一种颜色。 ( ) （3）轮椅颜色明亮鲜艳。 ( ) 九、你对轮椅材质的选择( )

A铸铁 B钢管C铝合金D有机塑料E、碳钢F、材料自选。 十、您购买轮椅可以接受的价格范围是多少？请表态选择。 ( )

A、800元以下B、800～1500元C、1500～2500元D、2500～4000元 E、4000元以上十一、您使用过轮椅或正在使用吗？( )

A、正在使用 B、使用过 C、没有用过 十二、您使用轮椅多长时间了：( )

A、半年以内 B、半年以上 C、一年以上 D、三年以上 E、未使用过 十三、您打算使用轮椅多长时间：( )

A康复使用，视情况而定 B、长时间使用 C、轮椅和拐杖交替使用 D、以后考虑换假肢 E、如果有更好的产品可代替考虑换掉 非常感谢您的参与，再次祝您身体健康，一切顺心！

第 30 页 共 30 页

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/xt5x.html