(完整版)工业设计_毕业设计论文
上下楼梯机设计
摘要
上下楼梯是普通日常生活中很平常的一种行为，在那些大量不设电梯的七层以下的住宅楼房居住的居民，尤其是那些老年人和残疾人，上下爬楼在生活上会有诸多的不便。目前无论乡镇还是城市无一不在飞速发展，其中阶梯更是基本的设施之一。如上下汽车、地铁火车有阶梯；登越人行天桥和地下通道需要穿越楼梯；大型商场更是免不了要爬楼下梯。这些在我们看来异常简单的阶梯对那些腿脚不方便的残疾人来说想要通过是很艰难费力的。
基于以上种种因素的考虑，我们设想能不能设计个可以实现上下楼梯的电动轮椅，我们通过在路面电动轮椅的设计基础上进行改装，解决人们在生活中遇到的上下楼梯难题。该电动轮椅的设计，方便了人们的生活。因此，这种电动爬楼轮椅的设计，无论是从实际应用方面还是理论研究方面，都是具有很
高价值的。
设计创新之处：
一、对现有此类产品外观进行改进，造型独特、设计感强；
二、充分考虑产品的使用目的，设计出人性化，安全舒适，操作简便的产品；
三、对上下楼梯机的功能进行重新定义，使其功能多元化：上下楼梯、爬越障碍以及物品储存等多功能集合于一身的设计更符合消费者的心理，市场前景无限；
四、充分组合现国内现有比较成熟的生产技术、材料的运用，使产品的成本降低，以求降低残疾人和老年人这些弱势群体生活负担；
五、充分考虑人机关系，设计出具有可调节功能的产品，造型创新、大胆。
对市场进行了细致的调查，经过设计定位，绘制草图、效果图，进行计算机三维模型的构建和装配动画，绘制出产品外观尺寸图，并设计了效果图展示，完成了对上下楼梯机的设计。
关键词：楼梯，人性化，老年人残疾人，人机关系
THE DESIGN OF UP AND DOWN MACHINE
ABSTRACT
Walking up and down stairs is very common in our daily life, in those residents living apartment building which do not set the elevator of the seven layers below, especially those elderly and disabled persons, climbing building up and down in life will areas are all in the rapid development. And among this development tendency the ladder become one of the basic facilities. The ladder car ,take the train and underground; climb the passenger foot-bridge and pass through the souterrain; The large shopping centers is inevitable to use the ladder to in our view, a simple ladder legs and feet of those who want to inconvenience people with disabilities is very difficult through the laborious.
Based on the above considerations, we can design a vision can be achieved down the stairs of the electric
wheelchairs, electric wheelchairs on the road we passed on the basis of modified design to address the people down stairs in life of the electric wheelchair to facilitate people's lives，Thus, the design of electric wheelchairs climbing stairs, either from theoretical or practical application of research, both with innovation:
First, the appearance of such products to improve the existing, unique, design sense;
Second, give full consideration to the intended use of products designed user-friendly, safe and comfortable, easy to operate products;
Third, on the up and down stairs to redefine the functions of machines, making it functional diversification: up and down stairs, climbing over obstacles and multi-functional storage items in a set of design more in line with consumer psychology, market prospects are promising;
Fourth, the full portfolio is now relatively mature
domestic production of existing technologies, materials use, reduce the cost of the product in order to reduce the disabled and elderly people the burden of these vulnerable groups;
Fifth, take full account of relations, designed with adjustable features of products, innovative style and bold.
Conducted a detailed market survey, after a design orientation, drawing sketches, renderings, three-dimensional computer model of the construction and assembly of animation, drawing out the appearance of the product dimensions, and design renderings show, completed the design of the machine and down the stairs .
KEY WORDS：stairs, , elderly and disable people, Relationship between man and machine
目录
前言............................................ .1
第1章绪论 (2)
§1.1 国内外上下楼梯机的研究现状 (2)
§ 1.2 设计依据和意义 (5)
第2章设计调查与分析 (7)
§ 2.1 市场调查与用户调查 (7)
§ 2.2 调研分析与设计定位 (10)
§ 2.3 上下楼梯机设计原则 (11)
第3章草图构思与方案确定 (13)
§ 3.1 设计构
思 (13)
§ 3.2 草图分析比较 (14)
§ 3.3 设计深入 (19)
§ 3.4 设计方案的优化 (25)
第4章定稿方案优选 (28)
§ 4.1 功能定案 (28)
§ 4.2 色彩定案 (29)
第5章电脑制作效果图及后续设计 (30)
§ 5.1 尺寸设定 (30)
§5.2 计算机三维建模和效果图制作 (30)
§ 5.3 装配工程图及动画制作 (32)
§5.4 广告、展板和ppt的设计制作 (33)
第6章结论 (34)
§ 6.1 心得体会 (34)
§6.2 设计中的缺点及遇到的问题和解决方案 (34)
参考文献 (35)
致谢 (3)
6
外文资料原文外文资料
前言
爬楼梯对于普通人而言是非常轻松的事情，但是腿脚不灵便的人可就没那么幸运了。在公共场所还可以使用扶梯，但是要在家里安装扶梯显然过于奢侈，也没有必要。所以就有人设计出了这样一款专门为腿脚不灵便的人准备的升降梯。轮椅的确可以给残疾人和其他腿脚不便的人提供了便利，但是传统的轮椅并不能上下楼梯，必须有旁人协助才可以。如果能有一款可以让残疾人依靠自己力量上下楼梯的轮椅那该有多好？所以该课题从解决那些上下楼梯不便的人们出行安全方面出发，结合人机和美学进行深入研究，设计出一款产品能够让上下楼梯不方便的人们也能依靠自己的力量安全的上下楼梯。
此外，在目前市场此类产品还不是很多的时候，随着技术水平的逐步提高，相信上下楼梯机的应用也会更加的普及，从而市场前景是非常广阔的。
上下楼梯机的产生不仅可以改善老年人和残疾人的生活状态，而且能够让抚养老人和残疾人的后辈们更加便利的照顾他们，方便了自己也方便了照顾他们的亲人；如此一来，一个
人性化的上下楼梯机的设计将会给那些老年人、残疾人、行动不便的人一个崭新的生活状态，使他们能够依靠自己的力量去生活，这样一来他们也不会那么的自卑，他们才会从容的面对生活。
该设计的目的也是为了打破以往相同产品因为价格昂贵而让那些低收入弱势群体望而却步的瓶颈，解决上下楼为难的问题，使他们以比较低的价格就能得到比较高质量的产品从而让他们的生活得以自理得以改善，所以上下楼梯机具有广阔的市场前景，也能给不太成熟的市场以全新的活力！
第1章绪论
§1.1 国内外上下楼梯机的研究现状
在欧美地区与日本，能够上下楼梯的轮椅，即所谓的上下楼梯机的设计水平都比较的成熟，产品的质量与外观都处于领先的地位，无论是控制技术还是动力驱动技术都领先与其他国家和地区，他们在注重功能的同时也和好的把握了产品的外观，以及他们在人机关系上的考虑都给其他国家提供了借鉴。
国外对上下楼梯机的研究开始得相对较早，最早的专利是
1892年美国的Bray发明的爬楼梯轮椅。此后，各国纷纷开始投入对上下楼梯的生产研究，其中美国、英国、德国和日本占主导地位，技术相对比较成熟，且有一些产品已经投入市场使用。我国对此类装置的研究虽然起步较晚，但近年来也涌现了很多这方面的专利，然而投入实际使用的还很少。
总结目前国内外现有的上下楼梯机和专利，按爬楼梯功能实现的原理主要分为履带式、轮组式、步行式上下楼梯机。下面分别对国外、国内各种类型装置的发展作简要介绍，并分析其各自优缺点。
一、履带式
履带式上下楼梯机的原理类似于履带装甲运兵车或坦克，其原理简单，技术也比较成熟。由英国Baronmead公司开发生产的一种电动轮椅车，车底部设置的是履带传动，可爬楼梯的最大坡度为35°，自重34kg，最大载重量130kg，上下楼梯速度每分种15～20个台阶，充足电后可连续上下楼梯1000级。台阶最大高度不超过27cm。这种轮椅车可在平地自由运行，还可拆卸为两部分，便于装运。如图1-1法国Topchair公司生
产的电动爬楼梯轮椅，它的底部有四个车轮供正常情况下平地运行使用，当遇到楼梯等特殊地形时，用户通过适当操作将两侧的橡胶履带缓缓放下至地面，然后把这四个车轮收起，依靠履带无需旁人辅助便能自动完成爬楼等功能。履带型机构的爬楼梯轮椅应用较多，它采用比星型轮机构更为连续的行走方式，传动效率比较高。在上下楼梯过程中，轮椅的重心总是沿着与楼梯台阶沿的连线相平行的直线运动的，其重心的波动很小，运动非常平稳。且使用地形范围较广，在一些不规则的楼梯上也能使用。它除了具备爬楼梯功能外，也能作为普通的电动轮椅使用。履带式爬楼梯轮椅最大不足是平地行走时阻力较大，运动不灵活，而且转弯不方便，在爬楼梯时履带容易损坏楼梯沿。为克服这一缺点，国内外提出过各种各样的改进机构，一种改进的轮－履带混合机构的爬楼梯轮椅，它在平地行走时利用轮式机构，爬楼梯时放下履带机构进行工作，如此交互使用就能很好的解决平地行动迟缓的问题。
二、轮组式
轮组式上下楼梯机按轮组中使用小轮的个数可分为两轮
组式、三轮组式以及四轮组式。轮组式爬楼梯轮椅的爬楼梯机构由均匀分布在“Y”形或“+”字形系杆上的若干个小轮构成。各个小轮既可以绕各自的轴线自转，又可以随着系杆一起绕中心轴公转。在平地行走时，各小轮自转，而爬楼梯时，各小轮一起公转，从而实现爬楼梯的功能。单轮组式结构稳定性较差，在爬楼过程中需要有人协助才能保证重心的稳定；而双轮组式虽能实现自主爬楼，但由于其体积庞大且偏重，影响了它的使用范围。
美国著名发明家Dean Kamen发明的了一种能自动调节重心的如图1-2所示的两轮组式轮椅iBOT。它有6个轮子，前面有一对实心脚轮，后面有两对行星结构的充气轮胎，通过两后轮交替翻转可以上下楼梯。iBOT几乎能适用于所有楼梯，此外它也能在沙滩、斜坡和崎岖的路面上行驶，而且后轮可以直立行走，为使用者提供了更多方便之处，帮助他们能达到正常人的高度。目前星型轮机构爬楼梯轮椅中性能指标最高的产品，它结构非常紧凑、运动灵活、操作方便.目前的iBOT3000型不仅能爬21厘米以下高度的楼梯和不超过15厘米高的“马
路牙子”，在沙滩、斜坡和崎岖的路面和小山坡上前进，而且后轮能“站起来”直立行走，使坐在上面的人升高，可以取放位于高处的物体。：在平地上前进时，6只轮子同时着地，当遇到崎岖路面、沙土地或斜坡时，由4个后轮驱动行走；只靠一对后轮接触地面的直立模式，iBOT可以保持这种站立姿势，也能直立行走；由两对后轮交替爬台阶的爬楼梯模式。iBOT不仅采用了比普通轮椅复杂的驱动结构，而且安装了多个感知人－轮椅重心位置的陀螺仪，控制器根据陀螺仪的信号时时调整重心的位置，使轮椅能够在不同路面和直立状态下保持平衡。国内外发明了多种星型轮式爬楼梯轮椅，除了iBOT外，大多数都采用3个或者3个以上星型轮，星型轮多的优点是轮椅爬楼梯时的稳定性好，缺点是体积较大，很难在普通住宅楼梯上使用，这也是星型轮式爬楼梯轮椅尽管发明专利很多，真正实施和推广的却很少的主要原因。它最大的优点就是在轮椅重心安装了陀螺仪，控制器根据陀螺仪的信号调整重心的位置，使轮椅能在不同状态下保持平衡。经过数十年的研究开发，它己经由iBOT3000发展到了iBOT400O，功能也越来越强大，是
目前该领域中性能最高的产品，它的售价在3万美元左右，相当于一辆中档桥车的价格，难以被普通使用者接受。
我国在上世纪八十年代对轮组式上下楼梯机已有研究，1987年专利号为轮都用多个星形轮组成，除自转外还绕滚轮轴公转而实现上下楼。内蒙古民族大学物理与机电学院的苏和平等人借鉴了iBOT的爬楼方式，采用星形轮系作为爬楼梯机构，设计了一种双联星形机构电动爬楼梯轮椅。改轮椅爬楼时需要人工辅助或者楼梯扶手的辅助支撑，使其能调整重心的位置，安全爬楼。
轮组式上下楼梯机的活动范围广，运动灵活，但是上下楼梯时平稳性不高，重心起伏较大，会使乘坐者感到不适。此外，轮组式上下楼梯机体积较大，很难在普通住宅楼梯上使用。
三、步行式
早期的上下楼梯机一般都采用步行式如题1-3所示，其爬楼梯执行机构由铰链杆件机构组成。上楼时先将负重抬高，再水平向前移动，如此重复这两个过程直至爬完一段楼梯。步行式上下楼梯机模仿人类爬楼的动作，外观可视为足式机器人，
采用多条机械腿交替升降、支撑座椅爬楼的原理。
步行式上下楼梯机爬楼时运动平稳，适合不同尺寸的楼梯;但它对控制的要求很高，操作比较复杂，在平地行走时运动幅度不大，动作缓慢。
综上所述，国内外的同类产品对本课题的研究都有一定的借鉴意义，在外观造型方面，国外产品重视造型设计，外观流畅多变；而国内的产品整体结构严谨，忽视了产品的外观，如此一来，实用而不美观，产品缺乏设计感。通过以上对国内外同类产品的调查和、分析、比较，此次上下楼梯机的设计会将国内外同类产品的优点进行优化整合，使产品更加完善和创新。
§1.2 设计依据和意义
一、设计依据
老年人、残疾人是人群当中的弱势群体，他们的身体行动不方面，而作为身体健全、行动便利的我们应当给予他们更多的人性关怀，让他们尽可能享受美好的生活。所以当我们没时间陪在亲人的身旁时，就需要借助一些专门的产品来方便他们
的生活，让他们也能感受到生活的乐趣。
现代生活节奏的加快，人们越来越希望使用多功能、便捷的产品，上下楼梯机提供给用户人性化、安全的生活，使残疾人和行动不便的老年人的生活范围更加广泛，所以上下楼梯机的消费市场前景广阔。
通过对收集到的资料整理和分析，市场上的上下楼梯机存在以下的不足之处：
1．楼梯机结构外露，机器运转时对人的安全造成威胁。
2．座椅部分由于固定不可调，因此影响使用者的姿势的调整。
3．体积偏大，笨重。
4．成本过高，造价高昂，技术没有得到很好的发挥。
5．造型过于简单，产品的审美价值没有得到都很好的体现。
6．结构过于复杂，操作繁琐，安全性能过低，不利于残疾人和老年人使用。
而本课题的研究就是从解决这些问题入手来进行设计，目
的是为了让上下楼梯机更加的适合残疾人和行动不便的老年人使用，充分运用所学设计理论，使产品的形势与功能都能比较完善，从而让那些弱势群体得到最大的人性关怀。
二、设计意义
老年人及残疾人生存质量越来越受到人们的关注，我们应该让他们感受到社会对他们的关爱，所以提出了“上下楼梯机”的方案。利用简便的操控系统对上下楼梯机的控制来完成对老年人及残疾人群的上下楼梯的行动，运用目前已被掌握的技术，优化产品的性能，使产品更加的实用。
设计就是运用科学技术创造人的生活和工作所需的环境，并使人与物、人与环境、人与社会相互协调，其核心是为“人”
[1]。本设计在改善行动不便人群生存环境的同时也在促进和谐社会的建设，对于缓解老龄化加快的社会压力有极大的帮助，同时改变同类产品价格居高不下的市场局面，充分考虑弱势群体的经济状况，开拓市场，以创新赢得广阔的市场。
第2章设计调查与分析
§2.1 市场调查与用户调查
在明确了本次设计的方向后，设计者对用户使用同类产品的评价进行观察，主要是通过询问法、网络信息搜集两种方式进行调查。
一、市场调查
调查数据表明，我国残疾人口规模大，社会面临的伤残风险增加，残疾人口进入快速增长时期。截至2006年4月1日，全国各类残疾人总数为8296万人，占全国总人口的 6.34%，其中60岁以上的老年残疾人增加了2365万，占到新增残疾人口数量的75.5%。中国‘十一五’的五年是中国人口老龄化快速发展的五年，60岁以上老年人口增长了3000多万，80岁以上高龄老人增长了500多万，分别是“十五”期间的1.8倍和1.2倍。‘十二五’期间，老年人口将超过2亿，到本世纪40年代末，将超过4亿，约占当时总人口的三分之一。”随着寿命的延长，人口的伤残期延长，残疾发生风险也在逐步增大[2]。
调查表明，残疾人家庭收入低，贫困问题仍然比较突出。截至2006年4月1日，中国有残疾人的家庭户共7050万户，占全国家庭户总户数的17.80%。残疾人家庭人均收入不足全