方便轮椅通行的液压台阶的设计

德州学院机电工程学院 胡财荣 王志坤

1 引言

1.1 选题的背景

随着社会发展，我国社会开始步入老龄化阶段，许多老年人无法自主地外出活动，并且由于科技的发展和交通的进步，各种意外事故也频频发生，这也造成下肢残障人士的数量也急剧增加。这些老年人和残障人士必须借助轮椅才可以进行日常出行，但是实际生活中的很多公共场所及建筑由于自身设计的要求会有许多台阶的存在，这些台阶对于乘坐轮椅出行的老年人及残障人士是很大障碍，在没有外力的帮助下很难通过，严重降低了乘坐轮椅人士的出行体验。

1.2 选题的目的和意义

现在国内外很多高校都投入很多资金研究智能爬楼轮椅，其基本功能已经实现但技术并没有很成熟，实际爬楼过程具有很多不确定因素甚至导致危险，且价格昂贵普通家庭无法承受，在日常的生活中并没有普及。当然许多有台阶的公共场所也都设有斜坡式的无障碍通道，许多老年人因身体因素，上坡也是极为消耗体力的事情，并且对于体弱或者患有心脏疾病的老年人有可能引发意外事故。本设计就是设计出一种针对公共场所不太高的台阶，通过简易的控制操作来实现轮椅无障碍通行的智能液压台阶，此智能液压台阶的设计可以解决乘坐轮椅出行人士遇到台阶无法通过的问题，极大地便利了乘坐轮椅出行的人士。

2 液压台阶的工作原理及功能

本智能液压台阶由整体框架、液压推杆、PLC 控制系统、距离传感器、压力传感器以及控制面板组成。其特点在于可以方便轮椅通过台阶。该智能液压台阶工作时，当有人乘轮椅需要上台阶，按下设立于台阶底部控制柱上控制面板的上行按键后，智能液压台阶进入工作模式，PLC 控制器接收到控制面板发出的上行信息。PLC 控制器经过信息处理后，对液压推杆发出指令信号，在距离感应系统的反馈下，台阶下所有的液压推杆进行收回，台阶平面降至与地面平齐以达到轮椅驶入的条件，然后轮椅驶入。轮椅驶入后台阶下压力传感器产生压力信号证明轮椅已经驶入，数据传输到PLC 控制器进行处理，待数据值稳定之后PLC 控制器向液压推杆发出上行指令，液压推杆接收指令后同时推出，由距离感应系统感应行程并由PLC 控制器进行数据处理以达到所有台阶面同步上升的效果，到达台阶顶部后轮椅驶出，压力传感器数据信号值恢复正常，经PLC 控制器数据处理后，给液压推杆发出收回指令，在距离感应系统的辅助下，液压台阶恢复台阶状，进入休眠模式从而不影响正常行人通行。若需要下行，则过程与之相反。

3 硬件结构设计及工作过程

3.1 硬件结构设计

以三台阶式智能液压台阶为例，整体内部设计如图1 所示。智能液压台阶由多个升降模组以及一个PLC 控制器组成，图1固定板上包括六个升降模组以及一个PLC 控制器。每个升降模组又包括液压推杆、距离感应器及压力传感器；液压推杆用于升降台阶的动作，距离传感器用来反馈升降的位置数据，压力传感器用来感应台阶上是否有轮椅存在，其中左右两个升降模组为一组，控制一个液压台阶的上下运动，左右双升降模组的设计可以提高其推力并保障其运行的稳定性。

距离传感器是通过发射能量波束并被被测物体反射，通过计算波束发射到被物体反射回来的时间来计算与物体之间的距离。常用的能量波束有超声波、激光、红外光等。本设计采用红外测距传感器，该传感器有同步输入端，外形小便于安装，易于操作，且可以多传感器同步测量能实现每个台阶升降位置的准确。

压力传感器位于液压推杆的顶部，采用压电式压力传感器，该传感器体积小、动态特性比较好。

推杆采用电动液压推杆，该推杆不需要任何附属设施便可以带负荷启动，适用于推拉直线运动且具有负荷保护能力相同推力速度情况下，消耗电能仅有电动推杆的一半。其带负荷启动且节能的特性可有效适用于本设计工作环境。选型安装完毕后，我们将传感器与电动液压推杆与PLC 控制器建立连接从而成为一个完整的系统。

图1

3.2 工作过程示意图

以有人需要上行为例，其工作过程示意图如图2 所示。在休眠状态下，为台阶的模式，行人正常通行，当有人按下控制柱的上行按键后，进入工作模式，台阶所有的液压推杆收回，在距离感应器的数据反馈下，台阶平面降至与地面平齐，然后轮椅驶入，之后所有液压推杆同时工作推出，由距离感应系统感应行程，到达顶部后轮椅驶出，压力传感器数值恢复正常，控制器给出指令液压台阶恢复台阶状。

图2

4 结语

该智能液压升降台阶有效解决了老年人及残障人士乘坐轮椅出行，遇到台阶不方便通过的问题，为乘坐轮椅出行的人士提供了便利，未来可以在公共场所进行广泛推广，有广阔的市场前景。