Kinematic Analysis of an Electric StairClimbing Wheelchair

• Autores: Giuseppe Quaglia, Walter Franco, Matteo Nisi
• Localización: Ingeniería y universidad, ISSN 0123-2126, Vol. 21, Nº. 1, 2017, págs. 27-48
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Análisis cinemático de una silla de ruedas eléctrica escaladora
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• Resumen
  • español

    Introducción: En este trabajo se analiza el comportamiento de una silla de ruedas eléctrica para subir escaleras desde un punto de vista cinemático. Wheelchair.q: El dispositivo propuesto representa la última evolución del proyecto ‘Wheelchair.q’ e introduce varias mejoras con respecto a los diseños anteriores. Esta solución actualizada cuenta con una mayor estabilidad durante la subida de las escaleras, permitiendo llevar a cabo la tarea de una manera segura, cumpliendo la norma ISO 7176-28:2012. Sin embargo, las principales mejoras atañen a la regularidad de la trayectoria del usuario durante la subida de escaleras, lo cual permite obtener una percepción de comodidad mayor. Este resultado se ha logrado mediante la introducción de un mecanismo de leva que gestiona adecuadamente la orientación del asiento en lo que se refiere al bastidor de la silla de ruedas. Con un perfil de leva apropiado, es posible compensar la oscilación introducida en la silla de ruedas durante la secuencia de escalada, para que el usuario pueda obtener una trayectoria de traslación. Resultados: El diseño propuesto y su principio de funcionamiento se describen e ilustran en primer lugar a través de representaciones esquemáticas y gráficas, con una breve explicación sobre los procedimientos para obtener el perfil de leva. A continuación, se comparan las dos diferentes arquitecturas del mecanismo de leva y se identifican las ventajas y desventajas de cada solución. Por último, se prueban las prestaciones de la silla de ruedas cinemática a través de un simulacro en el ambiente de simulación MSC-ADAMS. Conclusiones: Los resultados obtenidos con la simulación muestran la efectividad de la solución propuesta. La silla de ruedas es capaz de subir una escalera de forma segura y regular. Los siguientes estudios completarán el diseño de la silla de ruedas con el objetivo de construir un prototipo para demostrar el principio de trabajo propuesto.

  • English

    Introduction: This paper presents the functional design and kinematic synthesis of a recent version of an electric stair-climbing wheelchair. Wheelchair.q: The proposed device represents the latest evolution of the ‘Wheelchair.q’ project and introduces several improvements over previous designs. This updated solution has greater stability during stair-climbing operation, and it satisfies the safety requirements introduced by ISO 7176-28:2012, “Requirements and test methods for stair-climbing devices”. The main improvement presented concerns the regularity of the user trajectory during stair-climbing, which ensures a more comfortable perception. This result has been achieved by introducing a cam mechanism between the frame connected to the locomotion unit and the seat frame, which properly manages the seat orientation. With an appropriate cam profile, it is possible to compensate for the oscillations that are introduced on the wheelchair during the climbing sequence and allow the user to obtain a translational trajectory. Results: The proposed design and its working principle are first described and illustrated through schematic and graphic representations. A brief explanation of the procedure for obtaining the cam profile is also given. Two different architectures for the cam mechanism are then compared, and the advantages and disadvantages for each solution are identified. Finally, the kinematic wheelchair performances are tested through a simulation conducted in the MSC-ADAMS multibody environment. Conclusions: The results obtained with the simulation show the effectiveness of the proposed solution. The wheelchair is able to climb a staircase in a safe and regular way. Following studies will complete the design of the wheelchair with the aim to build a prototype for demonstrating the proposed working principle.