在輪椅家族中，手動輪椅是下肢行動不便者使用最普遍的一種。然而其以手動的驅動模式，驅動效率卻也是最低，上肢傷害產生率也是最高的。而目前市場上的電動輪椅產品雖可以幫我們解決省力的問題，但是其驅動系統大部份是與輪椅本體結合為一的，導致體積大與重量重不適宜攜帶，且在較小的旋轉空間、短距離的移動或進出電梯時，並無法切換成手動輪椅增加其實用性，因此本文在於開發手/電動兩用第五輪驅動機構組，期使輪椅之驅動效率得以提昇，並且不增大輪椅原有的體積，模組化的可拆卸傳動機構組，提升攜帶方便性為目的。且為了讓輪椅可以同時保有手/電動兩種功能，前腳輪採用一組可分離式的轉向機構組，來讓前方的兩個腳輪，可以切換於360度自由迴旋與由操控者來控制方向，使此輪椅的使用性具有更多的選擇性。

In the wheelchair family, a manual wheelchair is most commonly used by the lower-limb disabled, while its manual mode creates the lowest mechanical effi-ciency and the highest rate of upper-limb injury. Electric wheelchairs on the market are much more labor-saved; however, with their drive systems mostly combining with the bodies of the wheelchair, electric wheelchairs appear to be bulky and are not easily-carried. While in a limited space, on a short-distance moving, or in/off the elevator, electric wheelchairs cannot be practicably switched to manual ones. Thus, this text aims to develop a switchable dou-ble-action manual/electric wheelchair with an auxiliary driving wheel, expect-ing to increase the mechanical efficiency and not to enlarge the body of the wheelchair; the module-disassembled drive system is intended for the conven-ience of carrying. Besides, in order to keep both the manual and the electric functions, the caster contains a set of separable orientation control system, while enables the caster to be switched in both the modes of 360-degree rotation and of being controlled by the user. In this way, the use of the wheelchair would be-come much more multiple-choice.

目錄
頁次
謝誌 ....................................................Ⅰ
目錄 ....................................................Ⅱ
圖目錄 ..................................................Ⅳ
表目錄 ................................................. Ⅶ
中文摘要 ............................................... Ⅷ
英文摘要 ................................................Ⅸ
第一章 緒論 ............................................1
1-1 研究起源 ........................................1
1-2 研究目地 ........................................2
1-3 文獻回顧 ........................................3
1-4 研究方法 ........................................5
1-5 論文架構 ........................................5
第二章 輪椅的構造與專利探討.............................7
2-1 輪椅的構造 ......................................7
2-1-1 手動輪椅的構造...............................7
2-1-2 電動輪椅的構造...............................9
2-2 電動輪椅基本規範 ...............................17
2-3 輪椅市場分析....................................19
第三章 輪椅轉向機構的設計..............................34
3-1 轉向原理 .......................................34
3-2 四連桿轉向機構的運動分析.........................36
3-3 四連桿轉向機構的設計程序.........................38
3-4 新型輪椅轉向機構設計.............................41
第四章 輪椅驅動機構的設計 ..............................53
4-1 電動輪椅阻力分析.................................53
4-1-1 滾動阻力.....................................55
4-1-2 空氣阻力.....................................57
4-1-3 爬坡阻力.....................................58
4-1-4 加速阻力.....................................59
4-2 馬達驅動力.......................................60
4-3 煞車機構.........................................62
4-4 驅動系統機構.....................................63
第五章 組合與拆卸機構...................................73
5-1 驅動系統與輪椅的組合與拆卸機構...................73
5-2 轉向手把與輪椅的組合與拆卸機構...................82
5-3 第五輪與地面分離機構 ............................88
第六章 操作與測試分析. .................................91
6-1 操作程序.........................................91
6-2 測試分析.........................................93
第七章 結論..............................................99
參考文獻 ................................................101


圖目錄
圖2.1 標準型手動輪椅基本構造..............................8
圖2.2 介護型手動輪椅......................................8
圖2.3 特殊用途手動輪椅....................................8
圖2.4 行星齒輪系省力手動輪椅..............................8
圖2.5 前輪驅動的電動輪椅.................................11
圖2.6 後輪驅動的電動輪椅.................................11
圖2.7 中間輪驅動的電動輪椅...............................11
圖2.8 電動輪椅的外觀尺寸.................................19
圖2.9 台灣醫療器材出口產品結構...........................20
圖2.10 美國專利2448992...................................23
圖2.11 美國專利2495573...................................24
圖2.12 美國專利2978053...................................25
圖2.13 美國專利5016720...................................26
圖2.14 美國專利5135063...................................27
圖2.15 美國專利2001/0013436..............................28
圖2.16 美國專利2002/0088657..............................29
圖2.17 美國專利2003/0089537..............................30
圖2.18 中華民國專利443903................................31
圖2.19 中華民國專利540372................................32
圖3.1 阿克曼原理示意圖...................................34
圖3.2 阿克曼轉向機構.....................................37
圖3.3 四連桿轉向機構圖...................................37
圖3.4 理論上轉向角的關係.................................39
圖3.5 轉向角誤差曲線.....................................40
圖3.6 轉向機構在輪椅上的組合圖...........................43
圖3.7 轉向機構在輪椅上的位置圖...........................44
圖3.8 轉向機構組合圖.....................................45
圖3.8.1 轉向機構零件圖...................................46
圖3.8.2 轉向機構零件圖...................................47
圖3.8.3 轉向機構零件圖...................................48
圖3.9 轉向手把與前輪結合的示意圖.........................49
圖3.10 轉向手把與前輪分離的示意圖.........................50
圖3.11 前輪與轉向機構接合處剖視圖.........................51
圖3.12 前輪與轉向機構接合圖...............................52
圖4.1 電動輪椅阻力分析...................................54
圖4.2 電動輪椅的簡化運動模型.............................54
圖4.3 電動輪椅爬坡阻力分析...............................59
圖4.4 輪椅驅動力.........................................61
圖4.5 輪椅驅動系統組合圖.................................66
圖4.5.1 輪椅驅動系統零件圖...............................68
圖4.5.2 輪椅驅動系統零件圖...............................69
圖4.5.3 輪椅驅動系統零件圖...............................70
圖4.6 輪椅驅動系統組合圖.................................71
圖5.1 驅動系統與輪椅的組合與拆卸機構A部位置圖...........74
圖5.2 驅動系統與輪椅的組合與拆卸機構A部詳圖.............75
圖5.3 驅動系統與輪椅的組合與拆卸機構A部實物圖...........76
圖5.4 A部固定驅動系統圖.................................76
圖5.5 驅動系統與輪椅的組合與拆卸機構C部位置圖...........77
圖5.6 驅動系統與輪椅的組合與拆卸機構C部詳圖.............78
圖5.7 驅動系統與輪椅的組合與拆卸機構C部實物圖...........79
圖5.8 C部固定驅動系統圖.................................79
圖5.9 驅動系統與輪椅的組合與拆卸機構B部位置圖...........80
圖5.10 驅動系統與輪椅的組合與拆卸機構B部詳圖............81
圖5.11 驅動系統與輪椅的組合與拆卸機構B部實物圖..........82
圖5.12 B部固定驅動系統圖................................82
圖5.13 轉向機構之耦桿位置................................83
圖5.14 轉向手把組合與拆卸機構詳圖........................84
圖5.15 轉向手把組合與拆卸機構實物圖......................85
圖5.16 轉向四連桿機構的組合圖............................85
圖5.17 利用斜面原理的組合與拆卸機構......................86
圖5.18 利用彈簧力的組合與拆卸機構........................87
圖5.19 第五輪與地面分離機構..............................89
圖5.20 第五輪與地面分離機構..............................90
圖6.1 電動輔助驅動輪椅.................................91
圖6.2 驅動系統........................................92
圖6.3 輪椅組合平台.....................................92
圖6.4 結合體圖........................................93
表目錄
表2-1 依驅動位置的不同所作的分類………………………………10
表2-2 依轉向位置的不同所作的分類………………………………12
表2-3 直流有刷/無刷馬達特性比較………………………………13
表2-4 常用傳動機構的分類………………………………………14
表2-5 電動輪椅規範……………………………………………17
表2-6 電動輪椅的性能測試…………………………………………18
表2-7 電動輪椅等級…………………………………………………19
表2-8 2002年我國醫療器材出口廠商統計………………………20
表4-1 滾動阻力係數…………………………………………………57
表4-2 物體之空氣阻力係數…………………………………………58
表6-1 測試結果分析表………………………………………………96

Arthur, O. Schmidt., 1961, “Driving And Steering Apparatus for Wheel Chairs,” U. S. Patent No. 2978053.
Edmond-Wheelchair, 2003.
http://www.edmond-wheelchair.com/wheelchair_parts.htm
George V. Odell et. al., 2001, “Wheelchair Motorizing Apparatus,” U. S. Patent No. 2001/0013436.
Homer Love et. al., 1948, “Propelling Power Unit for Invalid Wheel Chairs,” U. S. Patent No. 2448992.
Michael T. Beidler, 1994, “Wheelchair Drive System,” U. S. Patent No. 5362081.
Samuel Duke, 1950, “Motor Attachment for Wheel Chairs,” U. S. Patent No. 2495573.
Sir Clive Marles Sinclair And Alexander Joseph Kalogroulis, 2003, “Wheelchair Drive Uuit,” U. S. Patent No. 2003/0089537.
Snowbeck, C., 1998, “A Wheelchair Revolution,” the Veterans Admini-stration Medical Center, Pittsburgh.
http://www.postgazette.com/healthscience/19980209bwheelchair1.asp
Soni, A. H., 1979, Mechanism Synthesis and Analysis, Center Book Company.
Thacker, J. G., et. al., 1994, Understanding the technology when selecting the wheelchairs, RESNA Press.
Theodore R. Coker, 1991, “Detachable Electric Drive Unit for Collapsible Wheelchair,” U. S. Patent No. 5016720.
University at Buffalo Center for Assistive Technology Rehabilitation Engineering Research Center on Technology Transfer, 1999, “Evaluation of Stakeholder Forum on Wheeled Mobility,” May 25 & 26, Pittsburgh, Pa.
http://cosmos.ot.buffalo.edu/t2rerc/dissemination/t2rerc-materials/conference-proceedings/stakeholder-forums/mobility-html/appendices/evaluation.html#introduction
Vincent Brett et. al., 2002, “Method And Apparatus for Motorizing a Wheelchair,” U. S. Patent No. 2002/0088657.
Walter K. Kropf et. al., 1992, “Power Uuit for Driving Manually- Oper-ated Wheelchair,” U.S.Patent No.5135063.
游許銓, 2001,電動輪椅動力驅動之解析模型, 碩士論文, 國立成功大學醫學工程研究所, 台南.
羅匡弘, 2003, 新型輪椅轉向機構之設計, 碩士論文, 國立中山大學機械與機電研究所, 高雄.
康揚公司, 2003.
http://www.karma.com.tw
中國國家標準CNS 13575-1, 1995,輪椅-專有名詞、術語及定義,經濟部中央標準局, 台北.
陝西寶雞市科學技術委員會, 2003,鈦合金快速折疊硬座輪椅.
http://www.chinasxq.net/s_zs/s_zs_xm/s_zs_xm_gy/200304/0603052183.htm
徐君南, 1998,東南亞新興醫療器材市場概況, 外貿協會.
http://www.taipeitradeshows.com.tw/mediphar/chinese/MedicalEquipment_2.htm
馮晉嘉, 2003, 2002年台灣醫療器材產業進出口統計分析, 工研院經資中心.
王俐, 2003,日本老人福利用品市場有潛力, 中國貿易報.
http://www.chinatradenews.com.cn/20000330/03.htm#3
張里政, 2000, 輪椅馬達總成, 中華民國專利編號第443903號.
劉全 等, 2003, 附加式輪椅轉向驅動裝置, 中華民國專利編號第540372號.
黃靖雄, 1997, 現代汽車工程學, 全華圖書公司.
林百褔, 2002, 汽車設計, 全華圖書公司.
蔡文鈞, 2001, 中心臂連桿型轉向機構之設計與分析, 碩士論文, 國立台北科技大學製造科技研究所, 台北.
林慶銘, 2001, 汽車工程學, 全華圖書公司.
邱貴武, 2002,可拆卸式輪椅輔助驅動機構之設計, 碩士論文, 國立中山大學機械與機電研究所, 高雄.
賴育德, 2003, 有關可拆卸式輪椅輔助驅動系統之研究, 碩士論文, 國立中山大學機械與機電研究所, 高雄.