اصل طراحی ویلچرهای برقی یک رویکرد مهندسی سیستماتیک است که چندین رشته را برای دستیابی به کمک قدرت، کنترل دقیق و عملکرد ایمن و پایدار ادغام می کند، در حالی که نیازهای حرکتی افراد با تحرک محدود را برآورده می کند. منطق اصلی آن حول یک حلقه بسته از «منبع تغذیه-تبدیل فرمان-اجرای حرکت-بازخورد حالت»، متعادل کردن عقلانیت مکانیکی، راحتی عملیاتی و سازگاری محیطی برای دستیابی به تعادل بین تحقق عملکرد و تجربه کاربر میچرخد.
اصل منبع تغذیه مدیریت انرژی و درایو کارآمد را در اولویت قرار می دهد. ویلچرهای برقی رایج از بستههای باتری یون لیتیومی قابل شارژ به عنوان منبع انرژی خود استفاده میکنند که به سیستم مدیریت باتری (BMS) برای نظارت بر ولتاژ، دما، و جریان شارژ/دشارژ سلولی در زمان واقعی، جلوگیری از شارژ بیش از حد، تخلیه بیش از{{2} و خطرات ناشی از گرما متکی است. واحد درایو عمدتاً یک موتور بدون جاروبک DC است که دارای راندمان بالا، صدای کم و کارکرد بدون تعمیر{4}}است. خروجی موتور از طریق یک مکانیسم کاهش تبدیل میشود تا نیازهای رانندگی با سرعت کم،-با گشتاور بالا را برآورده کند، ویلچر را قادر میسازد تا به آرامی شروع به کار کند و حتی در زیر بار به حرکت ادامه دهد. چیدمان چرخ محرک معمولاً به سه شکل وجود دارد:-چرخ متحرک جلو،{10}}چرخ محرک{10}} و دو{11}}چرخ محرک. ساختارهای دوگانه{13}}چرخ محرک میتوانند از طریق کنترل مستقل چرخهای چپ و راست، فرمان دیفرانسیل را به دست آورند و مانورپذیری را در فضاهای محدود بهبود بخشند.
سیستم تبدیل و کنترل فرمان، مرکز مرکزی برای تعامل انسان-ماشین است. یک راه حل معمولی از یک جوی استیک به عنوان دستگاه ورودی اولیه استفاده می کند که جهت جابجایی و دامنه آن به صورت خطی با دستورات سرعت و فرمان ترسیم می شود. سپس این دستورات توسط یک ریزپردازنده در کنترل کننده برای تولید سیگنال های محرک موتور تجزیه و تحلیل می شوند. برای کاربرانی که محدودیتهای اندام فوقانی دارند، میتوان کلیدهای کنترل سر، زبان یا تنفس را اضافه کرد، یا حتی از حسگرهای اینرسی میتوان برای ثبت وضعیت شیب بدن برای عملکرد آزاد-دست استفاده کرد. الگوریتم کنترل باید پاسخگویی و عملکرد روان را متعادل کند و از کنترل PID برای سرکوب تغییرات ناگهانی شتاب و جلوگیری از ناراحتی کاربر یا ناپایداری صندلی چرخدار استفاده کند.
اصل اجرای حرکت بر عملکرد هماهنگ شاسی و سیستم تعلیق تاکید دارد. این قاب اغلب از مواد سبک وزن و با استحکام بالا (مانند آلیاژ آلومینیوم، آلیاژ منیزیم یا کامپوزیتهای فیبر کربن) استفاده میکند تا وزن را کاهش دهد و در عین حال استحکام ساختاری و ظرفیت باربری را تضمین میکند، حمل و نقل و تاشو را تسهیل میکند. در طرحبندی چهار چرخ، چرخهای جلو اغلب چرخهای چرخان برای فرمان هستند، در حالی که چرخهای عقب چرخهای محرک هستند و برای جلوگیری از واژگونی، مجهز به چرخهای ضد غلتش هستند. سیستم تعلیق ضربه های جاده را از طریق عناصر الاستیک و سازه های میرایی جذب می کند و وضعیت ثابتی را برای صندلی چرخدار در هنگام حرکت بر روی سطوح ناهموار مانند درزهای آجری، لبه های فرش یا دیوارهای آجری حفظ می کند و تاثیر ارتعاشات را بر کاربر کاهش می دهد.
بازخورد وضعیت و اصول ایمنی در طول فرآیند طراحی یکپارچه شده است. سیستم ترمز الکترومغناطیسی می تواند در صورت قطع برق یا رها شدن اهرم کنترل فوراً موتور را قفل کند و به توقف "صفر{1}}تأخیر دست یابد. هنگام پارک کردن در یک شیب، حسگر شیب یک عملکرد قفل خودکار را برای جلوگیری از چرخش به عقب فعال می کند. ساختار بدنه خودرو دارای مناطق مچاله و قفس های چرخشی است تا نیروهای ضربه را در هنگام برخورد پراکنده کند و از سرنشینان محافظت کند. برخی از مدلهای پیشرفته همچنین ژیروسکوپها و شتابسنجها را برای نظارت بر وضعیت غیرعادی در زمان واقعی ادغام میکنند و بهطور خودکار خروجی موتور را تنظیم میکنند یا آلارمها را صادر میکنند و یک شبکه ایمنی فعال را تشکیل میدهند.
به طور کلی، اصول طراحی ویلچرهای برقی، بهره وری انرژی، تمرکز بر کنترل دقیق، اطمینان از ایمنی و قابلیت اطمینان، و بهینه سازی رابط کنترل و تجربه سواری از طریق بهینه سازی ارگونومیک را در اولویت قرار می دهد. این رویکرد یکپارچه بینرشتهای، آن را نه تنها به وسیلهای برای حمل و نقل افراد مبتلا به اختلالات حرکتی، بلکه به یک حامل فناوری مهم برای حمایت از زندگی مستقل تبدیل میکند.
