CN101703440B - 电动爬楼轮椅车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动爬楼轮椅车，包括座椅、扶手、前轮、后轮和复合底盘总成，动力箱的行走输出轴连接前轮，越障爬楼输出轴连接后轴齿轮箱，后轴齿轮箱驱动越障履带的带轮，后轮的翻转架通过轴套安装在后轮轴上，副履带架与履带架相铰接，副履带架与动力箱之间由前连杆活动相连，副履带架与后轮的翻转架之间由链轮相连，电动推杆一端连接在机架上，另一端通过变姿态机构驱动后轮翻转，承载架、机架和后连杆的一端同轴固定在支轴上，支轴两端的月形定位块与履带架端部的月形扣环相配合，后连杆另一端与履带架铰接。本发明具备平地行走、跨坎越沟、上下爬楼等功能，具有结构紧凑、自动化程度高、工作稳定、使用安全，体积小巧的优点。

Description

电动爬楼轮椅车

技术领域

本发明涉及一种电动爬楼轮椅车。

背景技术

目前，公知的轮椅、电动轮椅只能在坡度小于12度平坦的路面上行驶，但遇到楼梯台阶、沟槽、坎就无法跨越。

而跨越楼梯梯级却是这些行动不便人群的最大障碍。2004年国家为了解决这些住房上下楼梯的问题，考虑为这些住房加装电梯，但由于各方面的原因，致使该计划搁浅。现在国外为解决乘坐轮椅者跨越楼梯是借助楼宇的紧急疏散的运输设备——爬楼车，即将轮椅临时固定在爬楼车上，借以上下楼梯。使用完毕后又要送回原处，使用程序繁琐。虽然能解决乘坐轮椅者上下楼梯，但在没有配备爬楼车的楼宇就无法上下楼梯。

目前，国内外爬楼轮椅按照爬楼梯的运动方式可分为连续型和间歇型两种。

连续型爬楼梯轮椅的主要特点是在爬楼梯过程中，只有一套支撑装置，依靠这套支撑装置的连续运动，从而实现轮椅上下楼梯的功能。但现有技术的结构非常复杂。

间歇型爬楼梯轮椅的爬楼梯过程类似于人上下楼梯的过程，其主要特点是具有两套支撑装置，两套支撑装置交替支撑，以实现上下楼梯的功能。其缺点是结构复杂，爬楼梯过程不连续的，爬楼梯的速度慢，所以也没有被推广。

发明内容

本发明的目的是提供一种体积小巧、操作简单灵活、使用安全、具有代步、跨坎、越沟、爬楼等功能的智能电动爬楼轮椅。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括座椅、扶手、前轮、后轮和复合底盘总成，复合底盘总成包括副履带架、越障履带、前连杆、履带架、复合底盘顶块、复合动力箱体、电动推杆、传动轴、变姿态机构、承载架、机架、后连杆、月形定位块、后轴齿轮箱、后轮轴和月形扣环，座椅和扶手固定在承载架上，复合动力箱体固定在机架上，复合动力箱体的行走输出轴连接前轮、越障、爬楼输出轴通过传动轴连接后轴齿轮箱，后轴齿轮箱通过后轮轴驱动越障履带的带轮，后轮的翻转架通过轴套安装在后轮轴上，副履带架与履带架相铰接，副履带架与复合动力箱体之间由前连杆活动相连，副履带架与后轮的翻转架之间由链轮相连，电动推杆的一端连接在机架上，另一端通过变姿态机构驱动后轮翻转，承载架、机架和后连杆的一端同轴固定在支轴上，支轴的两端固定月形定位块，月形定位块与履带架端部的月形扣环相配合，后连杆的另一端与履带架铰接，变姿态机构包括变姿轴、机构架和后轮轴架，机构架一组两个对称设置平行连接变姿轴和后轮轴架，在两机构架之间的变姿轴上固定两个摆臂，两摆臂之间由销轴相连，电动推杆的一端铰接在销轴上，在机构架的一侧设置随动凸形摆，随动凸形摆与机构架之间由凸形摆轴相连，随动凸形摆上设有随动滑槽，机构架上设有导向槽，摆臂的一端通过滑销同时与随动滑槽、导向槽滑动配合，凸形摆轴的端部固定随动小链轮，随动小链轮通过随动链条与固定在变姿轴上的随动大链轮相连，在变姿轴上固定扇形链轮，扇形链轮通过后轮翻转链条与固定在翻转架上的后轮翻转链轮相连。

在变姿轴的一侧设置张紧轴，张紧轴上固定张紧轮，后轮翻转链条与张紧轮相配合。

在承载架的下方设置减震器，减震器的一端固定在承载架上，另一端固定在复合动力箱体上。

复合动力箱体包括箱体、电机和箱体侧部的动力离合机构，电机通过蜗杆、蜗轮进行第一级减速，滑动齿轮可滑动地插接在蜗轮轴上并与之连动，滑动齿轮的下方设有与之相配合的行走轮齿轮和爬楼齿轮，行走轮齿轮进行二级减速连动行走轮动力输出轴，爬楼齿轮进行二级减速通过伞齿轮副连动爬楼机构动力输出轴。

动力离合机构包括离合传动臂、离合轴、拨叉臂和拨叉，离合轴连接离合传动臂和拨叉臂并由螺母紧固，拨叉铰接在拨叉臂一端拨动滑动齿轮。

复合动力箱体通过动力切换装置与复合底盘顶块相配合，动力切换装置包括铰接在复合动力箱体的箱体外的翻板，翻板的一端联动离合传动臂，翻板的上端面顶压弹簧，翻板的下侧设置滑块，滑块与拉索相连，滑块的下方设置顶杆，顶杆与下侧的复合底盘顶块相配合。

弹簧套装在螺杆外，螺杆的上端设有螺母。

滑块上设有一凸起部。

翻板的一端通过连杆联动离合传动臂。

本发明通过上述具体设计，使电动轮椅不仅适合于于平地行走，而且具备跨坎、越沟、上下爬楼等越障功能，具有体积小巧、操作简单灵活、使用安全、工作稳定、可靠性强的优点。

附图说明

以下结合附图和实施例说明本发明的详细内容。

图1是本发明平地行走状态结构示意图；

图2是本发明中复合底盘总成平地轮行状态结构示意图；

图3是本发明中复合底盘总成跨坎、越沟状态结构示意图；

图4是本发明中复合底盘总成爬楼前状态结构示意图；

图5是本发明变姿态机构的结构示意图；

图6是本发明中机架和承载架间的装配结构示意图；

图7是本发明中复合底盘总成传动图；

图8是副履带架与后轮的翻转架间的装配结构示意图；

图9是本发明中复合动力箱体的结构示意图；

图10是图9的A-A剖视图；

图11是复合动力箱体的离合结构示意图；

图12是图11的侧视示意图；

图13是本发明中动力离合机构的结构示意图；

图14是图13的B-B剖视图。

具体实施方式

如图所示，本发明包括座椅42、扶手43、前轮4、后轮14和复合底盘总成，其特征是复合底盘总成包括副履带架1、越障履带2、前连杆3、履带架5、复合底盘顶块6、复合动力箱体7、电动推杆9、传动轴10、变姿态机构11、承载架12、机架13、后连杆15、月形定位块16、后轴齿轮箱17、后轮轴19和月形扣环18，座椅42和扶手43固定在承载架12上，复合动力箱体7固定在机架13上，复合动力箱体7的行走输出轴连接前轮4、越障、爬楼输出轴通过传动轴10连接后轴齿轮箱17，后轴齿轮箱17通过后轮轴19驱动越障履带2的带轮20，后轮14的翻转架39通过轴套40安装在后轮轴19上，副履带架1与履带架5相铰接，副履带架1与复合动力箱体7之间由前连杆3活动相连，副履带架1与后轮14的翻转架39之间由链轮41相连，电动推杆9的一端连接在机架13上，另一端通过变姿态机构11驱动后轮14翻转，承载架12、机架13和后连杆15的一端同轴固定在支轴21上，支轴21的两端固定月形定位块16，月形定位块16与履带架5端部的月形扣环18相配合，后连杆15的另一端与履带架5铰接，变姿态机构11包括变姿轴22、机构架23和后轮轴架62，机构架23一组两个对称设置平行连接变姿轴22和后轮轴架62，在两机构架23之间的变姿轴22上固定两个摆臂24，两摆臂24之间由销轴25相连，电动推杆9的一端铰接在销轴25上，在机构架23的一侧设置随动凸形摆26，随动凸形摆26与机构架23之间由凸形摆轴27相连，随动凸形摆26上设有随动滑槽28，机构架23上设有导向槽29，摆臂24的一端通过滑销30同时与随动滑槽28、导向槽29滑动配合，凸形摆轴27的端部固定随动小链轮31，随动小链轮31通过随动链条32与固定在变姿轴22上的随动大链轮33相连，在变姿轴22上固定扇形链轮34，扇形链轮34通过后轮翻转链条35与固定在翻转架39上的后轮翻转链轮36相连。在变姿轴22的一侧设置张紧轴37，张紧轴37上固定张紧轮38，后轮翻转链条35咬合张紧轮38。在承载架12的下方设置减震器8，减震器8的一端固定在承载架12上，另一端固定在复合动力箱体7上。复合动力箱体7包括箱体44、电机45和箱体44侧部的动力离合机构，电机45通过蜗杆47、蜗轮48进行第一级减速，滑动齿轮49可滑动地插接在蜗轮轴50上并与之连动，滑动齿轮49的下方设有与之相配合的行走轮齿轮51和爬楼齿轮52，行走轮齿轮51进行二级减速连动行走轮动力输出轴53，爬楼齿轮52进行二级减速通过伞齿轮副54连动爬楼机构动力输出轴55。动力离合机构包括离合传动臂56、离合轴57、拨叉臂58和拨叉59，离合轴57连接离合传动臂56和拨叉臂58并由螺母60紧固，拨叉59铰接在拨叉臂58一端拨动滑动齿轮49。复合动力箱体7通过动力切换装置与复合底盘顶块6相配合，动力切换装置包括铰接在复合动力箱体7的箱体44外的翻板63，翻板63的一端联动离合传动臂56，翻板63的上端面顶压弹簧64，翻板63的下侧设置滑块65，滑块65与拉索66相连，滑块65的下方设置顶杆67，顶杆67与下侧的复合底盘顶块6相配合。弹簧64套装在螺杆68外，螺杆68的上端设有螺母69。滑块65上设有一凸起部70。翻板63的一端通过连杆61联动离合传动臂56。

本发明具体的结构内容、工作原理和机构实现的方法如下：

平地行走时，复合动力箱体7切入轮式行走档，平地行走机构获取动力，越障行走机构失去动力，由于副履带架1、越障履带2、履带架5通过支架13以月形扣环18为支点由电动推杆9向上提拉，使其离开地面，前轮4、后轮14着地。

平地跨坎、越沟时，可起动机器人复合底盘变姿态机构11，月形定位块16与月形扣环18脱离，电力推杆9伸长，由于前连杆3和后连杆15的作用，使履带架5水平下放着地，前轮4相对提起离开地面，因副履带架1与前连杆3铰接，故可控制与地面形成一越障角度，履带架5后部也成一倾斜越障坡度，后轮14由于变姿态机构11中各链条、链轮的联动翻转，超越越障履带2藏于复合底盘内。此时带轮20、越障履带2通过传动轴10、后轴齿轮箱17获取动力，前轮4同时失去动力。姿态调整完毕后机器人复合底盘就可在有地沟、坎或凹凸不平不同的路面上直线行走、转向、倒退、掉头，由于采用2副复合动力箱，因此只要控制电机的转速和转向，机器人复合底盘就可轻松做到适宜的行驶速度、转向及原地360度旋转。

上下爬楼梯时，首先要进行底盘角度的调整(姿态准备)。当机器人复合底盘倒行至楼梯台阶前时，起动变姿态开关。此时电力推杆9伸长，以月形扣环(18)为支点使履带架5倾斜下放着地，因副履带架1与前连杆3固定，故与地面形成一越障坡度，同时也降低了承载架12的高度，同时越障履带2获取动力，行走前轮4同时失去动力，

当机器人复合底盘向楼梯倒行，后轮14接触楼梯台阶为爬楼姿态准备完毕。由于副履带架1的作用使机器人复合底盘的重心大幅度降低，提高稳定性。

当机器人复合底盘继续向楼梯爬行，越障履带2开始接触楼梯台阶并强制后轮14向机器人复合底盘内作顺时针方向翻转，由于后轮14带动变姿态机构11动作，为保证承载架12正常状态不变，促使电动推杆9伸长，后轮14随进入台阶程度逐渐收拢。

随后进入爬楼过程，当越障机构完全与台阶结合时，后轮14随进入台阶程度逐渐收拢，后轮14收拢至胶履齿底线以内离开台阶斜面，后轮14收拢完毕，整个后轮14收拢过程自动完成。同时复合底盘姿态的调整保证机器人复合底盘在上下楼时，其重心在支撑范围内，整个过程平稳安全。电动推杆9伸长使履带架5与承载架12形成与台阶倾斜度相吻合的夹角，机器人复合底盘在台阶斜面的过程中前轮抬起离开台阶斜面，通过双轴倾角传感器可根据台阶倾斜度度变化，随动控制电动推杆9伸长或收缩从而使承载架12始终处于正常状态。

当机器人复合底盘爬到最后一级台阶时由于传感器的作用，电动推杆9收缩工作，通过变姿态机构11使后轮14逐渐向外伸展并接触地面成为支撑。

爬楼结束后，当机器人复合底盘继续上爬进入平面即进入爬楼结束状态，如需再爬楼此姿态不作改变。当机器人复合底盘如不再爬楼，机器人复合底盘即恢复到平地行走状态。

变姿态机构11的工作原理是：电动爬楼梯轮椅向上爬楼，整机倾角起变化，由于机构中双轴倾角传感器要维持电动轮椅整机的正常状态，双轴倾角传感器控制电动推杆9继续延伸，将摆臂24下压使扇形链轮34和随动大链轮33转动一定角度，同时带动后轮翻转链轮36、随动小链轮31转动，从而使后轮14作顺时针方向转动，随动凸形摆26同时也作顺时针方向转动，随动凸形摆26由于给变姿态机构11增加阻力，使变姿态机构动作时受双轴倾角传感器控制，而后轮14在完全收拢前均能起到与地面支撑作用。另由于电动爬楼梯轮椅向上爬楼促使后轮14在楼梯台阶的作用下，也可使后轮14起到强制收拢作用。

机器人复合底盘继续向上爬楼，此时在双轴倾角传感器控制下爬楼履带完全进入楼梯台阶，电动爬楼梯轮椅整机始终处在正常状态。

机器人复合底盘继续向上爬至楼梯的最后一级台阶时，轮椅内的测距传感器对电动推杆9控制下及随动凸形摆26反作用力双重作用是下后轮14开始逐渐放开，成为平地上支撑轮。

机器人复合底盘继续向上爬楼，由于整机倾角变化，双轴倾角传感器控制电动推杆9进行收缩，拉动摆臂24、随动凸形摆26使后轮14完全放出，副履带开始收拢。

如机器人复合底盘不需要再爬楼时，启动平地行走按钮，使电动推杆9完全收缩，使越障履带2向上提拉离开地面而前轮4着地。此时越障履带失去动力前轮4获取动力。

复合动力箱7在工作状态下，电机45通过蜗杆47、蜗轮48进行第一级减速，滑动齿轮10与行走轮齿轮12、爬楼齿轮11进行底二级减速。如滑动齿轮49与行走轮齿轮51啮合，则行走轮动力输出轴转动，可使电动爬楼轮椅在平地上行走。如滑动齿轮49与爬楼齿轮52啮合再通过爬楼伞齿轮副54成90°传动使爬楼机构动力输出轴转动，可使电动爬楼轮椅在平地上跨越槽沟、地坎行走、上下楼梯自动爬楼。如滑动齿轮49与行走轮齿轮51、爬楼齿轮52均不啮合，处在两齿轮之间的空档位置，可使电动爬楼轮椅在平地上由护理人员推行。复合动力箱7的动力离合机构的工作状态如下：当电动轮椅处在平地地行走时，由于复合底盘上移带动翻板63和连杆61上行将离合传动臂56转到轮椅行走档，使滑动齿轮49与行走轮齿轮51啮合。如需护理推行，由护理人员将档位调到护理人员推行档，则滑动齿轮49处于行走轮齿轮51和爬楼齿轮52的中间位置，均不啮合。当电动轮椅处在爬楼状态时，由于复合底盘下移带动调档轴2和推杆6下行将离合传动臂56转到爬楼行走档，使滑动齿轮49与爬楼轮齿轮11啮合。

动力切换装置在工作状态下：A轮式行走时，由于越障履带架由电动推杆9向上提拉，使其离开地面，前轮4、后轮14着地。复合底盘顶块6带动顶杆67、滑块65、翻板63及连杆61上行将离合传动臂56转过一定角度，使复合动力箱7切入轮式行走档，平地行走机构获取动力，越障行走机构失去动力。B人工推行，如平地行走时遇低电量或机器故障，拉动拉索66使滑块65后移，由于弹簧64的作用使翻板63下翻带动连杆61下行将离合传动臂56转过一定角度，使复合动力箱7切入护理人员推行档，此时行走轮、越障履带均失去动力，即可人工推行。C越障行走(平地跨坎、越沟)，若遇坎、沟或凹凸不平的路面，越障履带水平接触地面，前轮4向上提起，后轮4收拢于底盘内，复合底盘顶块6离开顶杆67，由于弹簧64的作用使翻板63及连杆61下行将离合传动臂56转过一定角度，使复合动力箱7切入越障行走档，此时，越障行走机构获取动力，平地行走机构失去动力。D越障行走(爬楼)，若需跨越楼梯，越障履带2倾斜下放接触地面，前轮4向上提起，后轮14收拢于底盘内，复合底盘顶块6离开顶杆67，由于弹簧64的作用使翻板63及连杆61下行将离合传动臂56转过一定角度，使复合动力箱7切入越障行走档，此时，越障行走机构获取动力，平地行走机构失去动力。

Claims (9)

1.一种电动爬楼轮椅车，包括座椅、扶手、前轮、后轮和复合底盘总成，其特征是复合底盘总成包括副履带架(1)、越障履带(2)、前连杆(3)、履带架(5)、复合底盘顶块(6)、复合动力箱体(7)、电动推杆(9)、传动轴(10)、变姿态机构(11)、承载架(12)、机架(13)、后连杆(15)、月形定位块(16)、后轴齿轮箱(17)、后轮轴(19)和月形扣环(18)，座椅(42)和扶手(43)固定在承载架(12)上，复合动力箱体(7)固定在机架(13)上，复合动力箱体(7)的行走输出轴连接前轮(4)、越障、爬楼输出轴通过传动轴(10)连接后轴齿轮箱(17)，后轴齿轮箱(17)通过后轮轴(19)驱动越障履带(2)的带轮(20)，后轮(14)的翻转架(39)通过轴套(40)安装在后轮轴(19)上，副履带架(1)与履带架(5)相铰接，副履带架(1)与复合动力箱体(7)之间由前连杆(3)活动相连，副履带架(1)与后轮(14)的翻转架(39)之间由链轮(41)相连，电动推杆(9)的一端连接在机架(13)上，另一端通过变姿态机构(11)驱动后轮(14)翻转，承载架(12)、机架(13)和后连杆(15)的一端同轴固定在支轴(21)上，支轴(21)的两端固定月形定位块(16)，月形定位块(16)与履带架(5)端部的月形扣环(18)相配合，后连杆(15)的另一端与履带架(5)铰接，变姿态机构(11)包括变姿轴(22)、机构架(23)和后轮轴架(62)，机构架(23)一组两个对称设置平行连接变姿轴(22)和后轮轴架(62)，在两机构架(23)之间的变姿轴(22)上固定两个摆臂(24)，两摆臂(24)之间由销轴(25)相连，电动推杆(9)的一端铰接在销轴(25)上，在机构架(23)的一侧设置随动凸形摆(26)，随动凸形摆(26)与机构架(23)之间由凸形摆轴(27)相连，随动凸形摆(26)上设有随动滑槽(28)，机构架(23)上设有导向槽(29)，摆臂(24)的一端通过滑销(30)同时与随动滑槽(28)、导向槽(29)滑动配合，凸形摆轴(27)的端部固定随动小链轮(31)，随动小链轮(31)通过随动链条(32)与固定在变姿轴(22)上的随动大链轮(33)相连，在变姿轴(22)上固定扇形链轮(34)，扇形链轮(34)通过后轮翻转链条(35)与固定在翻转架(39)上的后轮翻转链轮(36)相连。

2.根据权利要求1所述的电动爬楼轮椅车，其特征是在变姿轴(22)的一侧设置张紧轴(37)，张紧轴(37)上固定张紧轮(38)，后轮翻转链条(35)与张紧轮(38)相配合。

3.根据权利要求1或2所述的电动爬楼轮椅车，其特征是在承载架(12)的下方设置减震器(8)，减震器(8)的一端固定在承载架(12)上，另一端固定在复合动力箱体(7)上。

4.根据权利要求1或2所述的电动爬楼轮椅车，其特征是复合动力箱体(7)包括箱体(44)、电机(45)和箱体(44)侧部的动力离合机构，电机(45)通过蜗杆(47)、蜗轮(48)进行第一级减速，滑动齿轮(49)可滑动地插接在蜗轮轴(50)上并与之连动，滑动齿轮(49)的下方设有与之相配合的行走轮齿轮(51)和爬楼齿轮(52)，行走轮齿轮(51)进行二级减速连动行走轮动力输出轴(53)，爬楼齿轮(52)进行二级减速通过伞齿轮副(54)连动爬楼机构动力输出轴(55)。

5.根据权利要求4所述的电动爬楼轮椅车，其特征是动力离合机构包括离合传动臂(56)、离合轴(57)、拨叉臂(58)和拨叉(59)，离合轴(57)连接离合传动臂(56)和拨叉臂(58)并由螺母(60)紧固，拨叉(59)铰接在拨叉臂(58)一端拨动滑动齿轮(49)。

6.根据权利要求5所述的电动爬楼轮椅车，其特征是复合动力箱体(7)通过动力切换装置与复合底盘顶块(6)相配合，动力切换装置包括铰接在复合动力箱体(7)的箱体(44)外的翻板(63)，翻板(63)的一端联动离合传动臂(56)，翻板(63)的上端面顶压弹簧(64)，翻板(63)的下侧设置滑块(65)，滑块(65)与拉索(66)相连，滑块(65)的下方设置顶杆(67)，顶杆(67)与下侧的复合底盘顶块(6)相配合。

7.根据权利要求6所述的电动爬楼轮椅车，其特征是弹簧(64)套装在螺杆(68)外，螺杆(68)的上端设有螺母(69)。

8.根据权利要求6或7所述的电动爬楼轮椅车，其特征是滑块(65)上设有一凸起部(70)。

9.根据权利要求8所述的电动爬楼轮椅车，其特征是翻板(63)的一端通过连杆(61)联动离合传动臂(56)。

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