CN101816602B - 多功能四轮驱动式电动轮椅 - Google Patents

Abstract

本发明属于医疗器械类，涉及一种电动轮椅，由六面呈框架结构的支架3，置于支架上方的座椅2、左右对称安装在支架下方的行走机构6和支架中部的驱动装置4、置于座椅上的手动操作装置1组成，其特征在于：组成中还包括姿态控制机构，该机构由调姿减速器5、力矩分配器8、姿态调整装置9和制动装置10组成；行走机构6的大链轮18与驱动装置4的小链轮17相连，力矩分配器8外壳与制动装置10和姿态调整装置9连接，其输出端分别与对称布置的调姿减速器5的输入端相连，调姿减速器的输出端与行走机构的箱体连接；本发明转弯半径小，爬坡能力强，复杂路况适应性强，可自由调整轮椅姿态，可由使用者独立操作上、下楼。

Description

多功能四轮驱动式电动轮椅

技术领域

本发明属于医疗器械类，具体涉及一种为下肢瘫痪或行动不便的人使用的多功能四轮驱动式电动轮椅。

背景技术

由于交通事故、工伤和疾病等原因，特别是近几年自然灾害的日益频繁和局部冲突的日益加剧，近年来残疾人的数量显著增加，其中肢体残疾人数从二十年前的877万人增至2412万人，同时与其他国家相比，我国人口老龄化程度高，已逐步进入老龄化社会。许多大城市，如上海、北京，老年人的比例已接近20％。所以对残疾人用代步工具的要求越来越迫切，现有的商用轮椅基本上是由使用者本人或他人完成行走的功能，但是存在较大的不便，首先是无法解决上楼和下楼问题；其次，复杂路况条件下行动困难，安全系数低；第三，爬坡能力低，使用范围受限；第四，电动代步工具的转弯半径过大，对使用空间要求高；第五，座椅姿态固定，长时间乘坐容易疲劳不舒服。

发明内容

本发明的目的是提供一种转弯半径小，爬坡能力强，复杂路况适应性好，轮椅姿态可自由调整，并且由使用者独立操纵，能够上下楼的多功能四轮驱动式电动轮椅。

本发明的技术方案是：一种多功能四轮驱动式电动轮椅由六面呈框架结构的支架，置于支架上方的座椅、左右对称安装在支架下方的行走机构、左右对称安装在支架中部的驱动装置、置于座椅上的手动操作装置组成，其特征在于：组成中还包括姿态控制机构，该机构由调姿减速器、力矩分配器、姿态调整装置和制动装置组成；

所述的行走机构由主轴、固定在主轴一端的大链轮、安装在主轴另一端的行星减速箱、安装在行星减速箱侧面的两个行走轮组成，所述行星减速箱由悬臂式箱体、置于箱体内并固定在主轴上的太阳轮及其两侧与之相啮合的过渡齿轮和与过渡齿轮相啮合的行星齿轮轴组成，其中行走轮固定在行星齿轮轴的输出端；

所述的驱动装置由光电编码器、微型失电制动器、直流电机、微型减速器和手动离合器依次组装而成，其中微型减速器的动力输出轴轴端固定有小链轮，并通过链条与行走机构中的大链轮连接，该装置与手动操作装置电连接；

所述调姿减速器由固定在支架上的箱体、设置于箱体内的T字型空心轴、固定在空心轴外径上的减速大齿轮、及与减速大齿轮相啮合的第一双联齿轮轴、与第一双联齿轮轴相啮合的第二双联齿轮轴组成，其中空心轴内置有行走机构的主轴，空心轴轴头固定在悬臂式箱体上，左右对称的第二双联齿轮轴分别和与力矩分配器相连接的左连接齿轮轴和右连接齿轮轴相啮合；

所述的力矩分配器由筒形壳体、固定在壳体两端的支撑端盖、置于壳体内的两个输出伞齿轮和与之相对称啮合并安装在螺纹轴上的传动伞齿轮及固定在壳体外壁上的大调姿齿轮组成，其中，两个输出伞齿轮分别固定在与调姿减速器相连接的左连接齿轮轴和右连接齿轮轴的轴端；

所述姿态调整装置由微型光电编码器、与之相连接的空心杯直流电机、与之相连接的行星减速器、电磁离合器、调姿轴及其通过轴承安装在调姿轴上的调姿小齿轮组成，其中，行星减速器和电磁离合器分别固定在调姿支座的两侧，调姿轴的一端连接在行星减速器的输出轴轴端，另一端与固定于支架上的轴承座相连，调姿轴上的调姿小齿轮与力矩分配器上的调姿大齿轮相啮合，同时调姿小齿轮的大端面与电磁离合器的衔铁相连，该装置与手动操作装置电连接；

所述制动装置由电磁制动器、制动座、制动轴和制动齿轮组成，其中电磁制动器和制动座分别安装在调姿支座的两侧、制动轴通过轴承置于制动座内，其一端安装与调姿大齿轮相啮合的制动齿轮，另一端与电磁制动器连接；

所述的手动操作装置由操作手柄、按键、微型处理器及驱动电路组成，该装置由安装在支架后方的蓄电池组供电。

所述座椅的下方安装有测倾仪。

本发明具有如下有益效果：本发明采用双行星轮机构组成行走机构，利用力矩分配器平均分配左、右两侧行走机构的受力；姿态调整装置输出经力矩分配器和左、右两侧的调姿减速器将调姿力矩平均分配并放大后传递到左、右两侧行走机构的主体，从而调整轮椅整体位姿，同时调姿控制机构的调整装置上设置的电磁制动器和电磁离合器相互配合可以实现轮椅位姿保持及行走与上下楼模式的切换。通过以上述机构的共同作用，本发明可以实现以下功能：第一、乘坐者独立上楼；第二、乘坐者独立下楼；第三、复杂路面确保四轮支撑，安全性高；第四、爬坡能力强，最大爬坡角度大于30度；第五、零半径转弯，占用活动空间小；第六、无级调速功能，可以手动控制行走速度；第七、掉电和意外故障保护和行走功能；第八、轮椅姿态自由调整，满足不同乘坐者的使用要求；本发明基于模块化设计，安装调试方便，维修快捷，可以通过不同模块的配合实现功能搭配，为不同用户量身定做其满意的服务类型。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是图1的B-B剖视图；

图3是图1的A-A剖视图；

图4是图3的I处的局部放大图；

图5是图2的C-C旋转剖视图；

图6是立体示意图。

图中标记说明：1手动操作装置，2座椅，3支架，4驱动装置，5调姿减速器，6行走机构，7行走轮，8力矩分配器，9姿态调整装置，10制动装置，11光电编码器，12微型失电制动器，13直流电机，14微型减速器，15手动离合器，16动力输出轴，17小链轮，18大链轮，19行星减速箱，20悬臂式箱体，21行星齿轮轴，22过渡齿轮，23过渡轴，24太阳轮，25主轴，26空心轴，27减速大齿轮，28第一双联齿轮轴，29第二双联齿轮轴，30左连接齿轮轴，31箱体，32右连接齿轮轴，33电磁制动器，34制动座，35制动轴，36制动齿轮，37传动伞齿轮，38输出伞齿轮，39壳体，40大调姿齿轮，41调姿轴，42调姿小齿轮，43电磁离合器，44支撑端盖，45微型光电编码器，46空心杯直流电机，47行星减速器，48调姿输出轴，49衔铁，50调姿支座，51轴承座，52测倾仪，53蓄电池组，54螺纹轴。

具体实施方式

下面结合图1～图6对实施方式进行详细说明：一种多功能四轮驱动式电动轮椅由手动操作装置1、座椅2、支架3、驱动装置4、行走机构6、姿态控制机构和蓄电池组53组成，其中姿态控制机构由调姿减速器5、力矩分配器8、姿态调整装置9和制动装置10组成。支架3为呈六面体的框架结构，其上方设置座椅2，其中部左右对称的安装驱动装置4，其下方左右对称的安装行走机构6和调姿减速器5，其后方一角安装蓄电池组53，同时姿态调整装置9和制动装置10也通过调姿支座50与支架3相连，为使用者操作方便控制整机运行的手动操作装置1安装在座椅2的右侧扶手处；

所述的行走机构6由行走轮7、悬臂式箱体20、行星齿轮轴21、过渡齿轮22、过渡轴23、太阳轮24、主轴25和大链轮18组成，太阳轮24固定在主轴25的一端并通过安装在主轴上的轴承与悬臂式箱体20相连，过渡齿轮22对称布置在太阳轮24的两侧并与之相啮合，过渡齿轮与过渡轴23的中部相连并通过安装在过渡轴上的轴承与悬臂式箱体20相连，行星齿轮轴21对称布置在太阳轮24的两侧并与过渡齿轮22相啮合，行星齿轮轴通过轴承与悬臂式箱体20相连，行走轮7设置于行星齿轮轴21的输出端并通过锁紧螺母固定，大链轮18设置于主轴25的输入端并通过细牙螺母固定；

所述的驱动装置4由市售的光电编码器11、微型失电制动器12、直流电机13、微型减速器14和手动离合器15依次组装而成，其中手动离合器15安装于微型减速器14和动力输出轴16之间可以在轮椅出现故障时使行走机构6与驱动装置4脱离接触，从而可使轮椅在外力作用下移动，该装置的动力输出轴16轴端固定有小链轮17，并通过链条与行走机构6中的大链轮18连接，该装置中的光电编码器11、微型失电制动器12和直流电机13与手动操作装置1电连接；

所述调姿减速器5由T字型空心轴26、减速大齿轮27、第一双联齿轮轴28、第二双联齿轮轴29和箱体31组成，箱体31左右对称的安装于支架3上，T字型空心轴26通过滑动轴承与箱体31相连，其外径安装有减速大齿轮27，其轴头与悬臂式箱体20固联，其内部置有行走机构6的主轴25，第一双联齿轮轴28和第二双联齿轮轴29通过安装在两侧的滑动轴承与箱体31相连，减速大齿轮27、第一双联齿轮轴28和第二双联齿轮轴29依次相啮合，左右对称的第二双联齿轮轴29分别和与力矩分配器相连接的左连接齿轮轴30和右连接齿轮轴32相啮合；

所述的力矩分配器8由传动伞齿轮37、输出伞齿轮38、筒形壳体39、支撑端盖44和螺纹轴54组成，支撑端盖44固定在筒形壳体39的两端，壳体内设置有两个输出伞齿轮38和与之相对称啮合的两个传动伞齿轮37，两个输出伞齿轮38分别固定在与调姿减速器5相连接的左连接齿轮轴30和右连接齿轮轴32轴端并通过两端的支撑端盖44与筒形壳体39相连，传动伞齿轮37通过轴承安装在螺纹轴54上，大调姿齿轮40与壳体外壁固联；

所述姿态调整装置9由市售的微型光电编码器45、与之相连接的空心杯直流电机46、与之相连接的行星减速器47、电磁离合器43、调姿轴41及其通过轴承安装在调姿轴41上的调姿小齿轮42组成，其中，行星减速器47和电磁离合器43分别固定在调姿支座50的两侧，调姿轴41的一端连接在行星减速器的调姿输出轴48轴端，另一端与固定于支架3上的轴承座51相连，调姿轴41上的调姿小齿轮42与力矩分配器8上的调姿大齿轮40相啮合，同时调姿小齿轮42的大端面与电磁离合器的衔铁49相连，该装置中的微型光电编码器45、空心杯直流电机46和电磁离合器43与手动操作装置1电连接；

所述制动装置10由电磁制动器33、制动座34、制动轴35和制动齿轮36组成，其中电磁制动器33和制动座34分别安装在调姿支座50的两侧、制动轴35通过轴承置于制动座34内，其一端安装与调姿大齿轮40相啮合的制动齿轮36，另一端与电磁制动器33连接，该装置中的电磁制动器33与手动操作装置1电连接；

所述的手动操作装置1由操作手柄、按键、微型处理器及驱动电路组成，该装置由安装在支架后方的蓄电池组53供电。

所述多功能四轮驱动式电动轮椅还包括测倾仪52，测倾仪52安装在座椅2的下方，可实时反馈座椅2与水平面夹角。

工作原理：(参见图1～图6)，本发明的行走机构左右对称，结构相同，所述的行走机构的太阳轮固定在主轴上，其两侧对称设置与其相啮合的过渡齿轮，同时过渡齿轮与两侧对称的行星齿轮轴啮合，这样悬臂式箱体、主轴、太阳轮、过渡齿轮和行星齿轮轴就组成了一个行星轮系，本发明力矩分配器的筒形壳体、固定在壳体两端的支撑端盖、置于壳体内的两个输出伞齿轮和与之相对称啮合并安装在螺纹轴上的传动伞齿轮，组成差动轮系，可将姿态调整装置的调姿力矩平均分配到左连接齿轮轴和右连接齿轮轴上。本发明的调姿减速器左右对称、结构相同，其减速大齿轮固定在T字型空心轴外径上、同时空心轴轴头固定在悬臂式箱体上，这样作用在左连接齿轮轴和右连接齿轮轴上的调姿力矩可经过第二双联齿轮轴、第一双联齿轮轴和减速大齿轮放大后作用到行走机构的外壁上。

下面针对本发明的不同功能来介绍其实现原理：

1、复杂路况四轮支撑：平地行走时本发明的姿态调整装置不通电，电磁制动器制动，力矩分配器外壳通过大调姿齿轮、制动齿轮、制动轴被电磁制动器锁住，左侧行走机构、左侧调姿减速器、力矩分配器、右侧调姿减速器、右侧行走机构构成闭链传动，并通过差动轮系使左侧行走机构和右侧行走机构所受外力矩大小相等，因为与地面接触的四个行走轮其中任意一个悬空，都将导致左侧行走机构和右侧行走机构所受外力矩大小为零，这种情况在实际中是不存在的，所以本发明可以在复杂路况下实现四轮支撑，确保使用者安全。

2、行走及零半径转弯：左侧驱动装置和右侧驱动装置的输出通过链传动方式分别输入到左侧行走机构和右侧行走机构中，通过四个行走轮作用于地面，其中左侧两个行走轮和左侧驱动装置输出轴的转向相同，右侧两个行走轮和右侧驱动装置输出轴的转向相同，当左侧驱动装置和右侧驱动装置的转速和方向都相同时，轮椅直线行走，当左侧驱动装置转速高于右侧驱动装置时，轮椅左转弯，当左侧驱动装置转速低于右侧驱动装置时，轮椅右转弯，当左侧驱动装置与右侧驱动装置转速相同方向相反时，本发明零半径转弯。

3、调姿及爬坡功能：本发明调整位姿时，姿态调整装置通电，电磁制动器解锁，电磁离合器啮合，调姿组件的输入力矩经电磁离合器、衔铁、小姿齿轮、大姿齿轮作用于力矩分配器外壳，左侧行走机构和右侧行走机构与地面接触，位姿固定，电磁离合器所受反作用力经与之固联的安装座作用到支架上，支架绕主轴转动，从而实现调姿功能；由以上叙述可知本发明为四轮驱动方式，输出力大，并且通过位姿调整可以调整整机的重心位置，所以可以突破爬坡极限。

4、上、下楼功能：本发明上、下楼时，电磁制动器通电，电磁离合器掉电，左侧行走机构、左侧调姿减速器、力矩分配器、右侧调姿减速器、右侧行走机构运动独立。上楼时，使用者背对楼梯，并借助楼梯栏杆使座椅后倾，这时轮椅的重心后移，当四个行走轮与地面的滚动摩阻所产生的力矩大于左、右两侧行走机构的翻转力矩时，行走机构向后翻转，实现上楼动作；下楼时，使用者面对楼梯，并借助楼梯栏杆使座椅前倾，这时轮椅的重心前移，当四个行走轮与地面的滚动摩阻所产生的力矩大于左、右两侧行走机构的翻转力矩时，行走机构向前翻转，实现下楼动作；如此反复可以实现上下楼功能。

Claims (2)

1.一种多功能四轮驱动式电动轮椅，由六面呈框架结构的支架(3)，置于支架上方的座椅(2)、左右对称安装在支架下方的行走机构(6)、左右对称安装在支架中部的驱动装置(4)、置于座椅上的手动操作装置(1)组成，其特征在于：组成中还包括姿态控制机构，该机构由调姿减速器(5)、力矩分配器(8)、姿态调整装置(9)和制动装置(10)组成；

所述的行走机构(6)由主轴(25)、固定在主轴(25)一端的大链轮(18)、安装在主轴(25)另一端的行星减速箱(19)、安装在行星减速箱(19)侧面的两个行走轮(7)组成，所述行星减速箱(19)由悬臂式箱体(20)、置于箱体内并固定在主轴(25)上的太阳轮(24)及其两侧与之相啮合的过渡齿轮(22)和与过渡齿轮(22)相啮合的行星齿轮轴(21)组成，其中行走轮(7)固定在行星齿轮轴(21)的输出端；

所述的驱动装置(4)由光电编码器(11)、微型失电制动器(12)、直流电机(13)、微型减速器(14)和手动离合器(15)依次组装而成，其中微型减速器(14)的动力输出轴(16)轴端固定有小链轮(17)，并通过链条与行走机构(6)中的大链轮(18)连接，该装置与手动操作装置(1)电连接；

所述调姿减速器(5)由固定在支架(3)上的箱体(31)、设置于箱体内的T字型空心轴(26)、固定在空心轴(26)外径上的减速大齿轮(27)、及与减速大齿轮(27)相啮合的第一双联齿轮轴(28)、与第一双联齿轮轴(28)相啮合的第二双联齿轮轴(29)组成，其中空心轴(26)内置有行走机构(6)的主轴(25)，空心轴(26)轴头固定在悬臂式箱体(20)上，左右对称的第二双联齿轮轴(29)分别和与力矩分配器相连接的左连接齿轮轴(30)和右连接齿轮轴(32)相啮合；

所述的力矩分配器(8)由筒形壳体(39)、固定在壳体(39)两端的支撑端盖(44)、置于壳体内的两个输出伞齿轮(38)和与输出伞齿轮相对称啮合并安装在螺纹轴(54)上的传动伞齿轮(37)及固定在壳体外壁上的大调姿齿轮(40)组成，其中，两个输出伞齿轮(38)分别固定在与调姿减速器(5)相连接的左连接齿轮轴(30)和右连接齿轮轴(32)的轴端并通过轴承与两端的支撑端盖(44)相连；

所述姿态调整装置(9)由微型光电编码器(45)、与编码器相连接的空心杯直流电机(46)、与电机相连接的行星减速器(47)、电磁离合器(43)、调姿轴(41)及其通过轴承安装在调姿轴(41)上的调姿小齿轮(42)组成，其中，行星减速器(47)和电磁离合器(43)分别固定在调姿支座(50)的两侧，调姿轴(41)的一端连接在行星减速器的调姿输出轴(48)轴端，另一端与固定于支架(3)上的轴承座(51)相连，调姿轴(41)上的调姿小齿轮(42)与力矩分配器(8)上的调姿大齿轮(40)相啮合，同时调姿小齿轮(42)的大端面与电磁离合器的衔铁(49)相连，该装置与手动操作装置(1)电连接；

所述制动装置(10)由电磁制动器(33)、制动座(34)、制动轴(35)和制动齿轮(36)组成，其中电磁制动器(33)和制动座(34)分别安装在调姿支座(50)的两侧、制动轴(35)通过轴承置于制动座(34)内，其一端安装与调姿大齿轮(40)相啮合的制动齿轮(36)，另一端与电磁制动器(33)连接，该装置与手动操作装置(1)电连接；

所述的手动操作装置(1)由操作手柄、按键、微型处理器及驱动电路组成，该装置由安装在支架后方的蓄电池组(53)供电。

2.根据权利要求1所述多功能四轮驱动式电动轮椅，其特征在于：所述座椅(2)的下方安装有测倾仪(52)。

Images