CN101897641A - 平地、楼梯两用助行装置 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种平地、楼梯两用助行装置，车身后方的两个平地滚轮通过固定支架内的机械传动及切换机构与车身连接。车身左、右后方的爬楼梯机构分别与车身左、右后方的机械传动及切换机构连接，车身左、右前方的平地滚轮和车身左、右前方的爬楼梯机构分别通过车身前方的两组组合支撑杆及其传动机构与车身连接。执行电机及其驱动控制系统位于车身座椅下方，控制两组组合支撑杆及其传动机构中的两根支撑杆、车身后方的两个平地滚轮和四组爬楼梯机构的运动。本发明平地时可由使用者控制电动行驶，上下楼梯时车体波动小，使用者始终面对行进方向，符合人的行为习惯，具有良好的应用前景。

Description

平地、楼梯两用助行装置

技术领域

本发明属于一种助行装置，特别是一种平地、楼梯两用助行装置。

背景技术

轮椅在老年人和残疾人的生活中扮演着重要的角色，大多数年老体弱者以及下肢伤残者都选择轮椅来替代其行走功能。然而，普通的手动和电动轮椅都不兼具爬楼功能。随着无障碍设施的增多，轮椅使用者的活动范围逐步加大，但楼梯却使轮椅受到很大限制，需要很大的人力辅助才能完成这项功能，不但费时费力而且限制了这些人的活动范围。随着人口老龄化和残疾人数量增加等问题的日益严重，研发价格低廉、简单易用的具有爬楼梯功能的新型助行装置业已成为重要的课题。目前机械上楼装置的开发主要集中在一些发达国家，如英国的Baronmead公司，美国的IBOT，德国的Alber公司以及日本的一些公司。

美国发明家德安·卡门发明的一种能自动调节重心的两轮组式轮椅——IBOT(专利号：US 6,443,250B1)，是行星轮系爬楼梯结构。它有6个轮子，前面有一对实心脚轮，后面有两对行星结构的充气轮胎，通过两后轮交替翻转可以上下楼梯。IBOT几乎能适用于所有楼梯，并能在沙滩、斜坡和崎岖的路面上行驶，而且后轮可以直立行走。但轮椅在上下楼梯时，需要使用者用双手拉住楼梯栏杆，为行进提供牵引力并保持整体平衡。此外它上楼时是背对楼梯，使用者不能观察前方的路况，而且价格昂贵。行星轮系爬楼梯结构的缺点是其上下楼梯时平稳性不好，重心起伏很大，会使乘坐者感到不适。

德国Alber公司开发的Scalamobil爬楼梯辅助装置(专利号：EP0,287,857A2)是是一种独立于轮椅的辅助装置，左右两侧各有一组爬楼梯轮，依靠这两组轮子的轮流翻转上下楼梯。同时，每个轮子上都设有自动刹车装置，防止在楼梯边缘打滑。这种装置体积小、重量轻，便于存放和携带，几乎适用于所有楼梯。Scalamobil的不足之处是必须在旁人辅助下使用，而且每次爬完楼梯都必须将它拆下，比较繁琐，且上下楼重心起伏较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种兼具平地行进和上下楼梯功能的，结构较简单，爬楼梯时重心波动小，在使用过程中使用者始终面向行进方向的助行装置。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种平地、楼梯两用助行装置，包括车身、四个平地滚轮、固定支架、两组组合支撑杆及其传动机构、四组爬楼梯机构、两组机械传动及切换机构、执行电机及其驱动控制系统，车身后方的两个平地滚轮通过固定支架与车身连接，位于车身左后方的爬楼梯机构与车身左后方的机械传动及切换机构连接，另一组位于车身右后方的爬楼梯机构与车身右后方的机械传动及切换机构连接，位于车身左前方的爬楼梯机构、平地滚轮通过车身左前方的组合支撑杆及其传动机构与车身连接，另一组位于车身右前方的爬楼梯机构、平地滚轮通过车身右前方的组合支撑杆及其传动机构与车身连接，执行电机及其驱动控制系统位于车身上，控制两组组合支撑杆及其传动机构中的两根支撑杆、四组爬楼梯机构、车身后方的两个平地滚轮的运动。

本发明与现有技术相比，其显著优点：1、结构较简单，易于加工，降低了生产成本。本发明采用组合支撑杆及其传动机构和爬楼梯机构的结合作为爬楼梯功能实现的主要结构，利用支撑杆的带动和爬楼梯机构的运转实现上、下爬楼梯的功能；2、上下楼梯过程，车体基本保持水平，车体波动小，这是由于组合支撑杆及其传动机构中的两根支撑杆在上下楼梯过程中的旋转运动，弥补了前后车轮在上下楼梯的高度差，运动过程中座椅保持水平，平稳性好，不会因身体倾斜带来恐惧感；3、使用方便，安全性好，本发明在平地运行与上下楼梯的状态切换是通过切换机构切换平地滚轮和爬楼梯机构来实现的，使用者可根据具体情况自行选择切换；4、在上、下楼梯的过程中，使用者始终面向行进方向，符合人的行为习惯，可以随时观察楼梯的形状和障碍物等，以便采取相应的措施；5、体积小，应用广泛。本发明为广大老年人及残疾人的出行提供了很大的方便。

附图说明

图1为本发明平地、楼梯两用助行装置的结构示意图。

图2为本发明平地、楼梯两用助行装置的侧视图。

图3为本发明平地、楼梯两用助行装置的爬楼梯机构的结构示意图。

图4为本发明平地、楼梯两用助行装置的机械传动及切换机构结构示意图。

图5为本发明平地、楼梯两用助行装置的组合支撑杆及其传动机构结构示意图。

图6为本发明平地、楼梯两用助行装置的执行电机及其驱动控制系统原理图。

图7为本发明平地、楼梯两用助行装置平地行进状态图。

图8为本发明平地、楼梯两用助行装置前方爬楼梯机构第一小轮上台阶，后方平地滚轮平地行进状态图。

图9为本发明平地、楼梯两用助行装置前方平地滚轮上一级台阶，后方平地滚轮平地行进状态图。

图10为本发明平地、楼梯两用助行装置前方平地滚轮上两级台阶，后方平地滚轮平地行进状态图。

图11为本发明平地、楼梯两用助行装置前、后方爬楼梯机构第一小轮同时上台阶状态图。

图12为本发明平地、楼梯两用助行装置前方平地滚轮进入平地运行，后方平地滚轮位于倒数第二级台阶状态图。

图13为本发明平地、楼梯两用助行装置前方平地滚轮平地运行，后方平地滚轮位于最后一级台阶状态图。

图14为本发明平地、楼梯两用助行装置前方平地滚轮平地运行，后方爬楼梯机构第一小轮落于平地状态图。

图15为本发明平地、楼梯两用助行装置结束爬楼梯状态图。

图16为本发明平地、楼梯两用助行装置下楼梯准备状态。

图17为本发明平地、楼梯两用助行装置前方平地滚轮下一级台阶，后方平地滚轮平地行进状态图。

图18为本发明平地、楼梯两用助行装置前方平地滚轮下两级台阶，后方平地滚轮平地行进状态图。

图19为本发明平地、楼梯两用助行装置前、后方平地滚轮同时下台阶状态图。

图20为本发明平地、楼梯两用助行装置前方平地滚轮平地行驶，后方平地滚轮位于倒数第二级台阶上状态图。

图21为本发明平地、楼梯两用助行装置前方平地滚轮平地行驶，后方平地滚轮位于最后一级台阶上状态图。

图22为本发明平地、楼梯两用助行装置执行电机及其驱动控制系统硬件连接原理框图。

图23为本发明平地、楼梯两用助行装置执行电机及其驱动控制系统软件流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1、图2、图3、图4、图5、图6，本发明公开了一种平地、楼梯两用助行装置，包括车身1、四个平地滚轮5、固定支架7、两组组合支撑杆及其传动机构2、四组爬楼梯机构3、两组机械传动及切换机构4、执行电机及其驱动控制系统6。两组机械传动及切换机构4分别位于助行装置左右两侧的固定支架7内，车身1左后方的爬楼梯机构3和车身1左后方的平地滚轮5分别与车身1左后方的固定支架7内的机械传动及切换机构4连接，另一组位于车身1右后方的爬楼梯机构和车身1左后方的平地滚轮5分别与车身1右后方的固定支架7内的机械传动及切换机构4连接，位于车身1左前方的爬楼梯机构3、平地滚轮5通过车身1左前方的组合支撑杆及其传动机构2与车身1连接，另一组位于车身1右前方的爬楼梯机构3、平地滚轮5通过车身右前方的组合支撑杆及其传动机构2与车身1连接，执行电机及其驱动控制系统6位于车身1内部，控制两组组合支撑杆及其传动机构2中的第一支撑杆21、第二支撑杆22、四组爬楼梯机构3、车身1后方的两个平地滚轮5的运动。

结合图3，本发明中的爬楼梯机构3包括中心链轮31、第一小轮32、第二小轮33、第一连杆34、第二连杆35、第一链条36、第一链轮37、第二链轮38、第三连杆39，中心链轮31位于第三连杆39的中间位置，第一小轮32通过第一连杆34与第一链轮37连接，第二小轮33通过第二连杆35与第二链轮38连接，第一链轮37、第二链轮38分别安装在第三连杆39的两端，中心链轮31、第一链轮37、第二链轮38均位于第三连杆39上，第一、第二连杆34、35位于第三连杆39的同侧，第一小轮32和第三连杆39位于第一连杆34的两侧，第二小轮33和第三连杆39位于第二连杆35的两侧。

结合图4，本发明中的机械传动及切换机构4包括主动轴41、第一驱动轴45、第二驱动轴46、第一齿轮42、第二齿轮43、第三齿轮47、第四齿轮48、套筒44、推拉杆49，整个机械传动及切换机构4位于固定支架7内部，套筒44安装在主动轴41上，与推拉杆49的下端连接，套筒44的圆周外表面有一圈凹槽，推拉杆49的下端嵌在凹槽内，推拉杆49的另一端伸出固定支架7，第二齿轮43在主动轴41上，位于套筒44的右边，第一齿轮42在主动轴41上，位于套筒44的左边，主动轴41的下方设有第一驱动轴45，第三齿轮47位于第一驱动轴45上，第一驱动轴45的右端套有第二驱动轴46，第四齿轮48通过轴承与第一驱动轴45连接，第四齿轮48的右端与第二驱动轴46紧密连接，第一齿轮42与第二爬楼梯机构齿轮47啮合，第二齿轮43与第四齿轮48啮合，第一驱动轴45的左端伸出固定支架7与爬楼梯机构3中的中心链轮31相连，带动爬楼梯机构3中的中心链轮31转动，第二驱动轴46的右端伸出固定支架7与平地滚轮5相连，带动平地滚轮5转动。

结合图5，本发明中的组合支撑杆及其传动机构2包括第一支撑杆21、第二支撑杆22、第一主动轴23、第二主动轴24、第三主动轴25、第一传动齿轮26、第二传动齿轮27、第三传动齿轮28、第四传动齿轮29、第五传动齿轮210、第六传动齿轮211、第七传动齿轮212、第八传动齿轮213、第九传动齿轮214、第十传动齿轮215和第一传动链轮216、第二传动链轮217、第三传动链轮218、第四传动链轮219、第五传动链轮220、第六传动链轮221、第一传动驱动轴222、第二传动驱动轴223、第三传动驱动轴224、第四传动驱动轴225、第五传动驱动轴226、第一传动链条227、第二传动链条228、第三传动链条229，组合支撑杆及其传动机构2中的各部件包含了第一、第二支撑杆21、22的传动机构和车身1前方两组爬楼梯机构3的传动机构。助行装置在车身1前方的左右侧分别装有一套组合支撑杆及其传动机构2，这两套组合支撑杆及其传动机构2均包含第一支撑杆21、第二支撑杆22、第七传动齿轮212、第八传动齿轮213、第九传动齿轮214、第十传动齿轮215和第一传动链轮216、第二传动链轮217、第三传动链轮218、第四传动链轮219、第五传动链轮220、第六传动链轮221、第一传动驱动轴222、第二传动驱动轴223、第三传动驱动轴224、第四传动驱动轴225、第五传动驱动轴226、第一传动链条227、第二传动链条228、第三传动链条229，其中第一支撑杆21的一端与车身1活动连接，另一端与第二支撑杆22的一端活动连接，第二支撑杆22的另一端与平地滚轮5和爬楼梯机构3连接。车身1前方的左右两套组合支撑杆及其传动机构2共同使用一套第一主动轴23、第二主动轴24、第一传动齿轮26、第二传动齿轮27、第三传动齿轮28、第四传动齿轮29来连接两组组合支撑杆及其传动机构2和其驱动电机，第三主动轴25、第五传动齿轮210、第六传动齿轮211、将驱动车身1前方两组爬楼梯机构3的第三电机64的动力传到第一、第二支撑杆21、22上的传动机构上。

结合图5，以车身1右侧的组合支撑杆及其传动机构2为例，介绍其传动原理，具体说明如下：第三电机64控制驱动车身1前方两组爬楼梯机构3，第五传动齿轮210和第六传动齿轮211啮合，第三电机64的输出轴与第五传动齿轮210连接，第六传动齿轮211与第三主动轴25连接，可带动第三主动轴25转动，第三电机64转动通过第五传动齿轮210、第六传动齿轮211和第三主动轴25带动右侧的第九传动齿轮214转动，第九传动齿轮214和第十传动齿轮215啮合，第十传动齿轮215固定在第三传动驱动轴224的左边，第三传动链轮218固定在第三传动驱动轴224的右边，第三传动驱动轴224通过轴承套在第一主动轴23上，两者的转动互不影响，第十传动齿轮215带动第三传动驱动轴224转动，第三传动驱动轴224带动第三传动链轮218转动，通过第二传动链条228将动力传到第四传动链轮219上，第四传动链轮219上位于第四传动驱动轴225的左边、第四传动驱动轴225位于第一、第二支撑杆21、22连接关节处的内侧，并通过轴承与其连接，第四传动驱动轴225转动，带动位于其右边的第五传动链轮220转动，通过第三传动链条229带动第六传动链轮221转动，第六传动链轮221位于第五传动驱动轴226上，第五传动驱动轴226位于第二支撑杆22的下端，第六传动链轮221带动第五传动驱动轴226转动，最终带动位于第五传动驱动轴226上的爬楼梯机构3的中心链轮31转动。以上工作将第三电机64的动力传到了车身1前方两组爬楼梯机构上。

第四电机65控制驱动车身1前方左右侧两套组合支撑杆及其传动机构2中的第一支撑杆21运动，第一传动齿轮26和第二传动齿轮27啮合，第四电机65的输出轴与第一传动齿轮26连接，第二传动齿轮27与第一主动轴23连接，可带动第一主动轴23转动，第四电机65转动通过第一传动齿轮26、第二传动齿轮27带动第一主动轴23转动，第一主动轴23的右侧与组合支撑杆及其传动机构2中的第一支撑杆21连接，可带动第一支撑杆21转动。

第五电机66控制驱动车身1前方左右侧两套组合支撑杆及其传动机构2中的第二支撑杆22运动，第三传动齿轮28和第四传动齿轮29啮合，第五电机66的输出轴与第三传动齿轮28连接，第四传动齿轮29与第二主动轴24连接，可带动第二主动轴24转动，第五电机66转动通过第三传动齿轮28、第四传动齿轮29带动第二主动轴24转动，第二主动轴24的右侧与第七传动齿轮212相连可带动第七传动齿轮212转动，第七传动齿轮212和第八传动齿轮213啮合，第八传动齿轮213固定在第一传动驱动轴222的左边，第一传动链轮216固定在第一传动驱动轴222的右边，第一传动驱动轴222通过轴承套在第一主动轴23上，两者的转动互不影响，第八传动齿轮213带动第一传动驱动轴222转动，第一传动驱动轴222带动第一传动链轮216转动，通过第一传动链条227将动力传到第二传动链轮217上，第二传动链轮217上位于第二传动驱动轴223的左边、第二传动驱动轴223位于第一、第二支撑杆21、22连接关节处的外侧，并通过轴承与其连接，第二传动驱动轴223转动，带动组合支撑杆及其传动机构2中的第二支撑杆22运动。车身1前方左侧的组合支撑杆及其传动机构2的工作原理与上述内容一致。

结合图6和图22，执行电机及其驱动控制系统6包括第一电机62、第二电机63、第三电机64、第四电机65、第五电机66、水平仪67、测距传感器68、控制器61、调速转向手柄69、第一驱动器610、第二驱动器611、第三驱动器612、第四驱动器613、第五驱动器614、第一电机转子位置检测传感器615、第二电机转子位置检测传感器616、第三电机转子位置检测传感器617、第四电机转子位置检测传感器618、第五电机转子位置检测传感器619、第一减速器620、第二减速器621、第三减速器622、第四减速器623、第五减速器624，第一电机62位于车身1的后方底部，其输出轴与车身1后方左侧的机械传动及切换机构4的主动轴41连接，第二电机63位于车身1的后方底部，其输出轴与车身1后方右侧的机械传动及切换机构4的主动轴连接，车身1前方的两个爬楼梯机构的中心链轮31之间连接有驱动轴，第三电机64位于车身1下方通过组合支撑杆及其传动机构2与车身1前方的两个爬楼梯机构的中心链轮31连接，第四电机65、第五电机66位于车身1的底部，控制车身1前方左右两侧的两组组合支撑杆及其传动机构2中的第一、第二支撑杆21、22的转动，第一驱动器610、第一电机转子位置检测传感器615和第一减速器620均与第一电机62安装在一起，第二驱动器[611]、第二电机转子位置检测传感器[616]和第二减速器[621]均与第二电机[63]安装在一起，第三驱动器[612]、第三电机转子位置检测传感器[617]和第三减速器[622]均与第三电机[64]安装在一起，第四驱动器[613]、第四电机转子位置检测传感器[618]和第四减速器[623]均与第四电机[65]安装在一起，第五驱动器[614]、第五电机转子位置检测传感器[619]和第五减速器[624]均与第五电机[66]安装在一起，水平仪67位于车身1的下方，其信号输出端与控制器61连接，测距传感器68安置在车身1右前方的第二支撑杆22上，其信号输出端与控制器61相连，调速转向手柄69位于车身1左扶手上，其信号输出端与控制器61相连。

结合图22，执行电机及其驱动控制器系统6的硬件连接如下：外部信号包括来自调速转向手柄69的转向和速度要求信号、水平仪67信号和测距传感器68检测信号，外部信号通过各自的通信口输出，将信号传给数字信号处理(DSP)控制器61，由DSP控制器61进行信号的分析、解算。DSP控制器61对信号分析判断后，将控制信号通过控制器局域网(CAN)总线分别传给五个电机的驱动器，由驱动器驱动电机，经过减速器，带动各电机所连接的负载。其中第一电机62的负载为车身1左后方平地滚轮5和爬楼梯机构3，第二电机63的负载为车身1右后方平地滚轮5和爬楼梯机构3，第三电机64的负载为助行装置前方两组爬楼梯机构3，第四电机65的负载为两组组合支撑杆及其传动机构2的第一支撑杆21，第五电机66的负载为两组组合支撑杆及其传动机构2的第二支撑杆22。五个电机转子位置检测装置分别检测五个电机的转子位置，将信号反馈给各电机驱动器，构成闭环回路。

结合图23，DSP控制器软件流程如下：首先，助行装置上电，启动测距传感器68，检测地面状况，判断是否要提示使用者准备上、下楼梯。若是在平地行进，DSP控制器61输出第一驱动器610和第二驱动器611的控制信号，由第一驱动器610和第二驱动器611分别驱动第一电机62的和第二电机63运行，其他三个电机为断电状态，不工作。在平地行进中，助行装置分为以下状态：前进、后退、转弯。前进状态，DSP控制器61向第一驱动器610和第二驱动器611输出相同的控制信号，两驱动器分别驱动第一电机62、第二电机63正转。后退状态，DSP控制器61向第一驱动器610和第二驱动器611输出相同的控制信号，两驱动器分别驱动第一电机62、第二电机63反转。转弯状态，由DSP控制器接受来自调速转向手柄69的信号，调速转向手柄69向左转即为助行装置左转，DSP控制器61向第一驱动器610输出控制信号，使车身1左后方第一电机62的转速小于第二电机63的转速，实现车身1后方左右两个平地滚轮5的差速转动。调速转向手柄69向右转即为助行装置右转，DSP控制器61向第二驱动器611输出控制信号，将车身1右后方第二电机63的转速小于第一电机62的转速，实现车身1后方左右两个平地滚轮5的差速转动。需要变速的时候，DSP控制器61接受来自调速转向手柄69的信号，根据信号反映的速度大小要求，利用软件PID控制器进行调速，分别向第一驱动器610和第二驱动器611发送控制信号，使第一驱动器610和第二驱动器611分别控制第一电机62、第二电机63增加或降低转速以达到指定的速度。若使用者观察到该助行装置将要靠近楼梯边缘时，由使用者向后扳动调速转向手柄69，降低第一电机62和第二电机63的转速，以保障安全。当测距传感器68传送的信号显示助行装置已接近楼梯时，DSP控制器停止第一电机62和第二电机63的运行并发出提示信号，提示使用者助行装置将进入上、下楼状态。若为上楼梯，DSP控制器给第三驱动器612发信号，驱动第三电机64正转，带动助行装置前方的两个爬楼梯机构3运行，开始爬楼梯。根据预定速度，DSP控制器向第一驱动器610和第二驱动器611发送出同样的控制信号，使第一电机62和第二电机63带动车身1后方左右两个平地滚轮5随助行装置行进滚动。当助行装置后方平地滚轮5接触楼梯时，使用者通过机械传动及切换机构4将动力由车身1后方两个平地滚轮5切换到车身1后方的两组爬楼梯机构3上，第一电机62和第二电机63带动车身1后方左右两个爬楼梯机构3运行。DSP控制器61根据测距传感器68信号分析出助行装置前方的爬楼梯机构3已爬完楼梯，向第三驱动器612发出停止信号，停止第三电机64。车身1后方左右两个爬楼梯机构3完成爬楼梯时，使用者通过机械传动及切换机构4将动力由车身1后方的两组爬楼梯机构3切换到车身1后方两个平地滚轮5上，第一电机62和第二电机63带动车身1后方左右两个平地滚轮5滚动，恢复平地运行。若为下楼梯，DSP控制器61给第三驱动器612发信号，使第三电机64正转，带动助行装置前方的两个爬楼梯机构3运行，开始下楼梯。根据预定速度，DSP控制器61向第一驱动器610和第二驱动器611给出相同的控制信号，使第一电机62和第二电机63所带动的车身1后方左右两个平地滚轮5随助行装置的行进而滚动。当助行装置后方平地滚轮5接触楼梯时，使用者通过机械传动及切换机构4将动力由车身1后方两个平地滚轮5切换到车身1后方的两组爬楼梯机构3上，由第一电机62和第二电机63正转带动车身1后方左右两个爬楼梯机构3运行。DSP控制器61根据测距传感器68信号分析出助行装置前方的爬楼梯机构3已爬完楼梯，向第三驱动器612发出停止信号，停止第三电机64。车身1后方左右两个爬楼梯机构3完成下楼梯时，使用者通过机械传动及切换机构4将动力由车身1后方的两组爬楼梯机构3切换到车身1后方两个平地滚轮5上，第一电机62和第二电机63带动车身1后方左右两个平地滚轮5滚动，恢复平地运行。在上、下楼梯过程的同时，水平仪67不断地检测车身1的倾斜状态，DSP控制器61分析其输出信号，计算出组合支撑杆及其传动机构2中的第一支撑杆21和第二支撑杆22的角度变化，向第四驱动器614、第五驱动器615发送信号，驱动第四电机65、第五电机66，带动第一支撑杆21和第二支撑杆22的转动，保持车体水平。

结合图7，在平地运行阶段，机械传动及切换机构4中的推拉杆49为拉出状态，通过推拉杆49使套筒44在主动轴41上滑动，与主动轴41上的第二齿轮43啮合。车身1左后方的机械传动及切换机构4的主动轴41与第一电机62连接，车身1右后方的机械传动及切换机构4的主动轴41与第二电机63连接，第一电机62、第二电机63转动，分别通过车身1后方的两组机械传动及切换机构4的第二驱动轴46带动车身1后方的两个平地滚轮5滚动。车身1后方的两个平地滚轮5推动车身1前方的两个平地滚轮5滚动，使助行装置可在平地上行进。此时，助行装置上的四组爬楼梯机构3的第一小轮32、第二小轮33，第一连杆34、第二连杆35和第一链条36、第一链轮37、第二链轮38保持静止，不随平地滚轮5的转动而转动。第一链条36、第一链轮37、第二链轮38都固定在第三连杆39上。车身1前方的左右两组组合支撑杆及其传动机构2中的第一组合支撑杆21、第二组合支撑杆22并不启动工作。助行装置在行进过程中需要向右时，向右拨动位于车身1左扶手上的调速转向手柄69，控制器61检测到调速转向手柄69的输出信号，使车身1右后方第二电机63的转速小于第一电机62的转速，实现车身1后方左右两个平地滚轮5的差速转动。助行装置向左转时，向左拨动位于车身1左扶手上的调速转向手柄69，控制器61检测到调速转向手柄69的输出信号，使车身1左后方第一电机62的转速小于第二电机63的转速，实现车身1后方左右两个平地滚轮5的差速转动。助行装置通过位于车身1左扶手上的调速转向手柄69进行车速调节。控制器61可以检测到调速转向手柄69的信号，根据不同信号来调节第一电机62、第二电机63的转速，从而来控制车身1后方的两个平地滚轮的转速，达到调节助行装置行进速度的目的。当车身1前方的两个平地滚轮5行进到楼梯侧面边沿前方时，车身1前方的第三电机64开始正转运行，其输出轴通过传动轴分别与助行装置前方的两组爬楼梯机构3的中心链轮31相连，带动中心链轮31转动。然后，助行装置前方的两组爬楼梯机构3的第一连杆34带动第一小轮32、第二连杆35带动第二小轮33开始同速同向旋转。水平仪67不断检测助行装置车体的倾斜状况，将信号传送给控制器61，控制器61将信号解算后，把控制信号传送给第四电机65、第五电机66。第四电机65控制车身1前方的两组组合支撑杆及其传动机构2中的第一支撑杆21转动，第五电机66控制车身1前方的两组组合支撑杆及其传动机构2中的第二支撑杆22转动，使第二支撑杆22在助行装置爬楼梯阶段始终保持竖直状态。在上楼梯过程中，由于助行装置的前方是不断处于被抬升的状态中，第一支撑杆21与第二支撑杆22的夹角始终小于90度。车身1前方的两组组合支撑杆及其传动机构2中的第一支撑杆21、第二支撑杆22的转动相互配合，弥补助行装置爬楼梯阶段地势的变化，从而保持车身1的水平。同时，控制器61根据车身1前方的第三电机64的运行速度，给出车身1后方的第一电机62、第二电机63的控制信号，调整车身1后方两个平地滚轮5的速度，使其与前方爬楼梯机构3运行的速度一致。助行装置爬楼梯具体工作方式如下：结合图8，首先助行装置前方两组爬楼梯机构3的中心链轮31转动通过第一链条36，第一链轮37、第二链轮38传动，使第一连杆34、第二连杆35同速同向转动，第一小轮32被抬向台阶上，此时，车体1前部两个平地滚轮5作为支撑。结合图9，然后第二小轮33在第二连杆35的旋转下，逐渐触地，抬起平地滚轮5，此时第二小轮33起支撑作用。由于第一小轮32已登上台阶，第一连杆34的旋转使平地滚轮5继续上升，此时第一小轮32起支撑作用。在此过程中，车身1后方的两个平地滚轮5保持滚动状态，跟随车体1行进。平地滚轮5被抬起后收到台阶上，第二小轮33也随第二连杆35的旋转收回。在第二小轮33收回后，平地滚轮5仍静止不动，第一连杆34、第二连杆35仍旋转，直至第一连杆34、第二连杆35在整个过程的旋转角度达到360度，第一连杆34和第二连杆35的位置恢复到爬楼梯前的初始位置，完成第一级台阶的攀爬。

结合图10，前轮继续攀爬下一级台阶，其攀爬过程与上面相同。结合图11，当后轮行进到台阶边沿时，按下机械传动及切换机构4中的推拉杆49，带动套筒44在主动轴41上滑动，使其与主动轴41上的第一齿轮42啮合。车身1左后方的机械传动及切换机构4的主动轴41与第一电机62连接，车身1右后方的机械传动及切换机构4的主动轴41与第二电机63连接，分别通过车身1左右后方两组机械传动及切换机构4的第一驱动轴45带动车身1后方的两个爬楼梯机构3转动。通过机械传动及切换机构4将第一电机62、第二电机63的动力由平地滚轮5处切换到爬楼梯机构3中。此时，第一电机62、第二电机63仍保持正转。车身1后方的两个平地滚轮5停止转动，保持静止。机械传动及切换机构4中的第一驱动轴45上的第三齿轮47转动，通过第一驱动轴45，带动车身1后方的爬楼梯机构3中的中心链轮31转动，该两组爬楼梯机构3中的第一连杆34、第二连杆35分别带动第一小轮32、第二小轮33开始同速同向旋转，与前方爬楼梯机构3同时上楼梯，攀爬过程相同。由于车身1后方的爬楼梯机构3和平地滚轮5是通过固定支架7与车体1刚性连接，所以在车身1后方的两组爬楼梯机构3上楼梯过程中，车身1会随助行装置后方的两个平地滚轮5中心的高度抬升而抬升。在车身1前部的两组组合支撑杆及其传动机构2中的两根组合支撑杆按照前述方式进行调整，始终保持车身1水平抬升。在随后的攀爬过程中，前后轮以上述方式同速上楼梯。由于组合支撑杆及其传动机构2中的第一组合支撑杆21、第二组合支撑杆22在上楼梯过程中的转动，弥补了前后车轮在上楼梯时的高度差，所以车体1保持水平。

结合图12，当助行装置前方的两组爬楼梯机构3完成了最后一级的台阶攀爬，来到平地时，第三电机64停止运行，助行装置前方的两组爬楼梯机构3恢复初始状态并保持静止，助行装置前方的两组平地滚轮5随车体前进自由滚动，助行装置后方的两组爬楼梯机构3仍保持爬楼梯状态，参考图13、14。当助行装置后方的爬楼梯机构3完成最后一级的台阶攀爬时，回拉机械传动及切换机构4中的推拉杆49，使套筒44在主动轴41上滑动，与第二齿轮43啮合。车身1左后方的机械传动及切换机构4的主动轴41与第一电机62连接，车身1右后方的机械传动及切换机构4的主动轴41与第二电机63连接，分别通过车身1后方的两组机械传动及切换机构4的第二驱动轴46带动车身1后方的两个平地滚轮5滚动。第一电机62、第二电机63保持正转运行。通过机械传动及切换机构4将第一电机62、第二电机63的动力从爬楼梯机构3处切换到平地滚轮5上，助行装置进入平地行进阶段，参考图15。

助行装置下楼梯的原理与其上楼梯的原理相同，助行装置下楼梯的过程是其上楼梯过程的逆过程，其相关控制方式相同。在助行装置下楼梯过程中，车身1前方的两组组合支撑杆及其传动机构2中的第一组合支撑杆21、第二组合支撑杆22在转动调节过程中，第二支撑杆22仍保持竖直，在该下楼梯过程中，由于助行装置的前方是处于不断下降状态中，第一支撑杆21与第二支撑杆22的夹角始终大于90度。

结合图16，当车身1前方的两个平地滚轮5行进到楼梯上侧边沿前方时，车身1前方的第三电机64开始正转运行，其输出轴通过传动轴分别与助行装置前方的两组爬楼梯机构3的中心链轮31相连，带动中心链轮31转动。中心链轮31转动，助行装置前方的两组爬楼梯机构3中的第一连杆34带动第一小轮32、第二连杆35带动第二小轮33开始同速同向旋转。水平仪67不断检测助行装置车体的倾斜状况，将信号传送给控制器61，控制器61将信号解算后，把控制信号传送给第四电机65、第五电机66。第四电机65控制车身1前方的两组组合支撑杆及其传动机构2中的第一支撑杆21转动，第五电机66控制车身1前方的两组组合支撑杆及其传动机构2中的第二支撑杆22转动，使第二支撑杆22在助行装置下楼梯阶段始终保持竖直状态。在下楼梯过程中，由于助行装置的前方是不断处于下降状态中，第一支撑杆21与第二支撑杆22的夹角始终大于90度。车身1前方的两组组合支撑杆及其传动机构2中的第一支撑杆21、第二支撑杆22的转动相互配合，弥补助行装置下楼梯阶段地势的变化，从而保持车身1的水平。同时，控制器61根据车身1前方的第三电机64的运行速度，给出车身1后方的第一电机62、第二电机63的控制信号，调整车身1后方两个平地滚轮5的速度，使其行进速度与前方爬楼梯机构3的行进速度一致。助行装置下楼梯具体工作方式如下：首先助行装置前方两组爬楼梯机构3的中心链轮31转动通过第一链条36，第一链轮37、第二链轮38传动，使第一连杆34、第二连杆35同速同向转动，第一小轮32逐渐接近低一级台阶，此时，车体1前部两个平地滚轮5作为支撑。然后，第二小轮33在第二连杆35的旋转下，逐渐接地，抬起平地滚轮5，此时助行装置前方两组爬楼梯机构的第二小轮33起支撑作用。由于第二小轮33仍在台阶上，第二连杆35的旋转使平地滚轮5开始进行下降运动。在第一小轮32触地后，随第一连杆34的转动，平地滚轮也收回到低一级台阶上，第二小轮33也随第二连杆35的旋转收回。在第二小轮33收回后，平地滚轮5仍静止不动，第一连杆34、第二连杆35仍旋转，直至第一连杆34、第二连杆35在整个过程的旋转角度达到360度，第一连杆34和第二连杆35的位置恢复到下楼梯前的初始位置就完成一级台阶的下降，参考图17。在此过程中，助行装置后方平地滚轮5保持滚动状态，跟随车体1行进。

结合图18，助行装置前方的爬楼梯机构继续下第二级台阶，其下楼过程与上述过程相同。当助行装置后方的平地滚轮5行进到台阶上侧边沿时，按下机械传动及切换机构4中的推拉杆49带动套筒44在主动轴41上滑动，与第一齿轮42啮合。车身1左后方的机械传动及切换机构4的主动轴41与第一电机62连接，车身1右后方的机械传动及切换机构4的主动轴41与第二电机63连接，分别通过车身1后方的两组机械传动及切换机构4的第一驱动轴45带动车身1后方的两组爬楼梯机构3运转。第一电机62、第二电机63由控制器61控制按预定速度开始正转，通过机械传动及切换机构4将第一电机62、第二电机63的动力由平地滚轮5处切换到爬楼梯机构3中。车身1后方的两个平地滚轮5停止转动，保持静止。机械传动及切换机构4中的第一驱动轴45上的第三齿轮47转动，通过第一驱动轴45，带动车身1后方的爬楼梯机构3中的中心链轮31转动，该两组爬楼梯机构3中的第一连杆34、第二连杆35带动第一小轮32、第二小轮33开始同速同向旋转，与助行装置前方的爬楼梯机构3同时下楼梯，下降过程相同，参考图19。由于车身1后方的爬楼梯机构3和平地滚轮5是通过固定支架7与车体1刚性连接，所以在车身1后方的两组爬楼梯机构3下楼梯过程中，车身1会随助行装置后方的两个平地滚轮5中心的高度下降而下降。在车身1前部的两组组合支撑杆及其传动机构2中的第一组合支撑杆21、第二组合支撑杆22按照前述方式进行调整，始终保持车身1水平下降。在随后的攀爬过程中，助行装置前后爬楼梯机构以上述方式同速下楼梯。由于组合支撑杆及其传动机构2中的第一组合支撑杆21、第二组合支撑杆22在下楼梯过程中的转动，弥补了前后平地滚轮5在下楼梯时的高度差，所以车体1保持水平。

结合图20、21，当助行装置前方的两组爬楼梯机构3完成了最后一级的台阶下降，来到平地时，第三电机63停止运行，助行装置前方的两组爬楼梯机构3恢复初始状态并保持静止，助行装置前方的两组平地滚轮5随车体前进自由滚动，助行装置后方的两组爬楼梯机构3仍保持下楼梯状态。当助行装置后方的两组爬楼梯机构完3成最后一级的台阶攀爬时，拉出机械传动及切换机构4中的推拉杆49，使套筒44在主动轴41上滑动，与第二齿轮43啮合。车身1左后方的机械传动及切换机构4的主动轴41与第一电机62连接，车身1右后方的机械传动及切换机构4的主动轴41与第二电机63连接，分别通过车身1后方的两组机械传动及切换机构4的第二驱动轴46带动车身1后方的来两个平地滚轮5滚动。通过机械传动及切换机构4将第一电机62、第二电机63的动力从爬楼梯机构3处切换到平地滚轮5上，助行装置进入平地行进阶段。

Claims (5)

1.一种平地、楼梯两用助行装置，包括车身[1]、四个平地滚轮[5]、固定支架[7]，其特征在于：该装置还包括两组组合支撑杆及其传动机构[2]、四组爬楼梯机构[3]、两组机械传动及切换机构[4]、执行电机及其驱动控制系统[6]，两组机械传动及切换机构[4]分别位于助行装置左右两侧的固定支架[7]内，车身[1]左后方的爬楼梯机构[3]和车身[1]左后方的平地滚轮[5]分别与车身[1]左后方的固定支架[7]内的机械传动及切换机构[4]连接，另一组位于车身[1]右后方的爬楼梯机构和车身[1]右后方的平地滚轮[5]分别与车身[1]右后方的固定支架[7]内的机械传动及切换机构[4]连接，位于车身[1]左前方的爬楼梯机构[3]、平地滚轮[5]通过车身[1]左前方的组合支撑杆及其传动机构[2]与车身[1]连接，另一组位于车身[1]右前方的爬楼梯机构[3]、平地滚轮[5]通过车身右前方的组合支撑杆及其传动机构[2]与车身[1]连接，执行电机及其驱动控制系统[6]位于车身[1]内部，控制两组组合支撑杆及其传动机构[2]中的第一、第二支撑杆[21、22]、四组爬楼梯机构[3]、车身[1]后方的两个平地滚轮[5]的运动。

2.根据权利要求1所述的平地、楼梯两用助行装置，其特征在于：所述的爬楼梯机构[3]包括中心链轮[31]、第一小轮[32]、第二小轮[33]、第一连杆[34]、第二连杆[35]、第一链条[36]、第一链轮[37]、第二链轮[38]、第三连杆[39]，中心链轮[31]位于第三连杆[39]的中间位置，第一小轮[32]通过第一连杆[34]与第一链轮[37]连接，第二小轮[33]通过第二连杆[35]与第二链轮[38]连接，第一链轮[37]、第二链轮[38]分别安装在第三连杆[39]的两端，中心链轮[31]、第一链轮[37]、第二链轮[38]均位于第三连杆[39]上，第一、第二连杆[34、35]位于第三连杆[39]的同侧，第一小轮[32]和第三连杆[39]位于第一连杆[39]的两侧，第二小轮[33]和第三连杆[39]位于第二连杆[35]的两侧。

3.根据权利要求1所述的平地、楼梯两用助行装置，其特征在于：所述的机械传动及切换机构[4]包括主动轴[41]、第一驱动轴[45]、第二驱动轴[46]、第一齿轮[42]、第二齿轮[43]、第三齿轮[47]、第四齿轮[48]、套筒[44]、推拉杆[49]，整个机械传动及切换机构[4]位于固定支架[7]内部，套筒[44]安装在主动轴[41]上，与推拉杆[49]的下端连接，套筒[44]的圆周外表面有一圈凹槽，推拉杆[49]的下端嵌在凹槽内，推拉杆[49]的另一端伸出固定支架[7]，第二齿轮[43]在主动轴[41]上，位于套筒[44]的右边，第一齿轮[42]在主动轴[41]上，位于套筒[44]的左边，主动轴[41]的下方装有第一驱动轴[45]，第三齿轮[47]位于第一驱动轴[45]上，第一驱动轴[45]的右端套有第二驱动轴[46]，第四齿轮[48]通过轴承与第一驱动轴[45]连接，第四齿轮[48]的右端与第二驱动轴[46]连接，第一齿轮[42]与第二爬楼梯机构齿轮[47]啮合，第二齿轮[43]与第四齿轮[48]啮合，第一驱动轴[45]的左端伸出固定支架[7]与爬楼梯机构[3]中的中心链轮[31]相连，带动爬楼梯机构[3]中的中心链轮[31]转动，第二驱动轴[46]的右端伸出固定支架[7]与平地滚轮[5]相连，带动平地滚轮[5]转动。

4.根据权利要求1所述的平地、楼梯两用助行装置，其特征在于：所述的组合支撑杆及其传动机构[2]包括第一支撑杆[21]、第二支撑杆[22]、第一主动轴[23]、第二主动轴[24]、第三主动轴[25]、第一传动齿轮[26]、第二传动齿轮[27]、第三传动齿轮[28]、第四传动齿轮[29]、第五传动齿轮[210]、第六传动齿轮[211]、第七传动齿轮[212]、第八传动齿轮[213]、第九传动齿轮[214]、第十传动齿轮[215]和第一传动链轮[216]、第二传动链轮[217]、第三传动链轮[218]、第四传动链轮[219]、第五传动链轮[220]、第六传动链轮[221]、第一传动驱动轴[222]、第二传动驱动轴[223]、第三传动驱动轴[224]、第四传动驱动轴[225]、第五传动驱动轴[226]、第一传动链条[227]、第二传动链条[228]、第三传动链条[229]，第五传动齿轮[210]与第六传动齿轮[211]啮合，第三电机[64]的输出轴与第五传动齿轮[210]连接，第六传动齿轮[211]与第三主动轴[25]连接，第三主动轴[25]右侧与第九传动齿轮[214]连接，第九传动齿轮[214]和第十传动齿轮[215]啮合，第十传动齿轮[215]固定在第三传动驱动轴[224]的左边，第三传动链轮[218]固定在第三传动驱动轴[224]的右边，第三传动驱动轴[224]通过轴承套在第一主动轴[23]上，第十传动齿轮[215]带动第三传动驱动轴[224]转动，第三传动驱动轴[224]带动第三传动链轮[218]转动，通过第二传动链条[228]将动力传到第四传动链轮[219]上，第四传动链轮[219]位于第四传动驱动轴[225]的左边、第四传动驱动轴[225]位于第一、第二支撑杆[21、22]连接关节处的内侧，并通过轴承与第一、第二支撑杆[21、22]连接，第五传动链轮[220]位于第四传动驱动轴[225]的右边，通过第三传动链条[229]带动第六传动链轮[221]转动，第六传动链轮[221]位于第五传动驱动轴[226]上，第五传动驱动轴[226]位于第二支撑杆[22]的下端，第六传动链轮[221]通过带动第五传动驱动轴[226]转动，最终带动位于第五传动驱动轴[226]上的爬楼梯机构[3]的中心链轮[31]转动，第一传动齿轮[26]和第二传动齿轮[27]啮合，第四电机[65]的输出轴与第一传动齿轮[26]连接，第二传动齿轮[27]与第一主动轴[23]连接，带动第一主动轴[23]转动，第一主动轴[23]的右侧与组合支撑杆及其传动机构[2]中的第一支撑杆[21]连接，带动第一支撑杆[21]转动，第三传动齿轮[28]和第四传动齿轮[29]啮合，第五电机[66]的输出轴与第三传动齿轮[28]连接，第四传动齿轮[29]与第二主动轴[24]连接，带动第二主动轴[24]转动，第五电机[66]通过第三传动齿轮[28]、第四传动齿轮[29]带动第二主动轴[24]转动，第二主动轴[24]的右侧与第七传动齿轮[212]相连，带动第七传动齿轮[212]转动，第七传动齿轮[212]和第八传动齿轮[213]啮合，第八传动齿轮[213]固定在第一传动驱动轴[222]的左边，第一传动链轮[216]固定在第一传动驱动轴[222]的右边，第一传动驱动轴[222]通过轴承套在第一主动轴[23]上，第八传动齿轮[213]带动第一传动驱动轴[222]转动，第一传动驱动轴[222]带动第一传动链轮[216]转动，通过第一传动链条[227]将动力传到第二传动链轮[217]上，第二传动链轮[217]上位于第二传动驱动轴[223]的左边，第二传动驱动轴[223]位于第一、第二支撑杆[21、22]连接关节处的外侧，并通过轴承与其连接，第二传动驱动轴[223]转动，带动组合支撑杆及其传动机构[2]中的第二支撑杆[22]运动。

5.根据权利要求1所述的平地、楼梯两用助行装置，其特征在于：所述的执行电机及其驱动控制系统[6]包括控制器[61]、第一电机[62]、第二电机[63]、第三电机[64]、第四电机[65]、第五电机[66]、水平仪[67]、测距传感器[68]、调速转向手柄[69]、第一驱动器[610]、第二驱动器[611]、第三驱动器[612]、第四驱动器[613]、第五驱动器[614]、第一电机转子位置检测传感器[615]、第二电机转子位置检测传感器[616]、第三电机转子位置检测传感器[617]、第四电机转子位置检测传感器[618]、第五电机转子位置检测传感器[619]、第一减速器[620]、第二减速器[621]、第三减速器[622]、第四减速器[623]、第五减速器[624]，第一电机[62]位于车身[1]的后方底部，其输出轴与车身[1]后方左侧的机械传动及切换机构[4]的主动轴[41]连接，第二电机[63]位于车身[1]的后方底部，其输出轴与车身[1]后方右侧的机械传动及切换机构[4]的主动轴连接，车身[1]前方的两个爬楼梯机构[3]的中心链轮[31]之间连接有驱动轴，第三电机[64]位于车身[1]下方，通过组合支撑杆及其传动机构[2]与车身[1]前方的两个爬楼梯机构[3]的中心链轮[31]连接，第四电机[65]、第五电机[66]位于车身[1]的底部，控制车身[1]前方左右两侧的两组组合支撑杆及其传动机构[2]中的第一、第二支撑杆[21、22]的转动，第一驱动器[610]、第一电机转子位置检测传感器[615]和第一减速器[620]均与第一电机[62]安装在一起，第二驱动器[611]、第二电机转子位置检测传感器[616]和第二减速器[621]均与第二电机[63]安装在一起，第三驱动器[612]、第三电机转子位置检测传感器[617]和第三减速器[622]均与第三电机[64]安装在一起，第四驱动器[613]、第四电机转子位置检测传感器[618]和第四减速器[623]均与第四电机[65]安装在一起，第五驱动器[614]、第五电机转子位置检测传感器[619]和第五减速器[624]均与第五电机[66]安装在一起，水平仪[67]位于车身[1]的下方，其信号输出端与控制器[61]连接，测距传感器[68]安置在车身[1]右前方的第二支撑杆[22]上，其信号输出端与控制器[61]相连，调速转向手柄[69]位于车身[1]左扶手上，其信号输出端与控制器[61]相连。

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