CN102188309B - 一种独立自助无障碍轮椅 - Google Patents

Abstract

一种完全手动且可以独立、方便、稳定地爬楼梯的独立自助无障碍轮椅，属于轮椅技术领域。由楼梯攀爬机构、平地运动机构、动力机构、座椅机构和机架组成，座椅机构固定在机架上部中间，楼梯攀爬机构固定在机架下部，平地运动机构固定在机架的前后两端、动力机构固定在机架上部两外侧。楼梯攀爬机构由前部向上翘起的机体及分列其下端两边的若干个减震柔性动力轮组，装于动力轮组小轮轴上的链轮，以及穿过各轮组机构链轮的链条机构组成，机体固定在机架上。本发明优点在于使用者无需任何人的帮助就可以来去自如地在平地、楼梯台阶、斜坡处行走。同时该产品的纯机械结构使本发明成本低廉，适用于中低端市场。

Description

一种独立自助无障碍轮椅

所属技术领域

本发明专利是一种全手动纯机械式无障碍轮椅，属一种在平地和楼梯上都能供残疾人使用的代步无障碍轮椅。

背景技术

目前市场上残疾人使用的轮椅多是只能在平地上行走的普通轮椅，部分国内外的爬楼梯轮椅多具有昂贵的电气元件，使得轮椅价格很高，不适合广大低收入的腿部残疾人士。低成本轮椅常见类型分为履带式和轮式。履带式轮椅只与楼梯尖角处接触，可靠性不高。轮式轮椅运动比较颠簸，舒适性低。

发明内容

为了克服现有的轮椅爬楼梯不平稳、价格昂贵、可靠性不高、独立性差的缺陷，本发明提供一种完全手动且可以独立、方便、稳定地爬楼梯的轮椅，使用者无需任何人的帮助就可以来去自如地在平地、楼梯台阶、斜坡处行走。

本发明专利解决其技术问题所采用的技术方案是：独立自助无障碍轮椅由楼梯攀爬机构、平地运动机构、动力机构、座椅机构和机架构成，座椅机构固定在机架上部中间，楼梯攀爬机构固定在机架下部，平地运动机构固定在机架的前后两端、动力机构固定在机架上部的两侧（座椅机构外侧）。

楼梯攀爬机构由前部向上翘起的机体及分列其下端两边的若干个减震柔性动力轮组，装于动力轮组轮轴上的链轮，以及穿过各轮组机构链轮的传动链条机构组成，机体固定在机架上。楼梯攀爬机构共有10～14组减震柔性动力轮组，分列于左右两边，每边5～7组，轮组的具体数量根据实际需要确定，保证其能够适应一般楼梯台阶的高度即可。每个减震柔性动力轮组由V字形减震机构，四个两两同轴的动力小轮，由上、下加固杆连接的两块轴承座连接板，小轮轴，承重轴，以及滑槽轮组成；每两个动力小轮由一个小轮轴连接，安装在左右两块轴承座连接板两边，小轮轴中间安装有链轮、两端通过轴承固定在轴承座连接板中间，承重轴中间装有定位链条位置的滑槽轮、两端通过轴承固定在轴承座连接板上部，链条穿过滑槽轮的槽卡在传动链轮上，以控制传动链条通过的路径和位置，从而充分将链条上的动力传递到动力轮上。V字形减震机构由上、下减震支架，减震弹簧及套于其上端的弹簧角度调节块组成，下减震支架与上减震支架一端通过减震支架轴铰连、另一端分别连接于减震弹簧的两端，上减震支架和弹簧角度调节块的上端经穿过其中部的紧固栓、与轮椅机架连固，下减震支架下端与轴承座连接面板上边连固。动力小轮和链轮通过键和轴肩径向和轴向安装在相应的轴上。

楼梯攀爬机构是依据坦克动力机构原理和链轮的柔性性能设计楼梯贴合部分的机构和动力系统，轮椅爬楼梯时，通过链条带动轮组机构中轮轴上的链轮，从而带动各个轮组而实现动力传递，各柔性动力轮组协同动作，随攀爬楼梯的起伏而自动调整与楼梯台阶的接触；各个小轮可以与楼梯充分贴合，以达到更大的接触面积，使可靠性更高，爬楼梯更平稳。两边的若干个减震柔性动力轮组形成两列自适应动力传递机构和一个自适应传动底盘，不仅可以通过左右两边动力系统的速度差实现转向，还可以向链条的柔性变形和车轮的上下移动提供空间。

平地运动机构由安装在轮椅机架下面前后位置的大轮机构和小轮机构组成；大轮机构包括两个大轮及其支撑传动轮轴和大、小链轮，分别安装在轮椅机架后端两侧，大轮轴上的大链轮与轮椅动力机构的左右两条传动链条卡连、同轴的小链轮与动力楼梯攀爬机构的动力链条卡连，与楼梯攀爬机构共用链传动动力；小轮机构包括两个随动小轮和将其连接在轮椅机架前端两侧的机体连接件、上摆动臂和下摆动臂，上摆动臂和下摆动臂一端相互铰链、另一端分别连接轮椅机架和随动小轮，上摆动臂和下摆动臂之间由弹簧拉紧。上摆动臂和下摆动臂的铰接处为相互配合的、可使下摆动臂可以向后、而不能向前运动（弯曲）的卡台式结构，保证轮椅在平地运动时支撑前端，并在轮椅要爬楼梯的时候能够自动收起。两个小轮通过机体连接件与机架连接时，与垂直方向呈15～30⁰向前倾斜安装，保证整个机构功能的实现。

动力机构由左右两组手动机构，以及将它们连接、并向轮椅输出动力的低速轴构成，每组手动机构包括手轮、椅架支撑板、高速齿轮轴、低速齿轮、轴承，支撑板下部与轮椅机架连接，轴承装于支撑板上，低速齿轮装于低速轴的两端；手轮通过支撑轴承和高速齿轮轴，与低速轴上的低速齿轮啮合；低速轴中间装有可沿低速轴左右滑动以实现动力机构两边独立和两边一体之间切换的合、分转换轴套，两端装有输出动力的主动链轮；主动链轮通过链条传动给平地运动大轮，再通过与平地运动大轮同轴的小链轮传动给楼梯攀爬贴合机构的动力链条。动力机构按人机工程学的设计要求，通过手轮与齿轮传动的结合，实现施力的有效放大，从而为平地运动及楼梯攀爬机构提供充足的动力，降低使用者驱动轮椅行走时付出的臂力。

座椅机构由两侧上翘形成扶手的座椅主体，底部与座椅主体铰接的椅背（形成底部支撑点），连接在椅背的中部和椅面之间、以调节椅背和椅面之间角度的缓冲韧带，座椅支架，以及座椅水平角度调节机构组成。座椅机构的座椅靠背与椅面之间的调节角度为95°～104°，通过调整缓冲韧带的松紧度来实现，以便于乘坐舒适。座椅水平角度调节机构包括固定于座椅主体两侧扶手下面的导轨、卡于导轨中且可在一定范围内滑动的滑块、以及固定于支架上且圆周带凹槽结构的槽轮，滑块的中部与支架铰连，槽轮与铰轴同心，滑块内部装有锁定弹簧和锁定齿，锁定齿下部外露在滑块下端头、并自动卡于槽轮圆周的凹槽中，在水平调节座椅角度的过程中起到锁定和缓冲的作用。座椅机构利用人体自身重力，使轮椅在爬楼梯时，可以自然适时地调整座椅角度，使座椅上的人处于水平平衡状态。同时，根据人机工程工学原理设计的座椅形状，以提高使用者乘坐的舒适性。

本发明的有益效果是：可解决广大腿部残疾人遇到楼梯障碍的问题，可让使用者在无需他人帮助的情况下自行爬上楼梯。同时保证整体的稳定性，并且，全机械的设计可以大大降低轮椅的造价，适用于中低端市场。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明主视示意图；

图2是本发明俯视示意图；

图3是本发明侧视示意图；

图4是本发明平底运动机构小轮支撑结构主视示意图；

图5是本发明平底运动机构小轮支撑结构右侧视示意图；

图6是本发明平底运动机构小轮支撑结构左侧视示意图；

图7是本发明楼梯攀爬机轴测示意图；

图8是本发明楼梯攀爬机构局部侧视示意图；

图9是本发明楼梯攀爬机构局部俯视示意图；

图10是本发明楼梯攀爬机构减震柔性动力轮组轴测示意图；

图11是本发明楼梯攀爬机构减震柔性动力轮组局部侧视示意图；

图12是本发明动力机构轴测示意图；

图13是本发明动力机构主视示意图；

图14是本发明座椅机构主视示意图；

图15是本发明座椅机构侧视示意图；

图16是本发明座椅机构滑块部分局部剖视示意图。

图17是本发明动力传功示意图

图中：1.座椅，2.手轮，3.机架，4.平地运动大轮，5.大轮轴，6、大轮链轮，7、机体连接件，8、上摆动臂，9、下摆动臂，10、小轮，11、动力链条，12、上部分机体模块，13、上减震支架，14、减震弹簧，15、弹簧角度调节块，16、滑槽轮，17、上加固杆，18、轴承座连接板，19、轴承，20、链轮，21、动力轮，22、下加固杆，23、小轮轴，24、承重轴，25、下减震支架，26、减震支架轴，27、手轮，28、椅架支撑板，29、 高速齿轮轴，30、低速轴，31、合、分转换轴套，32、低速齿轮，33、轴承，34、座椅靠背，35、滑块，36、支架，37，座椅主体，38、缓冲韧带，39、锁定弹簧，40、锁定齿，41、槽轮，42、链轮，43、链条。

具体实施方式：

实施例1：如图1~图16所示，该独立自助无障碍轮椅由楼梯攀爬机构、平地运动机构、动力机构2、座椅机构1和机架3组成，座椅机构1固定在机架3上部中间，楼梯攀爬机构固定在机架3下部，平地运动机构固定在机架3的前后两端、动力机构2固定在机架3上部两外侧。

楼梯攀爬机构由前部向上翘起的机体12及分列其下端两边的12个减震柔性动力轮组（每边6组），装于动力轮组小轮轴23上的链轮20，以及穿过各轮组机构链轮20的链条机构11组成，机体12固定在机架3上；每个减震柔性动力轮组由V字形减震机构，四个两两同轴的动力小轮21，由上、下加固杆17和22连接的两块轴承座连接板18，小轮轴23，承重轴24，以及滑槽轮16组成；每两个动力小轮21由一个小轮轴23连接，安装在左右两块轴承座连接板18两边，小轮轴23中间安装有链轮20、两端通过轴承固定在轴承座连接板18中间，承重轴24中间装有定位链条位置的滑槽轮16、两端通过轴承固定在轴承座连接板18上部，链条11穿过滑槽轮16的槽卡在链轮20上；V字形减震机构由上、下减震支架25和13，减震弹簧14及套于其上端的弹簧角度调节块15组成，下减震支架25与上减震支架13一端通过减震支架轴26铰连、另一端分别连接于减震弹簧14的两端，上减震支架13和弹簧角度调节块15的上端经穿过其中部的紧固栓、与轮椅机架3连固，下减震支架25下端与轴承座连接面板18上边连固。

该机构在起缓冲作用时，将机架的联接轴穿过上减震架13和弹簧角度调节块15的同心圆孔中，由此重力传递给弹簧角度调节块15下的减震弹簧14，再传递给减震弹簧14下端链接的下减震支架25，下减震支架25下端链接承重轴24，再由承重轴24通过两边的面板18和小轮轴23将重力传到动力轮21。

该机构在提供动力时，由链条11穿过链轮20和槽轮16之间的空间，由槽轮16定位，使链条11与链轮20充分接触，当链条11传动时，带动链轮20转动，从而通过带动小轮轴23转动使得动力轮21转动，实现动力传递。

平地运动机构安装在轮椅机架3下面前后位置的大轮机构和小轮机构组成；大轮机构包括两个大轮4及其支撑传动轮轴5和大、小链轮6，分别安装在轮椅机架1后端两侧，大轮轴上的大链轮6与轮椅动力机构的左右两条传动链条43卡连、同轴的小链轮与动力楼梯攀爬机构的动力链条11卡连，与减震柔性动力轮组共用链传动动力；小轮机构包括两个随动小轮10和将其连接在轮椅机架3前端两侧的机体连接件7、上摆动臂8和下摆动臂9，上摆动臂8和下摆动臂9一端相互铰链、另一端分别连接轮椅机架3和随动小轮10，上摆动臂8和下摆动臂9之间由弹簧拉紧。上摆动臂8和下摆动臂9的铰接处为相互配合的、可使下摆动臂9可以向内（后）、而不能向外（前）运动（弯曲）的卡台式结构，保证轮椅在平地运动时支撑前端，并在轮椅要爬楼梯的时候自动收起（下摆动臂9向内弯曲）。两个小轮10通过机体连接件7与机架3连接时，机体连接件7与垂直方向呈20⁰向前倾斜安装。

动力机构由左右两组手动机构，以及将它们连接、并向轮椅输出动力的低速轴构成，每组手动机构包括手轮27、椅架支撑板28、高速齿轮轴29、低速轴30、低速齿轮32和轴承33，支撑板28下部与轮椅机架3连接，轴承33装于支撑板28上，低速齿轮32装于低速轴30的两端；手轮27通过支撑轴承和高速齿轮轴，与低速轴上的低速齿轮啮合；低速轴30中间装有可沿低速轴左右滑动以实现动力机构两边独立和两边一体之间切换的合、分转换轴套31，两端装有输出动力的主动链轮42；主动链轮通过链条43传动给平地运动大轮4，再通过与平地运动大轮同轴的链轮传动给传动链条11。

使用者通过手轮27对机构施加动力，所施动力由手轮传递给高速齿轮轴29，再由高速齿轮轴通过齿轮啮合把动力和运动按比例传递到低速齿轮30，通过以上所述手轮-高速齿轮轴以及高速齿轮轴-低速齿轮两个组合以实现动力的放大效果，之后动力由低速轴传递到轮椅的相关传动部位以满足其动力需求。合、分转换轴套31在附图13所示位置时，左右两轴分离，满足转弯及平地运动需要；轴套右移到指定位置时，两边啮合，实现轴统一，以保证使用者在爬楼梯时能更好地施力，以此通过轴套的位置调节实现两种运动模式的切换。

座椅机构由两侧上翘形成扶手的座椅主体37，底部与座椅主体铰接的椅背34，连接在椅背的中部和椅面之间、以调节椅背和椅面之间角度的缓冲韧带38，座椅支架36，以及座椅水平角度调节机构组成；座椅水平角度调节机构包括固定于座椅主体37两侧扶手下面的导轨、卡于导轨中且可在一定范围内滑动的滑块35、以及固定于支架36上且圆周带凹槽结构的定位槽轮41，滑块35的中部与支架36铰连，定位槽轮41与铰轴同心，滑块35内部装有锁定弹簧39和锁定齿40，锁定齿40的下部外露在滑块下端头、并自动卡于定位槽轮41圆周的凹槽中。座椅机构的座椅靠背与椅面之间的调节角度为95°～104°，水平角度调节机构根据重力自动缓慢调节座椅与机架之间的角度。

实施例2：如图1~图13所示，轮椅结构与实施例1相同，共有10组减震柔性动力轮组，每边5组。两个小轮10通过机体连接件7与机架3连接时，与垂直方向呈15°向前倾斜安装，保证整个机构功能的实现。

实施例3：如图1~图13所示，轮椅结构与实施例1相同，共有14组减震柔性动力轮组，每边7组。两个小轮10通过机体连接件7与机架3连接时，与垂直方向呈30⁰向前倾斜安装，保证整个机构功能的实现。

Claims (8)

1.一种独立自助无障碍轮椅，其特征在于：它由座椅机构（1）、机架（3）、动力机构（2）、楼梯攀爬机构和平地运动机构组成，座椅机构（1）固定在机架（3）上部中间，楼梯攀爬机构固定在机架（3）下部，平地运动机构固定在机架（3）的前后两端、动力机构（2）固定在机架（3）上部两外侧；所述平地运动机构由安装在机架（3）下面前后位置的大轮机构和小轮机构组成；大轮机构包括两个大轮（4）及其支撑传动轮轴（5）和大、小链轮（6），分别安装在轮椅机架（1）后端两侧，大轮轴上的大链轮（6）与轮椅动力机构的左右两条传动链条（43）卡连、同轴的小链轮与动力楼梯攀爬机构的动力链条（11）卡连，与减震柔性动力轮组共用链传动动力；小轮机构包括两个随动小轮（10）和将其连接在机架（3）前端两侧的机体连接件（7）、上摆动臂（8）和下摆动臂（9），上摆动臂（8）和下摆动臂（9）一端相互铰链、另一端分别连接机架（3）和随动小轮（10），上摆动臂（8）和下摆动臂（9）之间由弹簧拉紧。

2.根据权利1要求所述的独立自助无障碍轮椅，其特征在于：楼梯攀爬机构由前部向上翘起的机体（12）及分列其下端两边的若干组减震柔性动力轮组，装于动力轮组小轮轴（23）上的链轮（20），以及穿过各轮组机构链轮（20）的动力链条（11）组成，机体（12）固定在机架（3）上。

3.根据权利2要求所述的独立自助无障碍轮椅，其特征在于：楼梯攀爬机构共有10～14组减震柔性动力轮组，分列于左右两边，每边5～7组。

4.根据权利2或3要求所述的独立自助无障碍轮椅，其特征在于：每个减震柔性动力轮组由V字形减震机构，四个两两同轴的动力小轮（21），由上、下减震支架（17、22）连接的两块轴承座连接板（18），小轮轴（23），承重轴（24），以及滑槽轮（16）组成；每两个动力小轮（21）由一个小轮轴（23）连接，安装在左右两块轴承座连接板（18）两边，小轮轴（23）中间安装有链轮（20）、两端通过轴承固定在轴承座连接板（18）中间，承重轴（24）中间装有定位链条位置的滑槽轮（16）、两端通过轴承固定在轴承座连接板（18）上部，动力链条（11）穿过滑槽轮（16）的槽卡在链轮（20）上；V字形减震机构由上、下减震支架（25、13），减震弹簧（14）及套于其上端的弹簧角度调节块（15）组成，下减震支架（25）与上减震支架（13）一端通过减震支架轴（26）铰连、另一端分别连接于减震弹簧（14）的两端，上减震支架（13）和弹簧角度调节块（15）的上端经穿过其中部的紧固栓、与机架（3）连固，下减震支架（25）下端与轴承座连接板（18）上边连固。

5.根据权利1要求所述的独立自助无障碍轮椅，其特征在于：平地运动机构，上摆动臂（8）和下摆动臂（9）的铰接处为相互配合的、能够使下摆动臂（9）向后、而不能向前运动的卡台式结构，两个小轮（10）通过机体连接件（7）与机架（3）连接时，与垂直方向呈15～30⁰向前倾斜安装。

6.根据权利1要求所述的独立自助无障碍轮椅，其特征在于：动力机构由左右两组手动机构，以及将它们连接、并向轮椅底盘输出动力的低速轴（5）构成，每组手动机构包括手轮（27）、椅架支撑板（28）、高速齿轮轴（29）、低速轴（30）、低速齿轮（32）和轴承（33），椅架支撑板（28）下部与机架（3）连接，轴承（33）装于椅架支撑板（28）上，低速齿轮（32）装于低速轴（30）的两端；手轮（27）通过支撑轴承和高速齿轮轴，与低速轴上的低速齿轮啮合；低速轴（30）中间装有可沿低速轴左右滑动以实现动力机构两边独立和两边一体之间切换的合、分转换轴套（31），两端装有输出动力的主动链轮（42），主动链轮通过链条（43）传动给平地运动大轮（4），再通过与平地运动大轮同轴的链轮传动给动力链条（11）。

7.根据权利1要求所述的独立自助无障碍轮椅，其特征在于：座椅机构由两侧上翘形成扶手的座椅主体（37），底部与座椅主体铰接的椅背（34），连接在椅背的中部和椅面之间、以调节椅背和椅面之间角度的缓冲韧带（38），座椅支架（36），以及座椅水平角度调节机构组成；座椅水平角度调节机构包括固定于座椅主体（37）两侧扶手下面的导轨、卡于导轨中且可在一定范围内滑动的滑块（35）、以及固定于座椅支架（36）上且圆周带凹槽结构的定位槽轮（41），滑块（35）的中部与座椅支架（36）铰连，定位槽轮（41）与铰轴同心，滑块（35）内部装有锁定弹簧（39）和锁定齿（40），锁定齿（40）的下部外露在滑块下端头、并自动卡于定位槽轮（41）圆周的凹槽中。

8.根据权利7要求所述的独立自助无障碍轮椅，其特征在于：座椅机构的座椅靠背与椅面之间的调节角度为95°～104°，水平角度调节机构根据重力自动缓慢调节座椅角度。

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