CN102415929B - 具有腰部锻炼功能的电动轮椅 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有腰部锻炼功能的电动轮椅，包括行走模块、腰部运动模块、连接板、椅子框架、椅背、操作手柄和踏板，所述行走模块位于电动轮椅的底部，该模块的上方设置腰部运动模块，椅子框架设置在腰部运动模块的上方，并通过其上的连接板与腰部运动模块相连接，椅背和踏板分别固连于椅子框架的后部和下部，椅子框架的扶手处设置控制电动轮椅运动的操作手柄。本发明的具有腰部锻炼功能的电动轮椅同时具有行走与腰部锻炼功能，结构新颖实用，应用前景良好。

Description

具有腰部锻炼功能的电动轮椅

技术领域

本发明涉及一种轮椅，特别是一种具有腰部锻炼功能的电动轮椅。

背景技术

由于社会经济的高速发展和人口老龄化日趋严重，各种轮椅已被越来越多的老年人实现户外活动的重要出行工具。此外，国内二千多万肢体残疾人士中，有许多下肢残疾者也必须依靠轮椅代步。

常见的轮椅从驱动方式上可分为手动轮椅和电动轮椅。手动轮椅结构简单成本较低但需由看护者或乘坐者提供行走动力；而电动轮椅一般采用蓄电池供电和电机驱动的方式来实现轮椅自动行走，虽然制作成本较高但可由乘坐者自身操控且操控过程简便省力。随着人们收入和生活水平的提高，电动轮椅相对较高的成本会逐渐被人们接受，其所具有的操控方便、省力和不需要看护人员等优点使得电动轮椅非常符合高龄者的实际需求。

由于电动轮椅的乘坐者大多为高龄者，在乘坐轮椅过程中其腰部必须承受上半身压力，在长期乘坐过程中可能出现腰部劳累或受损等情况。尤其对一些身体虚弱或腰部肌肉疲弱的高龄者来说，一旦腰部受累很容易丧失乘坐轮椅的能力，因此非常有必要在高龄者乘坐一段时间轮椅后对其腰部进行锻炼。

现有的电动轮椅都没有腰部锻炼功能，对高龄者而言很难在乘坐电动轮椅过程中保持对腰部进行有效锻炼，影响其腰部健康，甚至出现腰部过劳或受损的情况。在现有文献中查到的腰部锻炼装置大多独立于电动轮椅而单独使用，例如申请专利号为200720070630.1的腰部健身椅和200820095541的倾斜扭腰健身器等。结合出行代步功能并具有腰部锻炼功能的电动轮椅非常适合于高龄者乘坐的需要，但是现有技术中并无相关报道。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种结构新颖实用的具有腰部锻炼功能的电动轮椅。

实现本发明目的的技术解决方案为：本发明的一种具有腰部锻炼功能的电动轮椅，包括行走模块、腰部运动模块、连接板、椅子框架、椅背、操作手柄和踏板，所述行走模块位于电动轮椅的底部，该模块的上方设置腰部运动模块，椅子框架设置在腰部运动模块的上方，并通过其上的连接板与腰部运动模块相连接，椅背和踏板分别固连于椅子框架的后部和下部，椅子框架的扶手处设置控制电动轮椅运动的操作手柄。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1）采用轮式和履带式相结合的行走方式，既克服了轮式行走方式中难以保证其防滑能力和爬坡能力的缺点，同时其行进阻力也明显小于履带传动机构；2）在乘坐电动轮椅的过程中，具有腰部健身功能，能通过轮椅面的二维摇动和左右摆动来合理锻炼腰部，缓解腰部疲劳和防止腰部受损；3）同时具有行走与腰部锻炼功能，结构新颖实用，应用前景良好。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明具有腰部锻炼功能的电动轮椅机构的三维结构图。

图2为本发明具有腰部锻炼功能的电动轮椅机构中的行走模块三维结构图。

图3为本发明具有腰部锻炼功能的电动轮椅机构行走模块的驱动轮系结构图。

图4为本发明具有腰部锻炼功能的电动轮椅机构行走模块的张紧轮系结构图。

图5为本发明具有腰部锻炼功能的电动轮椅机构行走模块的行走轮系结构图。

图6为本发明具有腰部锻炼功能的电动轮椅机构中的腰部运动模块三维结构图。

具体实施方式

结合图1，本发明的一种具有腰部锻炼功能的电动轮椅，包括行走模块1、腰部运动模块2、连接板3、椅子框架4、椅背5、操作手柄6和踏板7，所述行走模块1位于电动轮椅的底部，该模块的上方设置腰部运动模块2，椅子框架4设置在腰部运动模块2的上方，并通过其上的连接板3与腰部运动模块2相连接，椅背5和踏板7分别固连于椅子框架4的后部和下部，椅子框架4的扶手处设置控制电动轮椅运动的操作手柄6。

结合图2，所述行走模块1包括箱体10、驱动电机及减速器11、支座12、齿轮13、盖板14、履带15、张紧轮系16、固定轮系17、传动齿轮187、驱动轮系18和行走轮系19；驱动电机及减速器11位于箱体10内且通过支座12固定安装在箱体10的底板上，驱动电机及减速器11的输出轴上设置齿轮13，该齿轮与履带驱动系统中的传动齿轮187相啮合，最终带动履带驱动系统运动，所述履带驱动系统位于箱体10两侧，该系统包括履带15、张紧轮系16、固定轮系17、驱动轮系18，其中履带15在驱动轮系18的带动下运动，固定轮系17将履带15压紧在地面上，张紧轮系16调节履带15的张紧程度，行走轮系19固定安装于箱体10的两侧，用来辅助电动轮椅的行走，盖板14设置在箱体10上并为腰部运动模块2提供安装位置。

结合图3，所述驱动轮系18包括驱动轮180、套筒181、转轴182、大螺母183、平键184、端盖185、轴承186、传动齿轮187、圆头平键188和小螺母189，传动齿轮187通过圆头平键188与转轴182相连接并带动转轴182旋转，该转轴的另一端通过平键184与驱动轮180相连接并带动驱动轮180旋转，该驱动轮180与履带15相啮合，轴承186套在转轴182中部并设置在箱体10的安装孔内，所述轴承186的数量为两个，套筒181也套在转轴182中部并位于两个轴承之间，起到顶住轴承内圈的作用；端盖185顶住靠近驱动轮一侧的轴承外圈并固定在箱体10上，小螺母189通过螺纹与转轴182连接，阻止齿轮187轴向移动，大螺母181通过螺纹与转轴182连接，阻止驱动轮180轴向移动。

结合图4，所述张紧轮系16包括第二转轴160、固定块161、轮子162、第二端盖163、固定螺钉164、销子165、第二套筒166和第二轴承167，轮子162通过第二轴承167套在第二转轴160上，该轮子的外圈与履带15的内表面相接触并由履带带动旋转，第二轴承167的外侧设置顶住其外圈并与轮子162固定的第二端盖163，第二套筒166套在第二转轴160上，该套筒位于第二轴承167和销子165之间，所述销子165从径向贯穿第二转轴160的一端，防止套筒与第二轴承167向外脱离，该第二转轴160的另一端穿过箱体10并由固定块161固定在箱体10上。所述固定轮系17与张紧轮系16的原理和结构均相同。

结合图5，行走轮系19与张紧轮系16的原理相同结构类似，该行走轮系19包括第三转轴190、第二固定块191、第三轴承192、第二固定螺钉193、行走轮194、第三端盖195、第二销子196和第三套筒197，行走轮194通过第三轴承192套在第三转轴190上，第三轴承192的外侧设置顶住其外圈并与行走轮194固定的第三端盖195，第三套筒197套在第三转轴190上，该第三套筒197位于第三轴承192和第二销子196之间，所述销子196从径向贯穿第三转轴190的一端，防止第三套筒197与第三轴承192向外脱离，该第三转轴190的另一端穿过箱体10并由第二固定块191固定在箱体10上。

结合图6，所述腰部运动模块2包括座板201、凸轮202、减速小带轮203、滚子204、旋转支架205、减速大带轮206、减速同步带207、第一传动轴208、第一固定支座209、第一单向超越离合器210、第一传动带轮211、第二固定支座212、第二单向超越离合器213、第二传动带轮214、第二传动轴215、第一销轴216、小连杆217、中间连杆218、箱体219、大立柱220、第二销轴221、固定连杆222、驱动电机223、圆锥滚子轴承224、传动同步带225、驱动带轮226、向心球轴承227、万向联轴器228；

所述大立柱220固定在行走模块1的盖板14上，箱体219通过圆锥滚子轴承224套在大立柱220上并具有相对旋转功能，箱体219底板上固连驱动电机223，该电机的输出轴上固连驱动带轮226，箱体219的一个侧壁上同时固连第一固定支座209和第二固定支座212，所述两个固定支座上分别设置第一传动轴208和第二传动轴215，上述两个传动轴分别穿过箱体219的底板，其中第一传动轴208固连第一单向超越离合器210的内圈，该单向超越离合器的外圈与第一传动带轮211的内圈相固连，第二传动轴215上固连第二单向超越离合器213的内圈，该单向超越离合器的外圈与第二传动带轮214的内圈相固连；上述单向超越离合器在其外圈按照设定方向旋转时，其内圈与外圈处于结合状态从而实现同步旋转，在其外圈按另一方向旋转时，其内圈与外圈处于脱离状态从而具有回转轴承的功能；

所述驱动带轮226通过传动同步带225带动第一传动带轮211和第二传动带轮214旋转，其中第一单向超越离合器210与第二单向超越离合器213处于结合状态时的转向相反，保证同一时刻只有一个传动轴在超越离合器的带动下旋转；第二传动轴215的下端固连小连杆217，该小连杆的另一端通过第一销轴216与中间连杆218相连，所述中间连杆218的另一端通过第二销轴221与固定连杆222相连接，固定连杆222的另一端与大立柱220相固连，小连杆217在第二传动轴215的带动下旋转，从而带动中间连杆218摆动，最终在固定连杆222的反作用下实现箱体219的摆动；第一传动轴208的上端与减速小带轮203相固连并带动减速小带轮203旋转，减速大带轮206与旋转支架205相固连，二者的回转中心同轴设置，所述减速大带轮206与旋转支架205同时通过向心球轴承227套在大立柱220的上端，所述减速小带轮203与减速大带轮206同时与减速同步带207相啮合，该减速大带轮206在减速小带轮203的带动下旋转，最终带动旋转支架205旋转，所述旋转支架205的上端设置滚子204，该滚子与其上端的凸轮202的轮廓曲面相接触并在该曲面上滑动，最终带动凸轮上表面以及与其固连的座板201二维摇动，该凸轮的下端通过万向联轴器228与大立柱220的上端相固连。所述滚子204的数量为四个，该四个滚子设置在旋转支架的四个伸出臂上，相邻两个伸出臂之间的夹角为90°。

本发明具有腰部锻炼功能的新型电动轮椅机构主要功能包括行走功能和腰部锻炼功能。其中，行走功能主要包括电动轮椅的前进、后退以及转弯等运动功能，满足乘坐者出行的需要。结合图1-图5，其行走功能具体实现方式如下：乘坐者通过操作手柄6给出行走命令，通过分别控制行走模块1上的两组驱动电机及减速器11的转速和转向来驱动由驱动轮系18、张紧轮系16、固定轮系17和履带15构成的履带传动机构，从而实现电动轮椅的的前进、后退以及转弯等行走功能。

结合图1和图6，其腰部锻炼功能主要由腰部运动模块2实现，具体实现方式如下：乘坐者通过操作手柄6控制驱动电机223的转动及其转向。当驱动电机223顺时针旋转时，并由传动同步带225带动第一传动带轮211和第二传动带轮214顺时针转动。由于第一单向超越离合器210在顺时针旋转时处于结合状态而第二单向超越离合器213在顺时针旋转时处于脱离状态，顺时针旋转的第一传动带轮211通过第一单向超越离合器210带动第一传动轴208和与其相固连的减速小带轮203一起顺时针旋转，从而通过减速同步带207带动减速大带轮206和旋转支架205同步旋转，由旋转支架205上的四个滚子204在凸轮202轮廓曲线上滚动，实现凸轮202和座板201的二维摇动。

当驱动电机223逆时针旋转时，并由传动同步带225带动第一传动带轮211和第二传动带轮214逆时针转动。由于第一单向超越离合器210在顺时针旋转时处于脱离状态而第二单向超越离合器213在顺时针旋转时处于结合状态，逆时针旋转的第二传动带轮214通过第二单向超越离合器213带动带动与其固连的小连杆217逆时针转动，由小连杆217带动中间连杆218运动，在大立柱220和固定连杆222保持不动的情况下会导致固定箱体219、与固定箱体219固连的其他机构和乘坐者一起实现120°的来回摆动。

当电动轮椅的轮椅面进行二维摇动时，乘坐者为保持平衡而引发其腰背部肌肉活动，从而起到腰部锻炼效果；当电动轮椅的轮椅面进行左右摆动时，在摆动的两个极限位置当摆动方向发生改变的时候由于惯性作用会对乘坐者腰部起到一个扭动锻炼效果。由此，本发明的具有腰部锻炼功能的电动轮椅有两种腰部锻炼方式，乘坐者通过操作手柄6来实现对两种腰部锻炼方式的选择。

Claims (5)

1.一种具有腰部锻炼功能的电动轮椅，其特征在于，包括行走模块[1]、腰部运动模块[2]、连接板[3]、椅子框架[4]、椅背[5]、操作手柄[6]和踏板[7]，所述行走模块[1]位于电动轮椅的底部，该模块的上方设置腰部运动模块[2]，椅子框架[4]设置在腰部运动模块[2]的上方，并通过其上的连接板[3]与腰部运动模块[2]相连接，椅背[5]和踏板[7]分别固连于椅子框架[4]的后部和下部，椅子框架[4]的扶手处设置控制电动轮椅运动的操作手柄[6]；所述腰部运动模块[2]包括座板[201]、凸轮[202]、减速小带轮[203]、滚子[204]、旋转支架[205]、减速大带轮[206]、减速同步带[207]、第一传动轴[208]、第一固定支座[209]、第一单向超越离合器[210]、第一传动带轮[211]、第二固定支座[212]、第二单向超越离合器[213]、第二传动带轮[214]、第二传动轴[215]、第一销轴[216]、小连杆[217]、中间连杆[218]、箱体[219]、大立柱[220]、第二销轴[221]、固定连杆[222]、驱动电机[223]、圆锥滚子轴承[224]、传动同步带[225]、驱动带轮[226]、向心球轴承[227]、万向联轴器[228]；所述大立柱[220]固定在行走模块[1]的盖板[14]上，箱体[219]通过圆锥滚子轴承[224]套在大立柱[220]上并具有相对旋转功能，箱体[219]底板上固连驱动电机[223]，该电机的输出轴上固连驱动带轮[226]，箱体[219]的一个侧壁上同时固连第一固定支座[209]和第二固定支座[212]，所述两个固定支座上分别设置第一传动轴[208]和第二传动轴[215]，上述两个传动轴分别穿过箱体[219]的底板，其中第一传动轴[208]固连第一单向超越离合器[210]的内圈，该单向超越离合器的外圈与第一传动带轮[211]的内圈相固连，第二传动轴[215]上固连第二单向超越离合器[213]的内圈，该单向超越离合器的外圈与第二传动带轮[214]的内圈相固连；所述驱动带轮[226]通过传动同步带[225]带动第一传动带轮[211]和第二传动带轮[214]旋转，其中第一单向超越离合器[210]与第二单向超越离合器[213]处于结合状态时的转向相反，保证同一时刻只有一个传动轴在超越离合器的带动下旋转；第二传动轴[215]的下端固连小连杆[217]，该小连杆的另一端通过第一销轴[216]与中间连杆[218]相连，所述中间连杆[218]的另一端通过第二销轴[221]与固定连杆[222]相连接，固定连杆[222]的另一端与大立柱[220]相固连，小连杆[217]在第二传动轴[215]的带动下旋转，从而带动中间连杆[218]摆动，最终在固定连杆[222]的反作用下实现箱体[219]的摆动；第一传动轴[208]的上端与减速小带轮[203]相固连并带动减速小带轮[203]旋转，减速大带轮[206]与旋转支架[205]相固连，二者的回转中心同轴设置，所述减速大带轮[206]与旋转支架[205]同时通过向心球轴承[227]套在大立柱[220]的上端，所述减速小带轮[203]与减速大带轮[206]同时与减速同步带[207]相啮合，该减速大带轮[206]在减速小带轮[203]的带动下旋转，最终带动旋转支架[205]旋转，所述旋转支架[205]的上端设置滚子[204]，该滚子与其上端的凸轮[202]的轮廓曲面相接触并在该曲面上滑动，最终带动凸轮上表面以及与其固连的座板[201]前后左右二维摇动，该凸轮的下端通过万向联轴器[228]与大立柱[220]的上端相固连。

2.根据权利要求1所述的具有腰部锻炼功能的电动轮椅，其特征在于，所述行走模块[1]包括箱体[10]、驱动电机及减速器[11]、支座[12]、齿轮[13]、盖板[14]、履带[15]、张紧轮系[16]、固定轮系[17]、传动齿轮[187]、驱动轮系[18]和行走轮系[19]；驱动电机及减速器[11]位于箱体[10]内且通过支座[12]固定安装在箱体[10]的底板上，驱动电机及减速器[11]的输出轴上设置齿轮[13]，该齿轮与履带驱动系统中的传动齿轮[187]相啮合，最终带动履带驱动系统运动，所述履带驱动系统位于箱体[10]两侧，该系统包括履带[15]、张紧轮系[16]、固定轮系[17]、驱动轮系[18]，其中履带[15]在驱动轮系[18]的带动下运动，固定轮系[17]将履带[15]压紧在地面上，张紧轮系[16]调节履带[15]的张紧程度，行走轮系[19]固定安装于箱体[10]的两侧，用来辅助电动轮椅的行走，盖板[14]设置在箱体[10]上并为腰部运动模块[2]提供安装位置。

3.根据权利要求2所述的具有腰部锻炼功能的电动轮椅，其特征在于，所述驱动轮系[18]包括驱动轮[180]、套筒[181]、转轴[182]、大螺母[183]、平键[184]、端盖[185]、轴承[186]、传动齿轮[187]、圆头平键[188]和小螺母[189]，传动齿轮[187]通过圆头平键[188]与转轴[182]相连接并带动转轴[182]旋转，该转轴的另一端通过平键[184]与驱动轮[180]相连接并带动驱动轮[180]旋转，该驱动轮[180]与履带[15]相啮合，轴承[186]套在转轴[182]中部并设置在箱体[10]的安装孔内，所述轴承[186]的数量为两个，套筒[181]也套在转轴[182]中部并位于两个轴承之间，起到顶住轴承内圈的作用；端盖[185]顶住靠近驱动轮一侧的轴承外圈并固定在箱体[10]上，小螺母[189]通过螺纹与转轴[182]连接，阻止齿轮[187]轴向移动，大螺母[181]通过螺纹与转轴[182]连接，阻止驱动轮[180]轴向移动。

4.根据权利要求2所述的具有腰部锻炼功能的电动轮椅，其特征在于，所述张紧轮系[16]包括第二转轴[160]、固定块[161]、轮子[162]、第二端盖[163]、固定螺钉[164]、销子[165]、第二套筒[166]和第二轴承[167]，轮子[162]通过第二轴承[167]套在第二转轴[160]上，该轮子的外圈与履带[15]的内表面相接触并由履带带动旋转，第二轴承[167]的外侧设置顶住其外圈并与轮子[162]固定的第二端盖[163]，第二套筒[166]套在第二转轴[160]上，该套筒位于第二轴承[167]和销子[165]之间，所述销子[165]从径向贯穿第二转轴[160]的一端，防止套筒与第二轴承[167]向外脱离，该第二转轴[160]的另一端穿过箱体[10]并由固定块[161]固定在箱体[10]上。

5.根据权利要求1所述的具有腰部锻炼功能的电动轮椅，其特征在于，所述滚子[204]的数量为四个，该四个滚子设置在旋转支架的四个伸出臂上，相邻两个伸出臂之间的夹角为90°。

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