CN102429780B - 爬楼车 - Google Patents

Abstract

一种爬楼车，包括转臂(13)和与之铰连的两个支撑件(1，2)及车架(3)，三部件两两之间都有1比1的传动，当支撑件(1)固定在梯面，转臂绕其转一角度后，另一支撑件(2)就平移抬高一级梯高，车架也平移抬高，另一支撑件(2)固定在上一梯面转臂绕其转一角度后，前一支撑件(1)向上平移一级梯高，车架也平移抬高，两动作重复交替实现爬楼，由以下两方法爬楼过程中车架质心的垂直投影总是位于支撑件的支撑面内。一，支撑件(1)带有滑槽(1’)；二，两个支撑件都压在两级梯面上。另外，支撑件(2)包括支撑件芯2’和与其铰连的过渡杆(27’)，过渡杆(27’)用轴(28)铰连支撑件壳(27)，支撑件壳(27)与转臂铰连，过渡杆(27’)用轴(25)铰连控制片(30)，利用弹簧和控制片可实现平地和楼梯间的自动转换，实现全自动。

Description

爬楼车

技术领域

本发明创造涉及在楼梯上行驶的车辆。

背景技术

专利CN1299757A的图5公开了一种爬楼车，包括一个转臂和与转臂铰连接的三个部件：两个支撑件及一个车架，座椅与车架刚性连接，三部件都可绕铰连接轴转动，且两两之间都用1比1的传动连接。当转臂固定不动时三部件可绕各自的铰连轴以相同的速度转动。反之当一个支撑件固定在一个梯面上不动，转臂绕该支撑件上的铰连轴转180°后，另一支撑件就作180°圆弧平移到上一级梯面，车架也作180°圆弧平移。以上过程叫动作1。接下来到达新梯面的支撑件固定不动，转臂绕其上的铰连轴转180°，另一支撑件和车架向上平移，完成动作2，这样动作1和2交替周而复始就实现爬楼。但仔细研究发现，在动作1和2中虽然车架质心也以180°圆弧上升，但车架质心的垂直投影并不总是位于支撑件在梯面的支撑面内，所以车辆稳定性欠佳。

发明内容

本发明创造对上述车辆进行改进，使车架质心的垂直投影总是在支撑件的支撑面内。

本发明创造的目的是这样达到的，爬楼车包括转臂和与转臂铰连接的两个支撑件及一个车架，三部件都可绕铰连接轴转动，且两两之间都用1比1的传动连接。当一个支撑件固定在梯面上不动，转臂绕该支撑件上的铰连轴转一角度后，另一支撑件就平移抬高一级梯高，车架也平移抬高。另一支撑件固定在上一梯面上不动，转臂绕该其上的铰连轴转一角度后，前一支撑件向上平移一级梯高，车架也平移抬高。这样两动作交替周而复始实现爬楼。绕铰连接轴5可以和绕铰连接轴4，绕铰连接6之一重合，重合时车架3和一个支撑件刚性连接，转臂上只有一个1比1传动副。下面两法使质心投影总是在支撑面内，一种方法是：两支撑件中有一带有水平导向滑槽，支撑件通过滑槽压在梯面上，当转臂绕该固定不动的支撑件转动一个角度使另一支撑件上升了一级梯高，但还没有压在上一级梯面上，即完成了动作1时，车辆做动作1’，转臂不转动，原固定不动的支撑件在它所带的不动的滑槽上水平向前滑动，直到另一支撑件压在上一级梯面上，然后再作动作2。由于做动作1’时，质心在向前移动，但支撑面前缘也以同速率向前移动，所以质心的投影总是在支撑面内。第二种方法是，支撑件同时压在两级梯面上，因而动作1和2的支撑面有部分是重合的，同样可使质心投影在支撑面内。

由于平稳性好，这种车辆可以由残疾人自己操作上楼，即实现全自动，这是目前非机器人爬楼车无法实现的。

附图说明：

图1，有两支撑件1和2的爬楼车，转臂长为c。

图2，图1的A向视图局部。

图3，有两支撑件1，2的爬楼车，转臂长为0.5c。

图4，阶梯形转臂的爬楼车。

图5，支撑件2的支撑件芯2’带两个用轴22铰连接的轮子21，两支撑件1、2都压在两级梯面上。

图6，支撑件1带滑槽1’。

图7，支撑件2由支撑件芯2’和支撑件壳27在支撑件芯2’左边的轴22处铰连接，支撑件壳27用轴6和转臂13铰连接。

图8，图6A-A视图局部

图9，转臂双向转动时，用平行四边形四连杆传动代替链传动。

图10，转臂双向转动时，其转动由螺杆螺母的相对运动实现。

图11，图7中支撑件芯2’相对支撑件壳27的两个极限位置由控制片30控制。

图12，图10A向视图局部。

图13，支撑件2的过渡杆27’相对支撑件壳27的两极限位置是自动控制的。

图14，图13A向视图局部。

图15，转臂长介于0.5b和0.5c之间的车。

具体实施方式

本文两构件铰连接是指两构件上有孔，另有一轴穿过该两孔，该轴至少和一构件成动配合，使两构件相互之间可作定轴转动。图1，2，车辆包括一个转臂13和与转臂13铰连接的三个部件：两个支撑件1和2及一个车架3，座椅与车架3刚性连接，三部件都可绕铰连接轴4，5，6转动，且两两之间都用1比1的传动连接。图中用链轮7，8，9，10和链条11，12连接。链轮7，链轮8和9，链轮10分别刚性连接支撑件1，车架3，支撑件2；链条11连接链轮7和8，链条12连接链轮9和10。当转臂13固定不动时三部件可绕各自的铰连轴以相同的速度转动。反之当支撑件1固定在一个梯面14上不动，转臂绕该支撑件上的铰连轴4转180°后，图中双点划线直线15是转臂在转动初始时刻的位置，另一支撑件2就作180°圆弧平移到上一级梯面，车架3也作180°圆弧平移。以上过程叫动作1。接下来到达新梯面的支撑件2固定不动，转臂13绕其上的铰连轴6转180°，另一支撑件1和车架3向上平移，完成动作2，这样动作1和2交替周而复始就实现爬楼。但仔细研究发现，在动作1和2中虽然车架3的质心也以180°圆弧上升，但车架质心的垂直投影并不总是位于支撑件1和2在梯面的支撑面内。这是因为做动作1和2时质心轨迹各为半圆弧1和半圆弧2，如果弧1的垂直投影在支撑件1的支撑面内，由于弧1和2连续，弧2就不能在支撑件2的支撑面内。所以运行不平稳。铰连接轴4和6之间的距离叫转臂长。轴5在轴4和轴6之间，可以和轴4，6之一重合，重合时车架3和一个支撑件刚性连接，转臂上只有一个1比1传动副。令a和b为一级梯的宽和高(图1)，c为一级梯的斜边长，c²＝a²+b²。转臂长可以为c(图1)，或0.5c，即斜边长的一半(图3)。为0.5c时为防止支撑件2和轴4相干涉，可以把转臂13作成阶梯形，如图4，其中转臂13包括两个平行的板状体用轴5刚性连接在一起，轴5穿过车架3，车架3上刚性连接链轮8和9。用以下两个方法改进平稳性。方法1，图3的车辆转臂从初始时刻位置顺时针转动锐角2arcsin(b/c)后就使支撑件2升高了梯高b，但没有压在上一级梯面上。为此将支撑件1做如下改进，令它像图6和8中的支撑件1一样带有水平滑槽1’，支撑件1通过滑槽1’压在梯面上。从初始时刻位置转动锐角2arcsin(b/c)后叫动作1，接下来做动作1’，滑槽1’在梯面不动，转臂也不动，支撑件1沿滑槽水平向右滑动梯面宽a至支撑件2压在上一级梯面上。必要时支撑件2可带一轮子21(图15)。支撑件1和滑槽可以用弹簧15’连接。再接下来做动作2，支撑件2不动，转臂13绕轴6逆时针转锐角2arcsin(b/c)，使支撑件1连同滑槽抬高梯高b。接下来动作2’是转臂不动，滑槽1’向右滑动(可借助弹簧15’)至复盖上一级梯面。然后周而复始实现爬楼。相对图1和3这种车辆叫转臂双向转动车。上面图1，3转臂是单向转动，即顺时针转动的。图6也是双向转动，但动作1是逆时针转动，转臂长不一定是0.5c或c。支撑件1带有水平滑槽1’(图8)，支撑件1通过滑槽1’压在梯面上，当滑槽在梯面不动时支撑件1可以沿滑槽水平滑动，支撑件1滑槽1’可以用弹簧15’连接。设初始时滑槽1’和支撑件2都压在同一梯面上，动作1是转臂13绕不动的支撑件1逆时针转一小于180度的角度，使支撑件2升高了梯高b，但没有压在上一级梯面上。转臂长较大时转角较小(图6)，转臂长较小时转角较大(图15)。接下来动作1’是转臂13不动，支撑件1在其滑槽1’内水平向右滑动梯面宽a至支撑件2压在上一级梯面上。必要时支撑件2可带一轮子21(图15)。接下来动作2是支撑件2不动，转臂绕轴6顺时针转一小于180度的角度，使支撑件1连同滑槽抬高梯高b。接下来动作2’是转臂不动，滑槽1’向右滑动(可借助弹簧15’)至复盖上一级梯面。然后周而复始实现爬楼。滑槽1’可带两轮子，供平地行驶用；中间带一突起36’，供爬楼使用，如图15。对于图1和图3转臂单向转动的车，当转臂长在0.5b和0.5c之间时，或0.5b时，在动作1之后支撑件2抬高了梯高b，但没有压在上一级梯面上，也可以令支撑件1带滑槽1’。转臂双向转动时，由于转角小于180度，1 比1的链传动可改为平行四边形四连杆传动，图9，其中连杆11’，12’分别起链条11，12的作用。图6转臂13双向转动时可令转臂刚性连接一长手柄16。护理人或残疾人上下摇手柄16完成动作1，2；再做水平滑动完成动作1’，2’，实现爬楼。也可令转臂相对三部件(支撑件1，支撑件2和车架3)之一的转动经过设在该部件上的传动使角速度提高后再和手柄16刚性连接。图15转臂13相对支撑件1的转动经过设在支撑件1上的传动使角速度提高后再和手柄16刚性连接。转臂13，杆40，杆41和支撑件1构成四连杆传动，转臂13绕支撑件1的转动经此传动使杆41绕支撑件1转动。手柄16和杆41刚性连接。用下划线表示对应杆的长，当支撑件1 和杆40很大，转臂13大于杆41都很小时，如支撑件1∶杆40∶ 转臂13∶杆41＝15∶15∶3∶1时就是上面所要求的传动。这时杆41单向或双向转动都能使转臂双向转动。由于杆 很长，可把手柄16设置在任意地方，座椅前或后。还可以在转臂13和一个支撑件(或车架3)之间设置制动器，或者在与手柄16刚性连接的杆41和一个支撑件(或车架3)之间设置制动器，像自行车的后轮毂和车架之间的制动器一样。转臂双向转动时还可通过转动螺杆实现爬楼，图10，12，螺母18用铰连接轴17和转臂13铰连接，和螺母相配的螺杆19与支撑件1铰连接，并且由于螺杆19上的突起20使得螺杆19和支撑件1在螺杆轴线方向无相对运动。顺逆时针转动螺杆19完成动作1和2。也可令螺母刚性连接支撑件1，螺杆和转臂连接，螺杆转动在螺母轴线方向产生位移带动转臂13转动。上面关于螺杆螺母的论述中的支撑件1也可替换为支撑件2或车架3。

方法2，把图3的支撑件1，2由压在一级梯面改为压在两级梯面，如图5，7，11，13，14。图5支撑件1，2都压在两级梯面，其中支撑件2两端各用轴22铰连接轮子21。平地行驶时由支撑件2支撑，转臂13处于固定角度。滚动轮子21(每侧两个，对称的两侧共4个)行驶。但由于前后两轮子必须在同一高度，车架会倾斜一个角度D。为此把图5中的支撑件2改为图7和11，成为另一种支撑件2。为便于叙述也把图5中的支撑件2叫做支撑件芯2’。即图5中的支撑件2由支撑件芯2’构成。图7中支撑件芯2’不直接铰连接转臂13，而是先用图5中左边的轴22铰连接一个支撑件壳27，支撑件壳27再用轴6铰连接转臂13。支撑件壳27是一个角度为D的扇形槽，两侧各有一凸缘23，24。支撑件芯2’可绕轴22在槽内转动，转到上极限位置和凸缘23接触，支撑件芯2’上的两轮子高度不等，适合在楼梯行驶。转到下极限位置和凸缘24接触，支撑件芯2’上的两轮子高度相等，适合在平地。为使支撑件芯2’固定在上或下极限位置，支撑件芯2’再用轴25铰连接一个控制片30，图11，控制片30是对称的，轴25在中心线上，中心线两侧伸出两足31，32。另外在支撑件芯2’的点26和控制片30中心线上的点28之间有压缩弹簧29，弹簧29的弹力使控制片30的一个足稳定地压在支撑件壳27的下凸缘24或上凸缘23上。图11是压在支撑件壳27的下凸缘24上。当车辆由平地(支撑件芯2’的两轮子等高)过渡到楼梯时手拨控制片30到下稳定位置，足32压在凸缘24上，由于图7中支撑件芯2’右边轮子会单独受梯面给予的向上的力，使支撑件芯2’绕左边的轴22逆时针转，图11中压在凸缘24上的足32嵌入支撑件壳的扇形圆弧处。支撑件芯2’和支撑件壳27成刚性连接，可在楼梯上稳定行驶。反之，当车辆由楼梯过度到平地(支撑件芯2’的两轮子等高)时手拨控制片30到上稳定位置，足31压在凸缘23上，由于图7中支撑件芯2’自身的重力，使支撑件芯2’绕左边的轴22顺时针转，图11中压在凸缘23上的足31嵌入支撑件壳的扇形圆弧处。支撑件芯2’和支撑件壳27成刚性连接，可在平地上稳定行驶。以上控制片30是用手拨动的支撑件2，下面是自动拨动的支撑件2。图13，14，支撑件芯2’不铰连接支撑件壳27，也不铰连接控制片30，也不在点26连接弹簧29。支撑件芯2’用轴34铰连接过渡杆27’，过渡杆27’再用轴28铰连接支撑件壳27，在过渡杆27’上按图11的方法设置控制片30和弹簧29，使过渡杆27’相对支撑件壳27固定在上或下极限位置，即过渡杆27’用轴25铰连接一个控制片30，参见图11，控制片30是对称的，轴25在中心线上，中心线两侧伸出两足31，32。另外在过渡 杆27’的点26和控制片30中心线上的点28之间有压缩弹簧29，弹簧29的弹力使控制片30的一个足稳定地压在支撑件壳27的下凸缘24或上凸缘23上。另外在支撑件芯2’上还刚性连接一个拨动杆35和一个弹簧座36，在过渡杆27’上也刚性连接一个弹簧座33，在弹簧座36和33之间设置有能受拉力和压力的弹簧39，当弹簧39不受力时轴28和支撑件芯2’左边的轴22是在同一直线上的。当车辆由平地(支撑件芯2’的两轮子等高)过渡到楼梯时(或相反)支撑件芯2’上的两轮子会只有一个单独接触梯面或地面而受向上的力，此力使支撑件芯2’和过渡杆27’之间有绕轴34的相对转动，并使弹簧39变形，由于支撑件芯2’和过渡杆27’的相对转动，与支撑件芯2’刚性连接的拨动杆35会拨动控制片30到指定位置使足31压在凸缘23上并最终嵌入凸缘23。图15中滑槽1’不带轮子时也可把其中的支撑件1，2按图5，11，13，14设计。给车辆设计电器控制线路，用直流电驱动依次完成上述4或2个动作，车辆就能在平地和不转弯的楼梯上实现全自动地行驶。

Claims (4)

1.一种爬楼车，包括转臂(13)和与转臂(13)铰连接的三部件：两个支撑件(1，2)及一个车架(3)，所述三部件都可绕铰连接轴转动，且两两之间都用1比1的传动连接，第一支撑件(1)通过第一轴(4)与转臂(13)铰连接，第二支撑件(2)通过第二轴(6)与转臂(13)铰连接，车架(3)通过第三轴(5)与转臂(13)铰连接，第三轴(5)在第一轴(4)与第二轴(6)之间；当第一支撑件(1)固定在梯面上不动，转臂(13)绕该第一支撑件(1)上的铰连接轴转一角度后，第二支撑件(2)就平移抬高一级梯高，车架(3)也平移抬高，第二支撑件(2)固定在上一梯面上不动转臂(13)绕其上的铰连接轴转一角度后，第一支撑件(1)向上平移一级梯高，车架(3)也平移抬高，这样两动作交替周而复始实现爬楼，其特征是车架(3)质心的垂直投影总是位于两个支撑件在梯面的支撑面内。

2.根据权利要求1所述的爬楼车，其特征是所述1比1传动为链传动或平行四边形四连杆传动。

3.根据权利要求2所述的爬楼车，其特征是所述第一支撑件(1)带有滑槽(1’)，转臂(13)的转动由下列三者之一驱动：(一)直流电，(二)人力转动螺杆，(三)人力转动与该转臂(13)刚性连接或通过传动与该转臂(13)连接的手柄(16)。

4.根据权利要求3所述的爬楼车，其特征是所述滑槽(1’)带两轮子。