CN103025293B - 电动轮椅的越障装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动轮椅的越障装置，包括：在每边安装有n(n≥3)个轮子(3a,3b,3c)的底盘（2）；适于旋转轮子(3a,3b,3c)的驱动机构（5）。所述装置的特征在于底盘（2）的每个侧边上设有一个联结机构，所述的联结机构包含n-1个两两共用一个旋转轴的臂(7a,7b)，所述的轮子(3a,3b,3c)也设置所述的旋转轴上，包括前轮(3a)、n-2个中间轮(3b)、后轮(3c)，所述的联结机构允许每个轮子相对于邻近的轮子的转轴独立旋转。

Description

电动轮椅的越障装置

技术领域

本发明涉及一种能够使摩托车辆越过障碍物的装置。

本发明所涉及的摩托化车辆主要指可自动行走的类型，比如轮椅。

摩托化车辆主要指轮椅，轮椅是本发明的主要描述对象，

该装置解决日常使用轮椅的残障人士越过障碍的难题。

背景技术

今日社会，包含残障人士的弱势群体是有关道路、公共或私人交通方面的城市发展方案、房屋适应性的优先考虑对象。

良好的可亲近性决定了社会、教育和职业的包容性。可移动性和运动性是日常生活和长期生存的质量的保证。

为了使得移动自由真正实现，移动的整个链条必须满足使用者的特殊需求。

移动的整个程序的第一个基本要素无疑是轮椅，轮椅是在平面上方便地运送一个人的移动性的技术辅助。

因为城市发展方案的实施比较慢，若干年内，轮椅需要适应城市、道路、房屋的现有状态。

现在，道路有许多人行道，商业建筑经常有台阶，房屋内有时从一个房间到另一个房间也有高度差，如此等等。轮椅应该有越障能力。

为此已经提出许多解决方案。市场上出现了六轮的轮椅。它们有良好的操控性和稳定性，但是越障的高度有限（小于7.5厘米），而且只有人行道杠杆机构能够提升前轮。

其他四轮驱动型的轮椅也已经出现，并且能够在各种地表运动，包括草地、砂石、卵石，越过15厘米的障碍物。这种轮椅的主要缺点，一方面是尺寸过大，影响了在室内使用；另一方面是稳定性差，在越障时有前倾或后倾的危险。

发明内容

本发明解决此缺点的手段是提供一个简化的电动轮椅，该电动轮椅能够在无倾斜风险的情况下以各种前迎角越过高达20厘米的障碍物。

该轮椅的一个优点是能够在草地、砂石、卵石地上行驶，也能够在雪地和砂上行驶。

下面具体描述该轮椅的其他优点。

装备有越障装置的轮椅包括：

一个在每条边上连接有n个轮子的的底盘，n≥3;

用于驱动所述的轮子旋转的驱动装置；

所述的底盘的每个侧面设置有包括n-1个铰接的臂的联结结构，所述的n个轮子设置所述的联结结构上，分别有一个前轮，n-2个中间轮和一个后轮。所述的铰接的臂的联结结构能够使每个轮子相对于相邻的轮子的转轴旋转。

换言之，所述的装置具有如下特别之处：相邻轮子的间距是固定的，以免折叠它们。当这些轮子遇到障碍物时，它们能够相互独立地在高度上移动。特别地，当轮椅到达人行道的前面时，两个前轮将先跨上去，而其他轮子保持与地面接触。然后，当后两个轮子到达人行道前部并且跨上去，其他轮子保持与地面的接触，如此继续。最后，两个后轮跨上人行道，前面的轮子保持与地面的接触。在任何时刻，轮椅有三个以上支点，以便确定一个提供轮椅稳定性的平面。

按照本发明，所述的铰接的臂以每两个臂共用一个转轴的方式铰接起来，所述的共用转轴对应于一个中间轮的转轴。

位于轮椅座下的所述的驱动装置用一个马达轴连接于所述的联结结构。这个马达轴通过设置在所述的马达轴和轮轴之间的变速箱驱动所述的轮子。

优选地，驱动装置包括两个设置在横向中分面两侧的马达。一个马达驱动左侧的轮子，另一个马达驱动右侧的轮子。如前所述，每个马达用马达轴联结其中一个铰接的臂。

另一个可能的做法，驱动装置直接装在轮轴上，或者整合进轮子里边。

左右轮子各自独立驱动的方式使得轮椅能够自行360°旋转。由于运动大大地便利化了，轮椅的这个性能对使用者是很大的益处。

另一种实现方式是，轮椅的底盘通过两个轴柄与铰接的臂的联结装置连接，所述的两个轴柄中的一个能够补偿两个轴柄的间距变化，该间距变化系由于所述的铰接臂不对齐于同一平面上所引起的。确实，当通过障碍物时，轮子不再对齐，铰接臂相应地旋转形成角度，导致两个轴柄相互靠近。底盘有固定尺寸，并与两个轴柄连接。为了避免底盘变形或破损，当越过障碍物时，必须能够补偿两个轴柄的间距，以保证与两个轴柄的间距有关的铰接臂能够通过这两个轴柄与底盘连接。

依照一个变化例子，这一要求能够采用两段相互偏置的圆柱状轴柄构成的曲轴来满足。这一偏置能够补偿当轮子不对齐所引起的两个轴柄的间距变化。

依照第二个变化例子，所述的曲轴包括与一个铰接臂连接的第一轴柄和与底盘连接的第二轴柄，第一轴柄与第二轴柄通过联杆铰接在一起。

依照第三个变化例子，这个条件也可通过设置滑动轴实现，所述的滑动轴设置在水平面的两个端点之间，所述的两个端点分别限定了两个轴柄的最大和最小的间距。所述的滑动轴能够在铰接臂的水平上或底盘的水平上改变两个轴柄的间距。例如，滑动轴能够被设置在铰接臂上的导槽内或者被设置在底盘内的导槽内。

如前文所述，本发明的一个主要优点是稳定性。这个效果由于一个前部的或后部的反倾斜装置而增强。

确实，当下行在一个斜坡上时，轮椅会前倾，因而减轻了后部。此时，防止后轮单独相对于其他轮子单独提升是明智之举。没有这个反倾斜装置，在提升后轮时，底盘会向前倾斜，导致对于使用者十分危险的状况。同样，在爬坡过程中也有类似危险，具体是单独提升前轮的风险。

为此目的，本发明的前部的或后部的反倾斜装置包括在轮椅上的每条边上的锁定机构，该锁定机构在底盘前倾或后倾时锁定至少一个铰接臂的枢轴。

更特别地，所述的在底盘前倾或后倾时锁定至少一个铰接臂的枢轴的锁定机构包括一个用于分别锁定后部和前部的铰接臂的转动的棘爪，所述的棘爪通过两个关联结构连接所述的铰接臂，所述的两个关联结构将底盘与铰接臂的距离变化转换为棘爪的移动，使得棘爪的端部与所述的锁定装置的齿状边缘配合，以锁定所述的枢轴。

实际上，两个关联结构中的每个都包括弯关节，棘爪的远端连杆分别由前部和后部的铰接臂驱动，靠近棘爪的连杆铰接于一个联杆的两端，所述的联杆包含一个用于旋转棘爪的铰链，联杆铰接于底盘；每个弯关节的一个连杆也铰接于底盘。

除了反倾斜装置，本发明所述的越障装置也受益于一个帮助轮椅的后部穿越障碍的辅助装置。这个额外的辅助装置包括在轮椅的每个侧边的后部上的反倾斜轮，反倾斜轮安装在一根铰接在底盘上的支杆的末端，所述的支杆与阻尼器连接。所述的支杆铰接于一个弯接头，所述的弯接头的阻尼器的外侧的连杆一方面在后臂的中轴线的前方铰接于底盘，另一方面铰接于后臂的中轴线处。

特别地，该辅助越障装置使铰接的臂的转动到反倾斜轮的位置，在轮椅平地行走时反倾斜轮处于升高状态，当后轮越障时反倾斜轮压紧地面。

有利的是，阻尼器是可变长度体，例如带有轴向弹簧的汽缸或阻尼子，铰接在底盘上，能够在反倾斜轮压在地面上时被弹性压缩。该阻尼器用于吸收后轮在通过障碍时的部分载荷。汽缸或阻尼子在平地行驶时处于放松状态，在越障时处于张紧状态。

装备有本发明的越障装置的轮椅的外形尺寸不超出通常的室内电动轮椅，这样就方便与穿过门。

按照一可能的结构，至少一套轮子的轮胎具有沿轮子旋转轴线方向的高弹性沟纹，特别是前轮或后轮。这个构造能够防止轮椅自身旋转引起的移动所造成的轮胎磨损。这种轮子因高弹性沟纹在雪地或沙地上起齿状鞋底的作用而具有优势。

按照另一种可能的结构，至少一套轮子，尤其是前轮或后轮，安装全向轮。这种安排能够防止轮胎在轮椅自旋转时发送磨损，因此具有特别的便利。

为了能够更加方便、灵活地穿越障碍，额外的轮子，例如带有凸钉的轮胎的轮子，可以设置在相邻的轮子之间，相对于已有的轮子横向凹进。这些额外的轮子能够帮助轮椅爬楼梯。

为了减少在不平地面或越障时施加在轮子上的压力，至少一个轮子使用弹性轮毂，也就是在旋转轴心处有弹性间隙，和/或活动轮毂，也就是只能向一个方向驱动的轮子。

另一个选择包括给轮椅安装一个带有液面传感器的可倾斜座，这样，座位能够经常保持水平，无论轮椅位于何处。这种可倾斜座显著地改善了乘客的舒适性。

最后一个优点，该装备有越障装置的轮椅，是可拆卸的。

附图说明

下面参照附图进一步说明本发明的技术方案，本发明的附图如下：

图1是本发明的轮椅的侧向示意图；

图2是图1的A-A向剖视图的部分图；

图3是带有铰接的臂的联结结构的放大图，从轮椅侧面，并去除遮盖物。

图4显示了带有铰接的臂的联结结构的放大图，从底盘侧面，并去除遮盖物。

图5显示了带有铰接的臂的联结结构的透视图，并显示了与底盘连接的两个轴柄。

图6显示了一种可以采用的变速箱的原理图。

图7a是配置了反倾斜装置的轮椅图。

图7b-7e显示了前倾和后倾的危险状态。

图8a和图8b显示了配备有障碍通过辅助装置的轮椅。

参照附图1，本发明所述的越障装置包括用于安装轮椅1的底盘2，底盘2的每个侧面设有排成一条线的轮子3a、轮子3b、轮子3c，包括相互铰接的前臂7a与后臂7b的联结结构上设置有排成一条线的轮子3a,、3b、3c。

前轮3a位于第一铰接臂7a之前，中间轮3b位于相互铰接的前臂7a与后臂7b之间，后轮3c位于第二铰接臂7b之后。相互铰接的前臂7a、后臂7b共同铰接在中间轮3b的转轴6上.

铰接的前臂7a、后臂7b之间的关节相当于枢轴连接。这就允许前轮3a和后轮3c相对于中间轮3b的转轴6旋转。

图2显示了轮椅1下的电动系统的一部分。电池包4在侧边通过马达5和马达轴8与带有铰接的前臂7a、后臂7b的联结结构前部联结，电池包4通过宽松安装的轴，例如曲轴12，与联结结构的每个侧边的后部连接。电池包4依次安装在轮椅的底盘2上。曲轴12的轴线包括两个旋转轴线相互轻微偏置的轴柄12a,12b，第一轴柄12a与电池包4连接，而第二轴柄12b与后臂7b连接。

按照附图6，马达轴8通过传动链或带9a、9b、9c使得排成一条线的轮子3a、3b、3c旋转，传动链或带9a、9b、9c分别设置在马达轴8与前轮10的转轴之间，在马达轴8与中间轮6的转轴之间，在中间轮6的转轴与后轮11之间。驱动装置分别在左侧轮子之间和右侧轮子之间将旋转运动传导到轮子3a、3b、3c。通过手动控制，使用者自行控制轮椅的转向，能够决定将左侧轮子向对侧的右侧轮子方向旋转。他也能够决定转弯的大小，通过控制马达使得右侧轮子或左侧轮子臂对侧的轮子转得较快。

图3到图5具体展示了带有铰接的前臂7a、后臂7b的联结结构。

联结结构包括两个用枢轴铰接的前臂7a、后臂7b。相互铰接的前臂7a、后臂7b都相当于一个具有长方形的并在中央部位13处厚度减小的机械部件，该机械部件上包括三个分布在中间和端部的洞14a、14b、14c。这些洞用于安装轴承，或者用于安装马达轴8，后者用于安装曲轴12的轴，或者用于安装轮轴6、10、11。前臂7a和后臂7b在中央部位13处重叠，如此联结结构具有同样的厚度，并且具有前臂7a和后臂7b。

图7a显示了反倾斜装置，它设置在轮椅1的每个侧边。

反倾斜装置包括一个用于锁定前臂7a和后臂7b的枢轴的棘爪16，棘爪16通过双关联机构连接前臂7a和后臂7b。棘爪16与前臂7a后部的齿状边缘17配合。棘爪16包括通过枢轴35与与底盘2铰接的直杆，该直杆的端部有一个朝向所述的齿状边缘17的棘刺18，棘刺18的形状适合于进入齿状边缘17的缺口。

每个关联机构包括一个弯关节，第一弯关节包括用枢轴36铰接于底盘2的第一弯杆19，第一弯杆19铰接于第一直杆20；第二弯关节包括用枢轴37铰接于底盘2的第二弯杆22，第二弯杆22铰接于第二直杆23。远离棘爪16的第一弯杆19、第二直杆23分别铰接于前臂7a和后臂7b的中间枢轴14b。靠近棘爪16的第一直杆20、第二弯杆22分别铰接于联杆21的端部38、39，棘爪16铰接在联杆21上。

挡块25和挡块26设置在底盘2上，用于限制远离棘爪16的第一弯杆19、第二直杆23的向上运动。

如图7c所示，当轮椅1前倾，底盘2的后部升高，挡块26从第二直杆23上移开，更不必说后臂7b。底盘2与后臂7b的间距的变化引起弯关节的倾斜，这一倾斜导致联杆21和棘爪16转动，棘爪16的转动引起棘刺18进入齿状边缘17的缺口，阻碍后臂7b相对于其轴线14b转动以保持后臂7b与底盘2结合在一起。

于是，当底盘2的后部升起时，能够将后臂7b和后轮3c带起。现在，由于自身重量，后轮3c倾向于压住地面。

如果后轮3c轻微离地，所述的关联结构阻止前臂7a和后臂7b绕中间轮3b的枢轴14c转动，以防止后轮3c的进一步移动和轮椅1倾覆的危险。

如附图7e所示，当轮椅1后倾时，底盘2倾向于带起前轮3a。

附图7b和7d描述了无反倾斜装置的轮椅的结构。此时，后轮或前轮被完全升起引起轮椅倾斜。

附图8a和8b显示了设有越障辅助装置的轮椅的结构。

附图8a中轮椅在平地上行走，装置处于初始状态。图8b越障辅助装置处于压力状态下，轮椅的后轮在越障的过程中。

越障辅助装置设置在轮椅1的每个侧边。

越障辅助装置包括一个设置在轮椅后部的支杆28的端部的反倾斜轮27，支杆28的另一个端部34铰接于底盘2。弯柄29铰接于支杆28，两者都铰接一个由与底盘2铰接的轴向弹簧构成的阻尼器，并且弯柄29连接于弯接头，当该弯接头在弯柄29的外侧端部33处与底盘2铰接时能够确保与后臂7b连接。作为特例，弯接头由直柄31、直柄32在后臂7b的中心轴14b处相互铰接构成。

当如图8所示，所述的轮椅在平地上滚动时，反倾斜轮27维持相对于地面抬高的状态，阻尼器30处于放松状态。

当穿越障碍时，轮椅1必须后倾，反倾斜轮27触地。同时，前臂7a和后臂7b不再对直，形成角度，后臂7b相对于底盘2的轴心14b的位置变化了。这一位置改变引发直柄32绕其端部33转动。弯接头的转动引起弯柄29靠近底盘2，这一间距的减小由阻尼器30压缩补偿后向反倾斜轮27传递，反倾斜轮27依靠在地面上，轮椅的部分重量承压在后轮3c上，便于通过障碍物。

Claims (17)

1.电动轮椅的越障装置，包括：

在每边安装有n个轮子的底盘，n≥3；

适于旋转轮子的驱动机构；

其特征在于：底盘的每个侧边上设有一个联结机构，所述的联结机构包含n-1个两两共用一个旋转轴的铰接臂，所述的轮子也设置所述的旋转轴上，包括前轮、n-2个中间轮、后轮，所述的联结机构允许每个轮子相对于邻近的轮子的转轴独立旋转；

底盘通过两个可自由旋转的轴柄连接铰接臂的联结机构，当所述的铰接臂之间不对齐时，其中一个轴柄能够补偿两个轴柄之间的距离的变化。

2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的驱动机构通过马达轴连接一个铰接臂。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的马达轴通过设置在马达轴和轮子轴线之间的变速箱驱动所述的轮子。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：左侧的轮子的驱动马达独立于右侧的轮子的驱动马达。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：其中一种所述的轴柄是曲轴。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述的曲轴包括与铰接臂连接的第一轴柄和与底盘连接的第二轴柄，两个轴柄通过一个联杆相互铰接。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：其中一个轴柄是水平面上的滑动轴。

8.根据权利要求1-4之一所述的装置，其特征在于：还设有前和/或后的反倾斜装置，所述的反倾斜装置包括设在轮椅的每个侧边上的的锁定机构，该锁定机构在底盘前倾或后倾时锁定至少一个铰接臂的枢轴。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：所述的在底盘前倾或后倾时锁定至少一个铰接臂的枢轴的锁定机构包括一个用于分别锁定后部和前部的铰接臂的转动的棘爪，所述的棘爪通过两个关联结构连接所述的铰接臂，所述的两个关联结构将底盘与铰接臂的距离变化转换为棘爪的移动，使得棘爪的端部与所述的锁定装置的齿状边缘配合，以锁定所述的枢轴。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于：两个关联结构中的每个都包括弯关节，棘爪的远端连杆分别由前部和后部的铰接臂驱动，靠近棘爪的连杆铰接于一个联杆的两端，所述的联杆包含一个用于旋转棘爪的铰链，联杆铰接于底盘；每个弯关节的一个连杆也铰接于底盘。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于：还设有一个帮助轮椅的后部穿越障碍的辅助装置，所述的辅助装置包括在轮椅的每个侧边的后部上的反倾斜轮，反倾斜轮安装在一根铰接在底盘上的支杆的末端，所述的支杆与阻尼器连接，所述的支杆铰接于一个弯接头，所述的弯接头的阻尼器的外侧的连杆一方面在后臂的中轴线的前方铰接于底盘，另一方面铰接于后臂的中轴线处；该辅助越障装置使铰接的臂的转动到反倾斜轮的位置，在轮椅平地行走时反倾斜轮处于升高状态，当后轮越障时反倾斜轮压紧地面。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于：阻尼器是铰接在底盘上的可变长度体，能够在反倾斜轮压在地面上时被弹性压缩。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于：至少一套轮子的轮胎具有沿轮子旋转轴线方向的高弹性沟纹。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于：至少一套轮子安装全向轮。

15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于：额外的轮子设置在相邻的轮子之间，相对于已有的轮子横向凹进。

16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于：至少一个轮子使用弹性轮毂，或活动轮毂。

17.装有权利要求1所述的装置的电动轮椅，其特征在于：包括用液面传感器保持水平的可倾斜座位。