CN103767840A - 一种轮式爬楼轮椅 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轮式爬楼轮椅，为解决现有爬楼轮椅结构复杂，安全性差等问题而设计。该轮式爬楼轮椅包括座椅、驱动装置以及与驱动装置连接的传动机构，传动机构两侧各设置前行星轮和后行星轮，所述传动机构两侧的前行星轮和后行星轮均通过逆平行四边形调整机构与所述座椅连接；当所述轮椅爬楼时，通过逆平行四边形调整机构调整所述座椅的角度。该轮式爬楼轮椅在爬楼时能通过逆平行四边形调整机构调整座椅的角度，进而调整使用者的重心位置，保证使用者的平衡，提高轮式爬楼轮椅爬楼时的安全性，且逆平行四边形调整机构结构简单可靠，大大降低了轮式爬楼轮椅的生产成本。

Description

一种轮式爬楼轮椅

技术领域

本发明涉及一种轮式爬楼轮椅。

背景技术

随着21世纪的到来我国已进入老龄化社会，现在我国的老年人口已达到1.32亿，并以年均3.30%的速度持续增长，此外，我国还有各类残疾人6千万，大量的老年人和残疾人的存在使助老助残问题日益成为一个重大的社会问题。在城市里，楼梯是人造环境中最常见的障碍，也是最难跨越的障碍之一。随着服务机器人的问世和发展老年人和残疾人的生活质量得到了有效的提高，这将有利于我国社会的稳定发展。爬楼梯电动轮椅是服务机器人的一种，它是老年人或肢体伤残者不可缺少的康复和步伐工具，借助轮椅老年人和肢体伤残者可以进行身体锻炼和参与社会活动。我国的轮椅发展较缓慢，而能爬楼梯的多功能轮椅在国内尚无成熟的产品；然而随着社会生产力的发展，人们生活水平的提高，考虑老年人及残疾人出行的方便性，研制具有爬楼梯功能的轮椅具有重大的现实意义。

尽管国内外学者已分别在轮式爬楼梯机器人的研制上取得一些成果，但由于楼梯台阶参数的不确定性和爬楼梯过程中的安全性，仍存在一些关键问题尚未解决，如下：

（1）机器人的轮子结构。

设计出一种能够安全、有效爬楼梯的轮式结构。

（2）爬楼梯过程中的安全性。

使用者已是伤残者或老年人，设计者必须保证机器人在爬楼梯时的安全性。

这些问题严重制约着轮式爬楼梯机器人的研发与推广。

发明内容

本发明的一个目的是提出一种结构简单且能够实时调整重心、安全可靠性高的轮式爬楼轮椅。

本发明的另一个目的是提出一种能够在平地行进模式和爬楼模式之间自由切换、使用方便的轮式爬楼轮椅。

本发明的还一个目的是提出一种使用舒适的轮式爬楼轮椅。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种轮式爬楼轮椅，包括座椅和驱动装置，驱动装置的两侧各设置前行星轮和后行星轮，可通过所述驱动装置驱动所述前行星轮和/或后行星轮运动，所述驱动装置两侧的前行星轮和后行星轮均通过逆平行四边形调整机构与所述座椅连接；当所述轮椅爬楼时，通过逆平行四边形调整机构调整所述座椅的角度。

进一步的，所述逆平行四边形调整机构包括由第一平衡杆、第二平衡杆、第三平衡杆和第四平衡杆转动连接形成的逆平行四边形结构以及伸缩装置，其中，

所述第一平衡杆设置于所述座椅上；

所述第四平衡杆的两端分别与所述前行星轮和后行星轮转动连接；

所述第二平衡杆和所述第三平衡杆交叉设置于所述第一平衡杆和所述第四平衡杆之间；

所述第二平衡杆的一端与所述第四平衡杆转动连接于所述前行星轮上，另一端与所述第一平衡杆的一端在第一连接点转动连接；

所述第三平衡杆的一端与所述第四平衡杆转动连接于所述后行星轮上，另一端与所述第一平衡杆的另一端在第二连接点转动连接；

所述伸缩装置设置在所述第一连接点和所述第二连接点之间，用于调整所述第一连接点与所述第二连接点之间的距离。

优选的，所述转动连接为铰接连接。

进一步的，所述前行星轮和所述后行星轮均包括公转轮支架和设置于公转轮支架上的自转轮；

所述公转轮支架包括若干轮腿，每一个轮腿上均设置有一个自转轮。

优选的，所述公转轮支架具有五个轮腿。

优选的，所述驱动装置包括第一驱动装置和第二驱动装置；

当所述轮椅处于平地行进档位时，通过所述第一驱动装置驱动所述后行星轮的自转轮转动；

当所述轮椅处于爬楼档位时，通过所述第二驱动装置驱动所述前行星轮和所述后行星轮转动。

优选的，所述轮椅还包括控制器，控制器与所述伸缩装置连接；

所述后行星轮上设置有与所述控制器连接的感应装置，所述控制器根据感应装置的感应信号控制所述轮椅在平地行进档位和爬楼档位之间切换；

所述第四平衡杆上设置有与所述控制器连接的倾角传感器，控制器根据倾角传感器检测的第四平衡杆的转动角度控制所述伸缩装置的伸缩长度。

优选的，所述伸缩装置为由气缸驱动的活塞杆。

优选的，所述座椅底部设置有减震装置。

本发明的有益效果为：

（1）本发明轮式爬楼轮椅在爬楼时能通过逆平行四边形调整机构调整座椅的角度，进而调整使用者的重心位置，保证使用者的平衡，提高轮式爬楼轮椅爬楼时的安全性，且逆平行四边形调整机构结构简单可靠，大大降低了轮式爬楼轮椅的生产成本。

（2）本发明轮式爬楼轮椅有平地行进模式和爬楼模式，在后行星轮上还设置有感应装置，控制器可根据感应装置的感应信号控制轮椅在平地行进模式和爬楼模式之间自由切换，使用方便可靠，行进速度快且平稳。

（3）在座椅的底部还设置有减震装置，有效提高该轮式爬楼轮椅的使用舒适度。

附图说明

图1是本发明逆平行四边形调整机构形变原理图；

图2是本发明实施例一提供的轮式爬楼轮椅的结构示意图；

图3是本发明实施例一提供的轮式爬楼轮椅的爬楼动作原理图。

图中，1、座椅；3、前行星轮；4、后行星轮；5、驱动装置；6、逆平行四边形调整机构；61、第一平衡杆；62、第二平衡杆；63、第三平衡杆；64、第四平衡杆；7、第一连接杆；8、第二连接杆；9、公转轮支架；91、轮腿；10、自转轮；11、力矩传感器；12、机架；13、曲柄；14、活塞杆；15、倾角传感器；16、第一连接点；17、第二连接点。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

两相对杆的长度分别相等但不平行的四杆机构称为逆平行四边形调整机构。初始状态下，保证逆平行四边形调整机构两曲柄水平，如图1中的a图所示，将其中一条长边作为机架12时，两曲柄13就会沿着相反的方向转动，转动后的逆平行四边形如图1中的a’图所示。

将上述的技术原理应用于爬楼轮椅的结构设计中，能够使得轮椅在爬楼时可调节座椅的角度，进而调节使用者的重心，保证使用者的安全。

实施例一：

图2是本实施例提供的轮式爬楼轮椅的结构示意图。如图所示，该轮式爬楼轮椅包括座椅1和驱动装置5。驱动装置5两侧各设置有前行星轮3和后行星轮4，通过驱动装置5驱动前行星轮3和/或后行星轮4运动。驱动装置5两侧的前行星轮3和后行星轮4均通过逆平行四边形调整机构6与座椅1连接，当轮椅爬楼时，通过逆平行四边形调整机构6来调整座椅的重心。

其中，所述逆平行四边形调整机构6包括由第一平衡杆61、第二平衡杆62、第三平衡杆63和第四平衡杆64铰接连接形成的逆平行四边形结构；所述座椅1两侧前后分别设置有第二连接杆8和第一连接杆7；所述第一平衡杆61和第二平衡杆62铰接连接于所述第一连接杆7的上部；所述第一平衡杆61和第三平衡杆63铰接连接于所述第二连接杆8上；所述第三平衡杆63和第四平衡杆64通过所述第一连接杆7的下部铰接连接于所述后行星轮4上；所述第二平衡杆62和第四平衡杆64铰接连接于所述前行星轮3上；在所述第一连接杆7上设置有用于调整第一连接杆7长度的由气缸驱动的活塞杆14。

如图3所示，当轮椅爬楼时，将第二平衡杆62作为机架，后行星轮4抬起，活塞杆14收缩使得第一连接杆7长度变短，第四平衡杆64转动，根据逆平行四边形原理，第一平衡杆61会相应的反方向转动一定角度，进而带动与其连接的座椅1也转过一定角度，从而能够调整座椅1上的使用者的重心位置，保证使用者的平衡。

所述前行星轮3和所述后行星轮4均包括公转轮支架9和设置于公转轮支架9上的自转轮10；所述公转轮支架9包括五个轮腿91，每一个轮腿91上均设置有一个自转轮10。

驱动装置5包括第一驱动装置和第二驱动装置。该轮式爬楼轮椅具有两个档位：平地行进档位和爬楼档位。当所述轮椅处于平地行进档位时，通过第一驱动装置驱动后行星轮4的自转轮10转动，使得轮椅能够在平地上快速行进；当所述轮椅处于爬楼档位时，通过第二驱动装置驱动所述前行星轮3和所述后行星轮4转动，实现轮椅的爬楼。

优选的，第一驱动装置为第一电机，伺服电机与后行星轮的自转轮同轴安装，通过第一减速机构驱动后行星轮的自转轮；可在后行星轮的每个自转轮上安装第一电机；第二驱动装置为第二电机，第二电机通过第二减速机构带动后行星轮的公转支架转动。

在轮椅上还设置有控制器，控制器与驱动活塞杆14的气缸连接；所述后行星轮4上设置有与所述控制器连接的力矩传感器11，所述控制器根据力矩传感器11的感应信号控制所述轮椅在平地行进档位和爬楼档位之间切换；所述第四平衡杆64上设置有与所述控制器连接的倾角传感器15，控制器根据倾角传感器15检测的第四平衡杆64的转动角度控制活塞杆14的伸缩长度。

该轮式爬楼轮椅的工作具体为：当轮椅处于平地上时，后行星轮4上的力矩传感器11不会受到来自楼梯台阶的力矩作用，控制器控制轮椅处于平地行进档位；当需要爬楼时，将轮椅调整至背对楼梯，当轮椅的后行星轮4受到了来自楼梯台阶的力矩作用时，控制器控制轮椅转换至爬楼档位，通过倾角传感器15感应第四平衡杆64的转动角度，并将角度信号传送至控制器，控制器根据该信号控制活塞杆14的伸缩，进而变换第一连接杆7的长度以调整座椅1的角度，当轮椅的后行星轮4没有受到来自楼梯台阶的力矩作用时，控制器控制轮椅处于平地行进档位，控制器控制活塞杆14伸缩至第一连接杆7的原有长度。如此，当楼梯的台面较长时，控制器也可根据力矩传感器11来控制轮椅进行换挡，调整后行星轮4与楼梯台阶之间的距离，进一步保证使用安全性。

为了缓冲逆平行四边形调整机构6在转动时产生的刚性冲击，在座椅1的底部还设置有弹簧等减震装置。

其中，各平衡杆之间以及平衡杆与连接杆之间不局限于铰接连接，其他的转动连接均可；调整第一连接杆长度的伸缩装置不局限于由气缸驱动的活塞杆，其他能够实现上述功能的伸缩装置均可；公转轮支架的轮腿数量不局限于五个，能够方便轮椅爬楼即可；检测后行星轮与楼梯台阶之间距离的感应装置不局限于力矩传感器，其他能够准确检测后行星轮与楼梯台阶之间距离的感应装置均可；平地行进档位时也可将前行星轮的自转轮作为主动轮。

实施例二：

本实施例提供的轮式爬楼轮椅的基本结构与实施例一相同，包括座椅和驱动装置。驱动装置两侧各设置有前行星轮和后行星轮。驱动装置两侧的前行星轮和后行星轮均通过逆平行四边形调整机构与座椅连接，当轮椅爬楼时，通过逆平行四边形调整机构来调整座椅的重心。

与实施例一的不同之处在于，本实施例的第一平衡杆直接设置在座椅上，这样就省去了第一连接杆和第二连接杆，第二平衡杆与第一平衡杆在第一连接点铰接，第三平衡杆与第一平衡杆在第二连接点铰接，伸缩装置直接设置在第一连接点与第二连接点之间，通过伸缩装置调整第一连接点与第二连接点之间的距离。该结构亦能实现如实施例一所述的调整功能，且结构进一步简化。

以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种轮式爬楼轮椅，包括座椅（1）和驱动装置（5），驱动装置（5）的两侧各设置前行星轮（3）和后行星轮（4），可通过所述驱动装置（5）驱动所述前行星轮（3）和/或后行星轮（4）运动，其特征在于：所述驱动装置（5）两侧的前行星轮（3）和后行星轮（4）均通过逆平行四边形调整机构（6）与所述座椅（1）连接；当所述轮椅爬楼时，通过逆平行四边形调整机构（6）调整所述座椅（1）的角度。

2.根据权利要求1所述的一种轮式爬楼轮椅，其特征在于：所述逆平行四边形调整机构（6）包括由第一平衡杆（61）、第二平衡杆（62）、第三平衡杆（63）和第四平衡杆（64）转动连接形成的逆平行四边形结构以及伸缩装置（14），其中，

所述第一平衡杆（61）设置于所述座椅（1）上；

所述第四平衡杆（64）的两端分别与所述前行星轮（3）和后行星轮（4）转动连接；

所述第二平衡杆（62）和所述第三平衡杆（63）交叉设置于所述第一平衡杆（61）和所述第四平衡杆（64）之间；

所述第二平衡杆（62）的一端与所述第四平衡杆（64）转动连接于所述前行星轮（3）上，另一端与所述第一平衡杆（61）的一端在第一连接点（16）转动连接；

所述第三平衡杆（63）的一端与所述第四平衡杆（64）转动连接于所述后行星轮（4）上，另一端与所述第一平衡杆（61）的另一端在第二连接点（17）转动连接；

所述伸缩装置（14）设置在所述第一连接点（16）和所述第二连接点（17）之间，用于调整所述第一连接点（16）与所述第二连接点（17）之间的距离。

3.根据权利要求2所述的一种轮式爬楼轮椅，其特征在于：所述转动连接为铰接连接。

4.根据权利要求2所述的一种轮式爬楼轮椅，其特征在于：所述前行星轮（3）和所述后行星轮（4）均包括公转轮支架（9）和设置于公转轮支架（9）上的自转轮（10）；

所述公转轮支架（9）包括若干轮腿（91），每一个轮腿（91）上均设置有一个自转轮（10）。

5.根据权利要求4所述的一种轮式爬楼轮椅，其特征在于：所述公转轮支架（9）具有五个轮腿（91）。

6.根据权利要求4或5所述的一种轮式爬楼轮椅，其特征在于：所述驱动装置（5）包括第一驱动装置和第二驱动装置；

当所述轮椅处于平地行进档位时，通过所述第一驱动装置驱动所述后行星轮（4）的自转轮（10）转动；

当所述轮椅处于爬楼档位时，通过所述第二驱动装置驱动所述前行星轮（3）和所述后行星轮（4）转动。

7.根据权利要求6所述的一种轮式爬楼轮椅，其特征在于：所述轮椅还包括控制器，控制器与所述伸缩装置（14）连接；

所述后行星轮（4）上设置有与所述控制器连接的感应装置（11），所述控制器根据感应装置（11）的感应信号控制所述轮椅在平地行进档位和爬楼档位之间切换；

所述第四平衡杆（64）上设置有与所述控制器连接的倾角传感器（15），控制器根据倾角传感器（15）检测的第四平衡杆（64）的转动角度控制所述伸缩装置（14）的伸缩长度。

8.根据权利要求7所述的一种轮式爬楼轮椅，其特征在于：所述伸缩装置（14）为由气缸驱动的活塞杆（14）。

9.根据权利要求1所述的一种轮式爬楼轮椅，其特征在于：所述座椅（1）底部设置有减震装置。

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