CN103991497B - 一种多功能健身助行车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轮椅装置领域，具体涉及一种多功能健身助行车。其包括车架、椅座、前轮、后轮以及带动车架运动的驱动机构，前轮为万向轮，后轮通过第一转轴连接在车架上，还包括设置在车架上的第二转轴，第二转轴位于前轮和后轮之间，第二转轴沿轴向设有第三飞轮、第四飞轮、第五飞轮、第一传动轮，第一传动轮通过第一链条与第一转轴传动连接，可以选用脚踏机构、手推机构、扭腰机构、电机驱动对助行车进行驱动，也可以增设蓝牙模块、GPS模块实现本发明助行车的语音控制以及定位，实现助行车的智能化。采用本发明的技术方案后，在实现助行车行走的同时，可以帮助伤残人士进行腰部、手部、腿部的活动，实现健身作用，而且该助行车驱动相当方便。

Description

一种多功能健身助行车

技术领域

本发明涉及轮椅装置领域，具体涉及一种多功能健身助行车。

背景技术

传统轮椅主要包括大车轮、小车轮、手轮圈、轮胎、刹车、椅座、脚托、靠背、扶手等部件，一般是需要病人利用上肢力量去驱动手轮圈来使轮椅前进，但是很多残疾人士或者是老年人，他们受伤的部位往往有可能正好是上肢，那么他们的自由行动变成为很大的麻烦。这种轮椅功能单一，应用范围受到了限制。而且长期坐在轮椅上的老人及残疾人们又会因为缺少肢体锻炼，出现肌肉萎缩、血液循环受阻等问题，严重的，还可能造成心肺衰竭。

鉴于此，本发明人对上述问题进行深入的研究，遂有本案产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够辅助手部、腿部、腰部进行活动并且驱动方便的多功能健身助行车。

为了达到上述目的，本发明采用这样的技术方案：

一种多功能健身助行车，包括车架、椅座、前轮、后轮以及带动车架运动的驱动机构，前轮为万向轮，后轮通过第一转轴连接在车架上，还包括设置在车架上的第二转轴，第二转轴位于所述前轮和所述后轮之间，第二转轴沿轴向设有第三飞轮、第四飞轮、第五飞轮、第一传动轮，第一传动轮通过第一链条与第一转轴传动连接，所述驱动机构包括脚踏机构、手推机构、扭腰机构，所述脚踏机构包括设置在所述车架上的第三转轴，第三转轴固定有第三链轮，还包括第三链条，第三链条绕设在第三飞轮上并形成两个伸出端，其中一个伸出端绕设并固定在第三链轮上，另一个伸出端连接有第三弹簧，第三弹簧固定在所述车架上，还包括脚踏板，脚踏板通过连杆固定在第三转轴上；所述手推机构包括铰接在所述车架上的推杆，还包括第四链条，第四链条绕设在第四飞轮上并形成两个伸出端，其中一个伸出端直接固定在推杆上，另一个伸出端连接有第四弹簧，第四弹簧固定在推杆上；所述扭腰机构包括第五链条，第五链条绕设在第五飞轮上并形成两个伸出端，其中一个伸出端固定在所述椅座上，另一个伸出端连接有第五弹簧，第五弹簧固定在所述椅座上，所述椅座通过一根沿前后方向设置支撑轴铰接在所述车架上。

在上述方案中，所述椅座包括座垫和靠背，所述支撑轴上固定有两块纵向支撑板，座垫固定在支撑板上，所述第五弹簧固定在座垫的下端面。

在上述方案中，所述第四链条的所述两个伸出端均固定在所述推杆的下端。

在上述方案中，所述第三弹簧通过螺栓组件固定在所述车架上。

在上述方案中，所述第一转轴上固定有第二传动轮，所述第一传动轮和第二传动轮通过所述第一链条进行传动。

进一步地，所述驱动机构还包括固定在所述车架内的驱动电机，驱动电机的输出轴上连接有第六飞轮，所述第一转轴上设有第六传动轮，所述第六飞轮和第六传动轮通过第六链条传动连接。

采用本发明的技术方案后，坐在椅座上后，脚掌踏动脚踏板使第三链轮转动一定的弧度，第三链轮通过第三链条带动第三飞轮转动，进而通过第一传动轮带动后轮的转动，实现车架向前运动，第三链轮转动的同时带动第三弹簧拉伸，当脚掌不对脚踏板施加力气时，第三弹簧回位并带动脚踏板回位，在第三弹簧回位时，由于飞轮的特性，第三飞轮反向转动不会带动第二转轴转动，如此反复踏动和松开脚踏板，实现车架向前运动的同时让脚部进行活动，起到健身作用；向前推动推杆时，第四链条带动第四飞轮转动，进而通过第一传动轮将运动传递至后轮并带动后轮的转动，由于第四链轮的两伸出部均固定在推杆上，当推杆转动时，由于两伸出部均受到推杆的拉力，使得第四链条在第四飞轮上的传动量为推杆水平位移量的两倍，这样推杆只需采用较小的转动角度就能实现车架的向前运动，这对于一些需要使用手部来推动驱动车架而手部却难以大幅度运动的伤残人士特别有用；当坐在椅座上，通过左右扭动腰部，当腰部向左扭动，人体的重心向左边偏移，椅座的左部在支撑轴的作用下向下移动，椅座的右部则向上抬起，并带动第五链条的两个伸出部向上运动，进而带动第五飞轮转动，第五飞轮通过第一传动轮将转动传递至后轮，进而带动车架的前进，这样通过腰部的扭动驱动车架向前运动，同时达到对腰部健身的作用，由于椅座的一侧在上升时，同时带动第五链条的两伸出部向上运动，当椅座一侧上升位移量一定时，第五链条在第五飞轮上的传动量为椅座一侧上升位移量的两倍，只需进行小幅度地扭动腰部即可驱动车架前进，这对于只能依靠腰部扭动来驱动车架的伤残人士特别方便。

附图说明

图1本发明的结构示意图；

图2本发明的结构示意图(其中为了方便看清各部件的连接结构，椅座以及一个后轮未示出)；

图3为图2中A处的放大图；

图4为本发明的俯视图(其中为了方便看清各部件的连接结构，椅座以及前轮、后轮未示出)；

图5为图4中B处的放大图；

图6为本发明的仰视图(其中为了方便看清各部件的连接结构，椅座以及前轮、后轮未示出)；

图7为图6中C处的仰视图；

图8为本发明飞轮结构示意图；

图9为本发明电路控制模块电路设计原理图。

图中：

1-车架2-椅座

21-座垫22-靠背

211-支承轴212-支撑板

3-后轮31-第一转轴

32-第二传动轮33-第一链条

51-第三转轴52-第三链轮

53-第三链条54-第三弹簧

55-脚踏板56-连杆

57-螺栓组件61-推杆

62-第四链条63-第四弹簧

71-第五链条72-第五弹簧

8-第二转轴82-第一传动轮

83-第三飞轮84-第四飞轮

85-第五飞轮91-第六飞轮

92-第六链条93-输出轴

4-后轮101-链轮

102棘轮103-棘齿

104-轴

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面结合附图进行详细阐述。

如图1至8所示，一种多功能健身助行车，包括车架1、椅座2、前轮4、后轮3以及带动车架运动的驱动机构，这些为轮椅的常规结构，通常还可以在椅座2两侧设置扶手。前轮4为万向轮，后轮3通过第一转轴31连接在车架1上，还包括设置在车架上的第二转轴8，第二转轴8位于所述前轮4和所述后轮3之间，第二转轴8沿轴向设有第三飞轮83、第四飞轮84、第五飞轮85、第一传动轮82，第一传动轮82通过第一链条33与第一转轴31传动连接，在实施例子中，所述第一转轴31上固定有第二传动轮32，所述第一传动轮82和第二传动轮32通过所述第一链条33进行传动。第三飞轮8、第四飞轮84、第五飞轮85向前转动可以带动第二转轴8向前转动，第二转轴8通过第一链条33带动第一转轴31向前转动，进而带动后轮4向前转动。第三飞轮8、第四飞轮84、第五飞轮85的结构大体如图8所示，主要包括链轮101、棘轮102、棘齿103、轴104穿设在棘轮的中心，当链轮101向前转动会带动棘轮102向前转动，进而带动轴104向前转动，而当链轮101向后转动时，由于棘齿的作用，轴104则不会相应向后转动，这种飞轮可以采用自行车飞轮，在现有技术中已有揭示，这里不再进行详述。

本发明中所述驱动机构包括脚踏机构、手推机构、扭腰机构，脚踏机构、手推机构、扭腰机构对称设置在车架1的两侧，为了描述方便，只选择车架1的一侧进行说明。

在上述方案中，所述脚踏机构包括设置在所述车架1上的第三转轴51，第三转轴51的一端固定有第三链轮52，还包括第三链条53，第三链53条绕设在第三飞轮83上并形成两个伸出端，其中一个伸出端绕设并固定在第三链轮52上，另一个伸出端连接有第三弹簧54，第三弹簧54通过螺栓组件57固定在所述车架1上，还包括脚踏板55，脚踏板55通过连杆56固定在第三转轴51上；踏动脚踏板55，脚踏板55通过连杆56带动第三转轴51转动一定的角度，第三转轴52的转动带动第三链轮52转动一定角度，进而带动第三链条53向前运动和第三飞轮83的向前转动，第三飞轮83的向前转动带动第二转轴8向前转动，进而带动第一传动轮82向前转动，第一传动轮通过第一链条33带动第二传动轮32向前转动，进而带动后轮4转动。

在上述方案中，所述手推机构包括铰接在所述车架1上的推杆61，推杆61的下端铰接在所述车架1上，还包括第四链条62，第四链条62绕设在第四飞轮84上并形成两个伸出端，其中一个伸出端直接固定在推杆61上，另一个伸出端连接有第四弹簧63，第四弹簧63固定在推杆61上。当向前推动推杆61时，推杆61同时带动第四链条62和第四弹簧63向前运动，第四链条62向前运动带动第四飞轮84向前转动，进而带动第二转轴8向前转动，最终带动后轮4向前转动。

在上述方案中，所述扭腰机构包括第五链条71，第五链条71绕设在第五飞轮85上并形成两个伸出端，其中一个伸出端固定在所述椅座2上，另一个伸出端连接有第五弹簧72，第五弹簧72固定在所述椅座2上，所述椅座2通过一根沿前后方向设置支撑轴211铰接在所述车架1上。在实施例中，所述椅座2包括座垫21和靠背22，坐垫21和靠背22可以根据需要设置为可升降结构。所述支撑轴211上固定有两块纵向支撑板212，座垫21固定在支撑板212上，所述第五链条71和第五弹簧72均固定在座垫21的下端面。在座垫21上后，通过左右扭动腰部，人体的重心往左右方向发生偏移，进而带动座垫21的两侧绕着支承轴211实现上升或下降，当座垫21的一侧上升时，则该侧的第五链条71和第五弹簧72被向上拉动，进而带动第五飞轮85向前转动，最终带动后轮3向前运动。

进一步地，所述驱动机构还包括固定在所述车架1内的驱动电机(图中未示出)，驱动电机的输出轴93上连接有第六飞轮91，所述第一转轴31上设有第六传动轮32，所述第六飞轮91和第六传动轮32通过第六链条92传动连接。驱动电机的控制开关优选设置在推杆61上端面，以方便对驱动电机进行控制。驱动电机向前转动时，通过第六链条92带动后轮4向前转动。在实施例中，驱动电机选用日本TAKANAWA7字型555金属齿轮的直流减速电机，电机的额定电压为12V，正常工作时电流为3A，电机输出转速40-80转/分钟。采用12v/10Ah动力锂电池为驱动电机供电，其中采用10A双路电机驱动模块，该驱动模块能承受大电流过载，最大电流可达30A。该驱动模块具有的刹车功能可迅速将电机刹住，刹车迅速，制动明显，实现此功能操作简单。它主要采用完整的两片半桥驱动芯片加极低内阻的N沟道MOSFET组成。完整的两片半桥驱动芯片具有可靠的驱动方式，使MOSFET的开关损耗降至最低。提高电源利用率。MOSFET驱动芯片自带硬件刹车功能和电能反馈功能。它优于集成功率芯片方案功率余量低和其他半桥组合方案中时序协调复杂问题和互补驱动问题。MOSFET采用N沟道IRF3205MOSFET，使用两片专用半桥驱动芯片，对上管采用自举电容，使上管有足够的驱动电压，可快速使MOSFET沟道打开，提高电机的加速曲率，同时也能迅速的为电机制动，这可以使小车能迅速启动也能迅速杀车。当然，为了使本发明具有刹车功能，可以通过增加刹车把手，来实现助行车的刹车。

本发明共有四个轮子，两个前轮不需要动力驱动，只需要驱动两个后轮就可以实现对助行车的运动控制。左右两个后轮的速度一致时，车子向前运动；当左右两个后轮的速度不一致时，利用差速驱动的方式控制助行车的左右转动。

为了使本发明多功能健身助行车功能更加多样化，参照图9，本发明可以增设电路控制模块，选择STM32F103ZET6作为控制芯片，该芯片是基于ARMCortex-M3核心的32位微控制器,LQFP-144封装、512K片内FLASH(相当于硬盘),64K片内RAM(相当于内存),片内FLASH支持在线编程(IAP)、高达72M的频率,数据、指令分别走不同的流水线,以确保CPU运行速度达到最大化、通过片内BOOT区,可实现串口下载程序(ISP)。片内双RC晶振,提供8M和32K的频率、支持片外高速晶振(8M)和片外低速晶振(32K)。其中片外低速晶振可用于CPU的实时时钟,带后备电源引脚,用于掉电后的时钟行走、42个16位的后备寄存器(可以理解为电池保存的RAM),利用外置的纽扣电池,和实现掉电数据保存功能、支持JTAG,SWD调试。配合廉价的J-LINK,实现高速低成本的开发调试方案、多达80个IO(大部分兼容5V逻辑),4个通用定时器,2个高级定时器,2个基本定时器,3路SPI接口,2路I2S接口,2路I2C接口,5路USART,一个USB从设备接口,一个CAN接口,SDIO接口,可兼容SRAM,NOR和NANDFlash接口的16位总线-FSMC、3路共16通道的12位AD输入,2路共2通道的12位DA输出。支持片外独立电压基准、CPU操作电压范围:2.0-3.6V。该芯片主要完成接受上位机的指令，并分析指令类型，从而执行相应的动作。上位机可以选用手机，利用蓝牙模块可以通过语音控制发出指令，并通过电路控制模块执行相应的动作，实现语音控制功能。还可以增设陀螺仪传感器，实时采集数据并并判断机身的状态在一定程度上保证机身不倾斜；通过增设GPS模块，对助行车进行定位，增设测速传感器，实现对助行车车速的监测。

本发明的产品形式并非限于本案图示和实施例，任何人对其进行类似思路的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (5)

1.一种多功能健身助行车，包括车架、椅座、前轮、后轮以及带动车架运动的驱动机构，前轮为万向轮，后轮通过第一转轴连接在车架上，其特征在于：还包括设置在车架上的第二转轴，第二转轴位于所述前轮和所述后轮之间，第二转轴沿轴向设有飞轮三、飞轮四、飞轮五、第一传动轮，第一传动轮通过第一链条与第一转轴传动连接，所述驱动机构包括脚踏机构、手推机构、扭腰机构，所述脚踏机构包括设置在所述车架上的第三转轴，第三转轴固定有链轮三，还包括链条三，链条三绕设在飞轮三上并形成两个伸出端，其中一个伸出端绕设并固定在链轮三上，另一个伸出端连接有弹簧三，弹簧三固定在所述车架上，还包括脚踏板，脚踏板通过连杆固定在第三转轴上；所述手推机构包括铰接在所述车架上的推杆，还包括链条四，链条四绕设在飞轮四上并形成两个伸出端，其中一个伸出端直接固定在推杆上，另一个伸出端连接有弹簧四，弹簧四固定在推杆上；所述扭腰机构包括链条五，链条五绕设在飞轮五上并形成两个伸出端，其中一个伸出端固定在所述椅座上，另一个伸出端连接有弹簧五，弹簧五固定在所述椅座上，所述椅座通过一根沿前后方向设置的支撑轴铰接在所述车架上，所述椅座包括座垫和靠背，所述支撑轴上固定有两块纵向支撑板，座垫固定在支撑板上，所述弹簧五固定在座垫的下端面。

2.如权利要求1所述的多功能健身助行车，其特征在于：所述链条四的所述两个伸出端均固定在所述推杆的下端。

3.如权利要求1所述的多功能健身助行车，其特征在于：所述弹簧三通过螺栓组件固定在所述车架上。

4.如权利要求1所述的多功能健身助行车，其特征在于：所述第一转轴上固定有第二传动轮，所述第一传动轮和第二传动轮通过所述第一链条进行传动。

5.如权利要求1所述的多功能健身助行车，其特征在于：所述驱动机构还包括固定在所述车架内的驱动电机，驱动电机的输出轴上连接有飞轮六，所述第一转轴上设有传动轮六，所述飞轮六和传动轮六通过链条六传动连接。