CN104622650B - 一种轮‑履复合式电动轮椅 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动轮椅，主要是一种既能够以轮毂模式在平地行走，又能够以履带模式越障和爬楼梯功能的轮‑履复合电动轮椅，主要包括轮‑履切换模块，履带模块，座椅平衡模块，底盘和控制盒。其中，轮‑履切换模块由两个对称分布在电动轮椅两侧的平行四边形机构、前联轴、后联轴、切换曲柄和切换推杆组成；履带模块的数量为两个且对称分布在电动轮椅两侧，由履带、履带驱动轮、履带从动轮、履带从动轮内板、履带从动轮外板、履带支撑板和步进电机组成。本发明在一台装置上同时设置轮毂行走模式与履带行走模式，并且能够通过切换机构实现两种模式之间的自动切换，同时保证了其结构紧凑和使用方便。

Description

一种轮-履复合式电动轮椅

技术领域

本发明涉及一种电动轮椅，特别是一种既能够以轮毂模式在平地行走，又能够以履带模式越障和爬楼梯功能的轮-履复合电动轮椅。

背景技术

人口老龄化问题日益成为当今全球面临的主要危机之一。作为世界第一人口大国，本身人口基数大，且受到生育政策的影响，目前我国人口年龄结构日趋老龄化。与此同时，近几年来各种生产事故、交通事故等意外事故以及突发性自然灾害导致的残障人士的数量在逐年增加，所占人口比例也呈上升趋势。对于这些腿脚不便的老龄人士和残障人士而言，轮椅是他们用来解决行动问题的首选代步助行工具。世界轮椅基金会估计称，全世界有约一亿人需要轮椅，而据中国残疾人联合会公布的数字显示国内约有880万残障人士需要轮椅。然而，目前轮椅仍以普通手动轮椅和电动轮椅为主，只具备平地运动能力,不具有越障和爬楼梯等功能。虽然国家在公共场合大力推行了无障碍设施，但仍有不少地方受到经济条件的限制未能完成残疾人通道设施的改造。且按照最新的《住宅设计规范》GB50096-2011，七层以下建筑不必配备电梯设施，除高层建筑外,国内住宅楼多以无电梯楼房为主。这些客观因素使住在高楼之上的高龄人士和残障人士每次利用轮椅出行时都需要花费较大的人力来帮助其上下楼，造成其大部分时间仍无法外出接触社会，给他们的生理和心理都带来了很大的影响。

为了改善这一问题，国内外已经有一些不同结构的爬楼梯功能的电动轮椅结构，主要包括行星轮式爬楼梯轮椅、履带式爬楼梯轮椅、步行式爬楼梯轮椅以及以上三种方式的混合。其中，轮-履复合式爬楼梯机构通过切换其行走方式来分别实现在平地上的轮式行走和爬楼梯时的履带式行走，在兼顾行走功率消耗和爬楼梯安全性方面具有一定优势。专利申请号为200910154542.3的发明专利“电动爬楼轮椅车”采用轮-履复合式爬楼梯机构，并且通过一套变姿态机构来实现轮式行走和履带式行走功能的切换，但未考虑在爬楼梯上乘坐者姿态和重心位置调整以及在下楼梯过程中由平台过渡到楼梯时履带式底盘有可能发生的快速翻转问题，影响其在爬楼梯过程中的稳定性。进一步开发适用于家庭使用的具有结构简单实用、操作方便且稳定性高的新型轮-履复合式电动轮椅仍然非常必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有爬楼梯功能的轮-履复合式电动轮椅及其轮-履切换方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种轮-履复合式电动轮椅，包括轮-履切换模块、履带模块、座椅平衡模块、底盘和控制盒，底盘的两侧对称设置两个相同的轮-履切换模块，底盘与每个轮-履切换模块之间均设置一个履带模块，底盘的上方设置座椅平衡模块，控制盒位于座椅的扶手上；

其中每个轮-履切换模块均包括前联轴、前轮臂、万向轮、切换连杆、轮毂电机、后轮臂、切换曲柄、后联轴、切换推杆、带座轴承、底盘、支座、销轴；履带模块包括电机固定板、履带支撑板、履带驱动轮、履带从动轮、履带从动轮轴、履带从动轮外板、履带从动轮内板、履带、步进电机；座椅平衡模块包括座椅、平衡推杆；其中带座轴承包括第一带座轴承和第二带座轴承，支座包括第一支座、第二支座和第三支座，销轴包括第一销轴、第二销轴、第三销轴、第四销轴、第五销轴、第六销轴、第七销轴；

每个轮-履切换模块中，轮毂电机通过螺栓安装在后轮臂下端，后轮臂与后联轴固连并能随其转动；后联轴通过固连在底盘上的带座轴承安装在底盘上；切换连杆一端通过第三销轴与后轮臂上端连接并能相对转动，另一端通过第二销轴与前轮臂上端连接并能相对转动；前轮臂与前联轴固连并能随其转动，前联轴通过固连在底盘上的第一带座轴承安装在底盘上，前轮臂底端与万向轮的支座固连；切换推杆固定端通过第七销轴与固连在底盘上的第二支座相连并能相对转动；切换曲柄的一端与后联轴固连，另一端通过第四销轴与切换推杆伸缩端相连并能相对转动；

每个履带模块中，步进电机安装在与底盘固连的电机固定板上，履带驱动轮直接与步进电机输出轴固连，用以驱动履带运动；履带从动轮内板与履带从动轮外板通过履带从动轮轴连接，履带从动轮内板通过T型螺栓固定安装在底盘上，履带从动轮套在履带从动轮轴上并能绕其转动；履带支撑板通过螺栓安装在底盘上，在爬楼梯过程中起到支撑履带的作用；

座椅平衡模块中，平衡推杆固定端通过第一销轴与固连在底盘上的第一支座相连并能相对转动，伸缩端通过第六销轴与座椅前端底部相连并能相对转动；座椅后部通过第五销轴与固连在底盘上的第三支座相连并能相对转动。

一种基于上述轮-履复合式电动轮椅的轮-履切换方法，包括由履带模式切换到轮毂模式的方法和由轮毂模式切换到履带模式的方法两种，其中由履带模式切换到轮毂模式的方法为：

控制盒发出切换命令，切换推杆伸长，推动切换曲柄并带动后联轴转动；与后联轴固连的后轮臂随之转动使下端的轮毂电机下降着地，同时切换连杆推动前轮臂转动使万向轮下降着地；随着轮毂电机和万向轮下降，履带逐渐上升离开地面；当切换推杆伸出到最大长度，电动轮椅完成由履带模式到轮毂模式的切换；

由轮毂模式切换到履带模式的方法为：

控制盒发出轮-履切换命令，切换推杆缩短，拉动切换曲柄并带动后联轴转动；与后联轴固连的后轮臂随之转动使下端的轮毂电机上升，同时切换连杆拉动前轮臂转动使万向轮上升；随着轮毂电机和万向轮上升，履带逐渐下降着地；当切换推杆缩短到最短长度，电动轮椅完成由轮毂模式到履带模式的切换。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1）本发明在一台装置上同时设置轮毂行走模式与履带行走模式，并且能够通过切换机构实现两种模式之间的自动切换，同时保证了其结构紧凑和使用方便；2）本发明考虑到在电动轮椅在爬楼梯过程中乘坐者的舒适性和安全性，设计了座椅姿态调整机构，让乘坐者在爬楼梯过程中始终保持水平状态；3)本发明平地行走时通过使用轮毂电机和万向轮，灵活便捷，适应性强，爬楼梯时通过履带在楼梯台阶上前进，平稳舒适、安全性高，操作简单，能够满座大多人士的使用要求，具有广阔的前景。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明一种轮-履复合式电动轮椅的三维结构图。

图2为本发明一种轮-履复合式电动轮椅的底盘结构图。

具体实施方式

本发明的一种轮-履复合式电动轮椅，包括轮-履切换模块、履带模块、座椅平衡模块、底盘和控制盒14，底盘的两侧对称设置两个相同的轮-履切换模块，底盘与每个轮-履切换模块之间均设置一个履带模块，底盘的上方设置座椅平衡模块，控制盒14位于座椅的扶手上；

其中每个轮-履切换模块均包括前联轴1、前轮臂4、万向轮6、切换连杆7、轮毂电机11、后轮臂12、切换曲柄13、后联轴17、切换推杆20、带座轴承B、底盘A、支座C、销轴D；履带模块包括电机固定板2、履带支撑板3、履带驱动轮5、履带从动轮8、履带从动轮轴9、履带从动轮外板10、履带从动轮内板18、履带19、步进电机21；座椅平衡模块包括座椅15、平衡推杆16；其中带座轴承B包括第一带座轴承B-1和第二带座轴承B-2，支座C包括第一支座C-1、第二支座C-2和第三支座C-3，销轴D包括第一销轴D-1、第二销轴D-2、第三销轴D-3、第四销轴D-4、第五销轴D-5、第六销轴D-6、第七销轴D-7；

每个轮-履切换模块中，轮毂电机11通过螺栓安装在后轮臂12下端，后轮臂12与后联轴17固连并能随其转动；后联轴17通过固连在底盘A上的带座轴承B-2安装在底盘A上；切换连杆7一端通过第三销轴D-3与后轮臂12上端连接并能相对转动，另一端通过第二销轴D-2与前轮臂4上端连接并能相对转动；前轮臂4与前联轴1固连并能随其转动，前联轴1通过固连在底盘A上的第一带座轴承B-1安装在底盘A上，前轮臂4底端与万向轮6的支座固连；切换推杆20固定端通过第七销轴D-7与固连在底盘A上的第二支座C-2相连并能相对转动；切换曲柄13的一端与后联轴17固连，另一端通过第四销轴D-4与切换推杆20伸缩端相连并能相对转动；

每个履带模块中，步进电机21安装在与底盘A固连的电机固定板2上，履带驱动轮5直接与步进电机21输出轴固连，用以驱动履带19运动；履带从动轮内板18与履带从动轮外板10通过履带从动轮轴9连接，履带从动轮内板18通过T型螺栓固定安装在底盘A上，履带从动轮8套在履带从动轮轴9上并能绕其转动；履带支撑板3通过螺栓安装在底盘A上，在爬楼梯过程中起到支撑履带19的作用；

座椅平衡模块中，平衡推杆16固定端通过第一销轴D-1与固连在底盘A上的第一支座C-1相连并能相对转动，伸缩端通过第六销轴D-6与座椅15前端底部相连并能相对转动；座椅15后部通过第五销轴D-5与固连在底盘A上的第三支座C-3相连并能相对转动。

优选的，控制盒14安装在座椅15的左扶手上。

优选的，控制盒14安装在座椅15的右扶手上。

一种基于上述轮-履复合式电动轮椅的轮-履切换方法，包括由履带模式切换到轮毂模式的方法和由轮毂模式切换到履带模式的方法两种，其中由履带模式切换到轮毂模式的方法为：

控制盒14发出切换命令，切换推杆20伸长，推动切换曲柄13并带动后联轴17转动；与后联轴17固连的后轮臂12随之转动使下端的轮毂电机11下降着地，同时切换连杆7推动前轮臂4转动使万向轮6下降着地；随着轮毂电机11和万向轮6下降，履带19逐渐上升离开地面；当切换推杆20伸出到最大长度，电动轮椅完成由履带模式到轮毂模式的切换；

由轮毂模式切换到履带模式的方法为：

控制盒14发出轮-履切换命令，切换推杆20缩短，拉动切换曲柄13并带动后联轴17转动；与后联轴17固连的后轮臂12随之转动使下端的轮毂电机11上升，同时切换连杆7拉动前轮臂4转动使万向轮6上升；随着轮毂电机11和万向轮6上升，履带19逐渐下降着地；当切换推杆20缩短到最短长度，电动轮椅完成由轮毂模式到履带模式的切换。

下面进行更详细的描述：

结合图1和图2，本发明为一种轮-履复合式电动轮椅，包括前联轴1，电机固定板2，履带支撑板3，前轮臂4，履带驱动轮5，万向轮6，切换连杆7，履带从动轮8，履带从动轮轴9，履带从动轮外板10，轮毂电机11，后轮臂12，切换曲柄13，控制盒14，座椅15，平衡推杆16，后联轴17，履带从动轮内板18，履带19，切换推杆20，步进电机21，底盘A，带座轴承B，支座C，销轴D。所述底盘A为框架结构，该底盘包括若干梁。

轮毂电机11通过螺栓安装在后轮臂12下端，后轮臂12与后联轴17固连并能随其转动；后联轴17通过固连在底盘梁A-5上的带座轴承B-2安装在底盘A上；切换连杆7一端通过销轴D-3与后轮臂12上端连接并能相对转动，另一端通过销轴D-2与前轮臂4上端连接并能相对转动；前轮臂4与前联轴1固连并能随其转动，前联轴1通过固连在底盘梁A-5上的带座轴承B-1安装在底盘A上；前轮臂4底端与万向轮6的支座固连。

切换推杆20固定端通过销轴D-7与固连在底盘梁A-7上的支座C-2相连并能相对转动；切换曲柄13的一端与后联轴17固连，另一端通过销轴D-4与切换推杆20伸缩端相连并能相对转动。

步进电机21安装在与底盘固连的电机固定板2上，履带驱动轮5直接与步进电机21输出轴固连，用以驱动履带19运动；履带从动轮内板18与履带从动轮外板10通过履带从动轮轴9连接，履带从动轮内板18通过T型螺栓固定安装在底盘梁A-3上，履带从动轮8套在履带从动轮轴9上并能绕其转动；履带支撑板3通过螺栓安装在底盘梁A-2上，在爬楼梯过程中起到支撑履带19的作用。

平衡推杆16固定端通过销轴D-1与固连在底盘梁A-1上的支座C-1相连并能相对转动，伸缩端通过销轴D-6与座椅15前端底部相连并能相对转动；座椅15后部通过销轴D-5与固连在底盘梁A-6上的支座C-3相连并能相对转动；控制盒14安装在座椅15的扶手上并可以左右调换。

结合图1和图2，本发明为一种具有爬楼梯功能的轮-履复合式电动轮椅，可以实现轮毂模式行走和履带模式行走以及两种行走方式的切换，其工作原理如下所述：

由履带模式切换到轮毂模式的过程与驱动原理：

乘坐者通过控制盒14上的切换开关发出轮-履切换命令，切换推杆20伸长，推动切换曲柄13并带动后联轴17转动；与后联轴17固连的后轮臂12随之转动使下端的轮毂电机11下降着地，同时切换连杆7推动前轮臂4转动使万向轮6下降着地；随着轮毂电机11和万向轮6下降，履带19逐渐上升离开地面；当切换推杆20伸出到最大长度，电动轮椅完成由履带模式到轮毂模式的切换。此时，通过控制盒14控制轮毂电机11同步正转、同步反转和差速旋转，实现电动轮椅在平地上的前进、后退和转向。

由轮毂模式切换到履带模式的过程与驱动原理：

乘坐者通过控制盒14上的切换开关发出轮-履切换命令，切换推杆20缩短，拉动切换曲柄13并带动后联轴17转动；与后联轴17固连的后轮臂12随之转动使下端的轮毂电机11上升，同时切换连杆7拉动前轮臂4转动使万向轮6上升；随着轮毂电机11和万向轮6上升，履带19逐渐下降着地；当切换推杆20缩短到最短长度，电动轮椅完成由轮毂模式到履带模式的切换。此时，通过控制盒14控制履带电机21同步正转、同步反转和差速旋转，实现电动轮椅在上下楼梯过程中的前进、后退，以及在平地上的转向。在上下楼梯过程或越障中，履带支撑板3可以更好的保持履带19接地部分的形状，在一定程度上解决上下楼梯或越障过程中履带19形状变化过大导致驱动力波动较大的问题。

座椅平衡调节过程与驱动原理：

电动轮椅上下楼梯过程中，当座椅15向下倾斜时，平衡推杆16伸长使座椅15绕支座C-3向上转动以保持水平；当座椅15向上倾斜时，平衡推杆16缩短使座椅15绕支座C-3向下转动以保持水平。

由上可知，本发明在一台装置上同时设置轮毂行走模式与履带行走模式，并且能够通过切换机构实现两种模式之间的自动切换，同时保证了其结构紧凑和使用方便。

Claims (4)

1.一种轮-履复合式电动轮椅，其特征在于，包括轮-履切换模块、履带模块、座椅平衡模块、底盘和控制盒[14]，底盘的两侧对称设置两个相同的轮-履切换模块，底盘与每个轮-履切换模块之间均设置一个履带模块，底盘的上方设置座椅平衡模块，控制盒[14]位于座椅的扶手上；

其中每个轮-履切换模块均包括前联轴[1]、前轮臂[4]、万向轮[6]、切换连杆[7]、轮毂电机[11]、后轮臂[12]、切换曲柄[13]、后联轴[17]、切换推杆[20]、带座轴承[B]、底盘[A]、支座[C]、销轴[D]；履带模块包括电机固定板[2]、履带支撑板[3]、履带驱动轮[5]、履带从动轮[8]、履带从动轮轴[9]、履带从动轮外板[10]、履带从动轮内板[18]、履带[19]、步进电机[21]；座椅平衡模块包括座椅[15]、平衡推杆[16]；其中带座轴承[B]包括第一带座轴承[B-1]和第二带座轴承[B-2]，支座[C]包括第一支座[C-1]、第二支座[C-2]和第三支座[C-3]，销轴[D]包括第一销轴[D-1]、第二销轴[D-2]、第三销轴[D-3]、第四销轴[D-4]、第五销轴[D-5]、第六销轴[D-6]、第七销轴[D-7]；

每个轮-履切换模块中，轮毂电机[11]通过螺栓安装在后轮臂[12]下端，后轮臂[12]与后联轴[17]固连并能随其转动；后联轴[17]通过固连在底盘[A]上的第二带座轴承[B-2]安装在底盘[A]上；切换连杆[7]一端通过第三销轴[D-3]与后轮臂[12]上端连接并能相对转动，另一端通过第二销轴[D-2]与前轮臂[4]上端连接并能相对转动；前轮臂[4]与前联轴[1]固连并能随其转动，前联轴[1]通过固连在底盘[A]上的第一带座轴承[B-1]安装在底盘[A]上，前轮臂[4]底端与万向轮[6]的支座固连；切换推杆[20]固定端通过第七销轴[D-7]与固连在底盘[A]上的第二支座[C-2]相连并能相对转动；切换曲柄[13]的一端与后联轴[17]固连，另一端通过第四销轴[D-4]与切换推杆[20]伸缩端相连并能相对转动；

每个履带模块中，步进电机[21]安装在与底盘[A]固连的电机固定板[2]上，履带驱动轮[5]直接与步进电机[21]输出轴固连，用以驱动履带[19]运动；履带从动轮内板[18]与履带从动轮外板[10]通过履带从动轮轴[9]连接，履带从动轮内板[18]通过T型螺栓固定安装在底盘[A]上，履带从动轮[8]套在履带从动轮轴[9]上并能绕其转动；履带支撑板[3]通过螺栓安装在底盘[A]上，在爬楼梯过程中起到支撑履带[19]的作用；

座椅平衡模块中，平衡推杆[16]固定端通过第一销轴[D-1]与固连在底盘[A]上的第一支座[C-1]相连并能相对转动，伸缩端通过第六销轴[D-6]与座椅[15]前端底部相连并能相对转动；座椅[15]后部通过第五销轴[D-5]与固连在底盘[A]上的第三支座[C-3]相连并能相对转动。

2.根据权利要求1所述的轮-履复合式电动轮椅，其特征在于，控制盒[14]安装在座椅[15]的左扶手上。

3.根据权利要求1所述的轮-履复合式电动轮椅，其特征在于，控制盒[14]安装在座椅[15]的右扶手上。

4.一种基于权利要求1所述轮-履复合式电动轮椅的轮-履切换方法，其特征在于，包括由履带模式切换到轮毂模式的方法和由轮毂模式切换到履带模式的方法两种，其中由履带模式切换到轮毂模式的方法为：

控制盒[14]发出切换命令，切换推杆[20]伸长，推动切换曲柄[13]并带动后联轴[17]转动；与后联轴[17]固连的后轮臂[12]随之转动使下端的轮毂电机[11]下降着地，同时切换连杆[7]推动前轮臂[4]转动使万向轮[6]下降着地；随着轮毂电机[11]和万向轮[6]下降，履带[19]逐渐上升离开地面；当切换推杆[20]伸出到最大长度，电动轮椅完成由履带模式到轮毂模式的切换；

由轮毂模式切换到履带模式的方法为：

控制盒[14]发出轮-履切换命令，切换推杆[20]缩短，拉动切换曲柄[13]并带动后联轴[17]转动；与后联轴[17]固连的后轮臂[12]随之转动使下端的轮毂电机[11]上升，同时切换连杆[7]拉动前轮臂[4]转动使万向轮[6]上升；随着轮毂电机[11]和万向轮[6]上升，履带[19]逐渐下降着地；当切换推杆[20]缩短到最短长度，电动轮椅完成由轮毂模式到履带模式的切换。