CN104887417B - 一种适用于电动轮椅的轮径大小可调机构 - Google Patents

Abstract

本发明的内容在于提供一种可根据不同长高比的楼梯改变轮径大小的爬楼执行机构。机构由轮架和3个行星轮组成。轮径大小调节的基本原理是利用丝杠转动，根据相对运动不变原理，迫使螺母向前或者向后移动从而推动支撑杆(同时连接轮架和螺母)向上或者向下移动，进而使滑块和滑槽相对运动来改变轮径的大小以适应不同长高比的楼梯。行星轮上装有蜗轮蜗杆电机模块，这样有两个好处：第一，蜗轮蜗杆电机模块可以为行星轮提供动力，使其不仅能实现平地行进，还能为爬楼出一份力；第二，蜗轮蜗杆电机具有自锁功能，在下楼时，蜗轮蜗杆电机停止转动，靠滑动摩擦来减少下楼危险。基于丝杠螺母传动的轮径大小调节机构具有结构布局合理、设计精巧、控制简单高效且精度高，适应性强等突出特点，适合在现代新型智能爬楼轮椅上推广使用，应用前景广阔。

Description

一种适用于电动轮椅的轮径大小可调机构

技术领域

本发明属于电动爬楼轮椅领域，具体涉及一种适用于电动轮椅的轮径大小可调机构的结构设计、器件布局与技术实现。

截止到2014年，全国约有1亿多老年人和6千万的残障人士，而且这一数目还在与日俱增，爬楼和出行成了他们面临的巨大问题。因此，各国对爬楼轮椅的研究一直没停止过，也取得了很多成就，尤其是在行星轮爬楼轮椅方面。

电动轮椅的轮径大小可调机构可提高电动轮椅的适应性，可自主调节轮径的大小来适应不同长高比的楼梯，为残障人士自主出入广场、剧院、商场和楼寓等带有楼梯的场所提供了可能性与方便性。

目前，许多研究人员都在研究如何让电动爬楼轮椅能爬各种长高比的楼梯，但由于各种建筑楼梯的多样性以及在具体的结构设计与技术实现等方面缺乏有效统一的措施，导致结果并不理想，现实需要结构简单、可靠性强的具有轮径大小可调功能的机构来保证电动爬楼轮椅的上述需求。

发明内容

本发明的内容在于提供一种适用于电动轮椅的轮径大小可调机构(附图1)。该机构由蜗轮蜗杆电机模块(附图2)、行星轮、微型电磁离合器、轮架、丝杠、螺母以及主轴组成。当电机带动丝杠转动时，根据相对运动不变性原理，只能转动而不能轴向移动的丝杠就会迫使螺母沿其轴向前后移动，从而带动连接螺母和轮架的滑块部件(轮架—1分为滑块—1-1和滑槽—1-2两部分)的支撑杆张开或收拢，从而支撑杆带动轮架的滑块部件(轮架-1分为滑块1-1和滑槽1-2)沿滑槽远离或靠近主轴，实现改变轮径的效果，使得电动轮椅能够攀爬不同长高比的楼梯。行星轮上装有蜗轮蜗杆电机模块，不仅可以保证电动轮椅在平地上自主行进，在攀爬楼梯时还可增加一份动力。上述这些功能均由微处理器(STM32)控制步进电机和蜗轮蜗杆电机模块来实现。

上述机构可以很好的实现本发明所需功能，机构具有结构布局合理、外形简约美观、运动性能突出、控制简单高效、可切换多种姿态适应不同地形和不同长高比楼梯等特点。

为了实现上述发明目的，主要设计包括以下结构：①轮架—1：轮架—1分为滑块—1-1和滑槽—1-2两部分。根据能爬楼梯的最高尺寸来确定滑槽深度以及滑块长度。②支撑杆张开、收拢结构：该结构由支撑杆—3、螺母—4以及丝杠—5组成。支撑杆的长度由轮径调节范围和螺母—4行程共同决定，丝杠—5的导程可根据调整的快速性与稳定性在一定范围内选择决定。③丝杠螺母离合结构：该结构包括丝杠—5、主轴—6以及微型电磁离合器—7。主轴—6的直径由丝杠内径决定，微型电磁离合器—7的内径由主轴—6的直径决定，微型电磁离合器—7的力矩参数由丝杠—5内壁和主轴—6外表面摩擦力大小决定，一般不超过0.5N.m。

本发明的优点在于：

(1)可攀爬不同长高比的楼梯，提高了电动爬楼轮椅的实用性与适用性，拓宽了爬楼轮椅的使用范围。

(2)采用蜗轮蜗杆电机模块和行星轮一体化装配，实现了电动轮椅爬楼和平地两用。

(3)采用丝杠螺母结构驱动，实现轮径灵活调节，精确度高，可靠性强。

附图说明

附图1为适用于电动轮椅的轮径大小可调机构的整体结构示意图；

附图2为适用于电动轮椅的轮径大小可调机构的蜗轮蜗杆电机模块内部结构示意图；

附图中：1一轮架，1-1一轮架的滑块部件，1-2一轮架的滑槽部件，2一蜗轮蜗杆电机模块，3一支撑杆，4一丝杠，5一螺母，6一主轴，7一微型电磁离合器，8一减速马达固定架，9一微型减速马达，10一微型齿轮，11一行星轮，12一微型蜗轮，13一微型蜗杆，14、15、16一微型轴承，17一输入轴，18一输出轴，19一电机模块盒子，20一螺钉

具体实施方式

图1为适用于电动轮椅的轮径大小可调机构的整体结构示意图。包括轮架—1，轮架的滑块部件一1-1，轮架的滑槽部件一1-2，蜗轮蜗杆电机模块—2，支撑杆—3，螺母—4，丝杠—5，主轴—6及微型电磁离合器—7。通过控制丝杠—5转动，从而实现螺母—4轴向移动，进而推动支撑杆达到调节轮径大小的目的。

如图2所示，为适用于电动轮椅的轮径大小可调机构的蜗轮蜗杆电机模块内部结构示意图。微型减速马达—9通过微型齿轮—10将动力传到输入轴—17，输入轴—17带动微型蜗杆—13转动将动力传给微型蜗轮—12，进而将动力传给输出轴—18。该模块不仅能为行星轮提供动力，而且还具有自锁功能，可以在一定程度上为电动轮椅下楼提供安全保障。

Claims (2)

1.一种适用于电动轮椅的轮径大小可调装置，其特征在于将丝杠螺母装置套在主轴外表面，支撑杆两端分别与轮架的滑块部件和螺母连接，并利用电磁离合器控制主轴与丝杠螺母的离合来开启或停止轮径大小的调节；当电磁离合器开启时，丝杠相对于主轴转动，带动螺母运动，推拉支撑杆，轮架(1)分为滑块(1-1)和滑槽(1-2)，支撑杆带动轮架的滑块(1-1)沿滑槽(1-2)远离或靠近主轴，进而改变轮径大小以攀爬不同长高比的楼梯；当电磁离合器关闭时，丝杠与主轴连接在了一起，跟随主轴转动。

2.根据权利要求1所述的一种适用于电动轮椅的轮径大小可调装置，其特征在于轮架的滑槽部件作为一个独立的整体部件与主轴相连，当轮架的滑槽部件转动时带动整个轮架转动，行星轮则通过蜗轮蜗杆电机模块的输出轴与蜗轮蜗杆电机模块以及轮架的滑块(1-1)连接在一起，且行星轮和除蜗轮蜗杆电机模块以及轮架的滑块(1-1)外的其他部件无连接关系，蜗轮蜗杆电机模块只控制行星轮自转，而主轴的转动由另外的动力源提供，总共两套动力源，从而实现了行星轮转动和轮架转动的分开控制；当行星轮转动而轮架不转动时，本装置可用于实现平地行进功能，当行星轮和轮架同时转动时，本装置可用于实现爬楼功能；当行星轮不转动而轮架转动时，本装置可用于实现较为安全的下楼功能。