CN105167927B - 一种轮履组合式爬楼梯轮椅 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种轮履组合式爬楼梯轮椅，包括座椅、履带、轮组、两个直流电机、座椅调平机构、轮履切换机构、轮履混合动力箱、履带手动电动切换机构、控制系统等。轮履切换装置位于轮椅两侧，每侧都由手摇蜗杆、蜗轮、螺杆及摇杆组成，前后轮分别固定在两个摇杆上。座椅调平机构由蜗轮蜗杆、螺杆组成。轮履混合动力箱中包括履带传动机构和轮式组合传动机构、轮履动力切换装置及拨叉。履带手动电动切换由小电机带动齿轮齿条实现。本发明能够方便实现轮履两种行走方式的切换，以克服普通轮椅无法爬梯和履带在平地行走转弯困难和阻力较大的问题。履带和轮式两种移动方式都可采用电机驱动和人力驱动，以满足不同的需求。

Description

一种轮履组合式爬楼梯轮椅

技术领域

本发明涉及一种爬楼梯轮椅，尤其涉及一种轮履组合式爬楼梯轮椅。

背景技术

轮椅对于下肢不便的人群必不可少，为了实现轮椅上下楼梯，出现了几类爬楼梯梯轮椅，主要包括行星轮式、履带式、交替支撑式、轮履复合式。

行星轮式爬楼梯轮椅结构相对简单，但在爬梯时重心波动大，舒适度差。

履带式爬楼梯轮椅由于重心的运动轨迹接近于一条与台阶斜面平行的直线，因此运动平稳，振动较小。但在平地行驶时阻力较大且转弯较为困难。

交替支撑式爬楼梯轮椅兼顾爬梯平稳和平路行驶较为灵活的优点，但结构复杂，控制要求较高。

轮履复合式爬楼梯轮椅不仅爬梯平稳，平路行驶灵活，而且控制系统相对容易，在一定程度上优于其他类型爬楼梯轮椅。因此有较多的研究者在此方向上进行了研究。比如法国TopChair-s公司H8轮椅就是采用轮履组合，但是这款轮椅采用四个大功率直流电机。其中两个电机驱动履带，两个电机驱动轮组，造价昂贵。专利方面，专利申请号为201220565833.9，名为《一种新型轮履复合式电动轮椅》的专利也是采用轮履组合，但不能采用人力驱动。

发明内容

本发明的目的是为了一种履带行驶和轮组行驶方式可方便切换，而且能采用人力驱动履带和轮组的轮履组合式爬楼梯轮椅。

本发明的目的是这样实现的：包括车架60、座椅1、脚撑架15、脚撑14、前轮9、后轮4、履带13、履带架11、座椅调平机构、轮履切换机构、轮履混合动力箱和控制系统，后轮4上还设置有手轮27，其特征在于：所述座椅调平机构包括设置在座椅1前端下方的旋转轴23、套装在旋转轴上的圆筒、与圆筒下端固连的调平调平蜗轮蜗杆箱24、设置调平调平蜗轮蜗杆箱24内的调平蜗轮、与调平蜗轮配合的调平蜗杆、与调平蜗杆端部固连的调平调平小手轮22，所述调平蜗轮的中心设置有内螺纹且与调平螺杆的外螺纹配合，所述调平螺杆的上端嵌入至所述圆筒内，所述调平螺杆的下端安装在设置两个履带架之间的固定杆62上并可绕着固定杆62转动；

所述轮履切换机构设置在座椅的两侧，每个轮履切换机构包括通过支架8与前轮连接的前轮摇杆17、与前轮摇杆17端部铰接的后轮摇杆20、设置在后轮摇杆20端部的主轮履切换链轮、与后轮同轴设置的从轮履切换链轮和设置在主轮履切换链轮和从轮履切换链轮之间的轮履切换链条29，前轮摇杆17的中间位置通过轴16与三角支架10连接，三角支架10与车架60固连，前轮摇杆17与后轮摇杆20铰接转轴的一端安装有轮履切换小手轮19，前轮摇杆17与后轮摇杆20铰接转轴的另一端固连有轮履切换蜗杆，轮履切换蜗杆与轮履切换蜗轮配合，轮履切换蜗轮通过螺纹设置在轮履切换螺杆2上，轮履切换螺杆2的下端与支撑架7固连，轮履切换蜗杆与轮履切换蜗轮构成轮履切换蜗轮蜗杆箱18；

所述轮履混合动力箱36有两个且分别设置在对应的履带和后轮之间的车架60上，每个轮履混合动力箱都包括由拨叉37控制的履带传动输出轴49和轮组传动输出轴43，履带传动输出轴49上安装有第一链轮32，履带13的转轴的内侧上安装有第二链轮31，第一链轮与第二链轮之间设置有第一链条38，轮组传动输出轴43上安装有第三链轮6，后轮4的转轴上安装有第四链轮29，第三链轮6与第四链轮29之间设置有第二链条5；

座椅的扶手上设置有与控制系统连接的并且控制混合动力箱的操作控制器21。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.还包括人力驱动履带机构和设置在履带13的转轴上的两个离合器，所述人力驱动履带机构包括安装在车架60上的传动轴61，传动轴61上按有第五链轮26，履带13的转轴的外侧上安装有第六链轮28，第五链轮26与第六链轮28之间设只有第三链条25，所述传动轴61的端部安装有履带驱动小手轮3，所述传动轴61上还设置有单向棘轮棘爪。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明采用两个大功率直流电机驱动两侧的轮组和履带，履带和轮组采用同一动力源，节约成本和简化了控制程序，而且能很好的实现各种功能。具体的说是：

1、本发明结合轮式轮椅与履带轮椅的优点。

本发明分别采用两个直流电机两侧的轮组或履带。轮组包括两个万向轮和两个驱动轮，两个驱动轮由两个电机分别驱动，通过控制电机的转速即可控制轮椅的直线行走和转弯。履带轮椅可以实现爬梯功能和越障功能。

2、本发明的轮履切换方便、平稳。

本发明的轮履切换是通过转动小手轮实现的，小手轮位于轮椅两侧，转动小手轮的同时，前后轮可以同步缓慢升降，升降过程平稳、安全。

3、本发明的轮履动力切换方便，采用同一动力源，节省成本，空间利用率高。

本发明利用拨叉实现动力切换，只要滑动拨叉，将拨叉手柄嵌到轮履混合动力箱壁的槽中即可。采用同一电机驱动履带和轮组，因此大大节约了成本，而且提高了空间利用率。

4、本发明可采用人力驱动，适应不同的情况。

本发明可采用人力驱动，电力人力模式切换由很小功率电机驱动，小电机体积小，成本低。

5、本发明的座椅角度调节方便。

本发明的座椅调平机构也采用蜗轮蜗杆机构，采用手动调节，体积小，成本低，调节方便。

附图说明

图1为本发明采用轮组行驶方式时前向轴测图；

图2为本发明采用轮组行驶方式时后向轴测图；

图3为本发明的蜗轮蜗杆箱示意图(以轮履切换机构部分的为例)；

图4为本发明的轮履混合动力箱剖视图；

图5为本发明的轮履混合动力箱三维示意图；

图6为本发明的履带电动手动切换装置的剖视图；

图7为本发明的轮椅后视图；

图8为本发明采用履带行驶方式时前向轴测图

图9是本发明的单向棘轮棘爪的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

结合图1至图9，本发明包括座椅1、履带13、轮组(后轮4，前轮9)、座椅调平机构(调平小手轮22，调平蜗轮蜗杆箱24，螺杆12)、轮履切换机构(轮履切换小手轮19，轮履切换蜗轮蜗杆箱18，轮履切换螺杆2，前轮摇杆17，后轮摇杆20)、轮履混合动力箱36、履带手动电动切换机构30、控制系统21等。本发明共有三套蜗轮蜗杆箱结构，具体的结构都是一样的，附图3给出的具体结构式以轮履切换机构部分的为例。

结合图1、图3，轮履切换装置位于轮椅两侧，每侧都由轮履切换小手轮19、蜗杆56、蜗轮57、轮履切换螺杆2及摇杆17、20组成，前后轮分别固定在两个摇杆上。其中一个小手轮固定在蜗杆的一侧，蜗杆与蜗轮啮合。蜗轮轴心处有螺纹。螺杆固定在轮椅车架上，蜗轮通过轴心处的螺纹与螺杆啮合在一起。蜗轮蜗杆装在一个密封箱内，密封箱靠近轮椅座椅的一侧由一根连接轴连接两个摇杆，摇杆与密封箱连接处有一定长度的槽，在密封箱与摇杆相对转动时，连接轴可在槽内滑动。用手转动轮履切换小手轮19即可将轮组抬起和降下。

结合图1、2、7，轮履混合动力箱36的位置处于履带和后轮中间，且固定在车架60上。电机带动第三链轮6转动，第三链轮6与第四链轮29通过第二链条5连接，从而电机驱动轮组。电机带动第二链轮32转动，第二链轮32与第一链轮32通过第一链条38连接，从而电机驱动履带。履带也可由人力驱动，人力转动小手轮3带动第五链轮26，动力再由第三链条25传递给第六链轮28。

结合图1，轮椅采用轮组作为行驶装置时，两个电机分别驱动两个大链轮4，前轮9为万向轮，固定在支架8上，前轮安装在摇杆17上，摇杆17通过轴16安装在三角支架10上。14为脚撑，脚撑装在脚撑架15上。

结合图4，轮履混合动力箱包括蜗轮47、蜗杆46、履带传动小齿轮48、履带传动大齿轮50、轮组传动小齿轮39、轮组传动大齿轮45和拨叉37组成。蜗轮47蜗杆46作为高速级齿轮，履带和轮组传动的大小齿轮作为低速级齿轮。两个小齿轮安装在花键轴40上。花键轴40上安装有拨叉37，拨叉37可以绕花键轴40转动，小齿轮48、39可由拨叉37移动。履带传动大齿轮50安装在履带传动输出轴49上，轮组传动大齿轮45安装在轮组传动输出轴43上。其中44为轴承，42为螺栓，41为轴承端盖。

结合图5，轮履混合动力箱壁的后侧有两个凹槽，用于固定拨叉的位置。位于靠近座椅的凹槽时，履带传动大小齿轮啮合，轮组传动大小齿轮分离。位于远离座椅的凹槽时，履带传动大小齿轮分离，轮组传动大小齿轮啮合。

结合图2、6，履带手动电动切换机构中，位于履带驱动轮52的两侧分别有两个牙嵌离合器。离合器的固定半离合器分别与链轮用螺栓连接，可活动半离合器由一连杆55连接，连杆的上侧有齿，类似于齿条。位于连杆的上侧有齿轮51与连杆55上的齿啮合，齿轮51由小电机63驱动。当连杆位于最内端时，即处于位置|1|时，电力驱动链轮离合器接合，当连杆位于最外端时，即处于位置|2|时，人力驱动链轮离合器接合。当切换到人力驱动履带时，可以将驱动手轮3轴上的单向棘轮棘爪58啮合，以限制轮椅爬楼时向下滑动。

结合图1，座椅调平机构原理和图3相同，由调平蜗轮蜗杆箱24、螺杆组成。其中一个调平小手轮22固定在蜗杆的一侧，蜗杆与蜗轮啮合。蜗轮轴心处有螺纹。蜗轮蜗杆装在一个密封箱内，螺杆固定在轮椅车架上，蜗轮通过轴心处的螺纹与螺杆啮合在一起。与密封箱固连的是有一定长度的圆筒，螺杆可以嵌入圆筒内。螺杆与车架通过旋转副连接，圆筒与座椅通过旋转轴23与座椅连接。转动小手轮密封箱可以与螺杆产生相对位移。螺杆与圆筒的总体长度发生变化，从而轮椅座椅与水平面的角度发生变化。

图8为轮椅将轮组装置抬高，利用履带装置作为行驶装置时的示意图。

结合图1至图7，本发明的轮椅使用过程：

当在平整路面行驶时，采用轮组行使方式，即旋转轮履切换机构中轮履切换小手轮19，放下轮组支撑轮椅，履带13被抬起。在轮组行使状态下，即可采用电力驱动也可采用人力驱动。如采用电力驱动，拨动轮履混合动力箱中拨叉37，使轮组传动大小齿轮(45、39)啮合，同时履带传动大小齿轮(50、48)分离，电机即可驱动轮椅。通过操作控制器21来控制轮椅动作。如采用人力驱动，拨动轮履混合动力箱中拨叉37，使轮组传动大小齿轮(45、39)分离，同时关掉电源。用手转动手轮27即可驱动轮椅。

当爬楼梯或在不平坦路面时，采用履带行使方式，即旋转轮履切换机构中小手轮，抬起轮组，履带接触地面。在履带行使状态下，即可采用电力驱动也可采用人力驱动。如采用电力驱动，拨动轮履混合动力箱中拨叉37，使轮组传动大小齿轮(45、39)分离，同时履带传动大小齿轮(50、48)啮合。再将履带手动电动切换机构中手动组离合器分离，电机即可驱动轮椅。将履带手动电动切换机构中手动组离合器啮合，同时电动组离合器分离，关闭电源。用手转动履带驱动小手轮3，即可驱动轮椅。

一种轮履组合式爬楼梯轮椅。其主要由座椅、履带、轮组机构、两个直流电机、座椅调平机构、轮履转换机构、轮履混合动力箱、履带手动电动切换机构、控制系统等模块组成。轮履切换装置位于轮椅两侧，每侧都由手摇蜗杆、蜗轮、螺杆及摇杆组成，前后轮分别固定在两个摇杆上。座椅调平机构由蜗轮蜗杆、螺杆组成。轮履混合动力箱中包括履带传动机构和轮式组合传动机构、轮履动力切换装置及拨叉。履带手动电动切换由小电机带动齿轮齿条实现。本发明能够方便实现轮履两种行走方式的切换，以克服普通轮椅无法爬梯和履带在平地行走转弯困难和阻力较大的问题。履带和轮式两种移动方式都可采用电机驱动和人力驱动，如果处于无法使用电力驱动的情况下，平路行驶和爬楼梯梯都可由人力驱动。

本发明还包括这样一些结构特征：

1、轮履切换机构由手摇蜗杆、蜗轮、螺杆以及摇杆组成，前后轮分别固定在两个摇杆上。其中一个小手轮固定在蜗杆的一侧，蜗杆与蜗轮啮合。蜗轮轴心处有螺纹。螺杆固定在轮椅车架上，蜗轮通过轴心处的螺纹与螺杆啮合在一起。蜗轮蜗杆装在一个密封箱内，密封箱的一侧由一根连接轴连接两个摇杆，摇杆与密封箱连接处有一定长度的槽，在密封箱与摇杆相对转动时，连接轴可在槽内滑动。用手转动小手轮即可将轮组抬起和降下。

2、轮履混合动力箱包括蜗轮蜗杆、履带传动小齿轮、履带传动大齿轮、轮组传动小齿轮、轮组传动大齿轮和拨叉组成。

3、蜗轮蜗杆作为高速级齿轮，履带和轮组传动的大小齿轮作为低速级齿轮。两个小齿轮安装在花键轴上。花键轴上安装有拨叉，拨叉可以绕花键轴转动，小齿轮可由拨叉移动。

4、轮履混合动力箱壁的后侧有两个凹槽，用于固定拨叉的位置。位于靠近座椅的凹槽时，履带传动大小齿轮啮合，轮组传动大小齿轮分离。位于远离座椅的凹槽时，履带传动大小齿轮分离，轮组传动大小齿轮啮合。

5、履带手动电动切换机构中，位于履带驱动轮的两侧分别有两个牙嵌离合器。离合器的固定半离合器分别与链轮用螺栓连接，可活动半离合器由一连杆连接，连杆的上侧有齿，类似于齿条。位于连杆的上侧有齿轮与连杆上的齿啮合，齿轮由小电机驱动。当连杆位于最外端时，人力驱动链轮离合器接合，电力驱动链轮离合器分离。人力驱动链轮时，履带驱动轮可以脱离电机驱动链轮转动。当连杆位于最内端时，电力驱动链轮离合器接合，人力驱动链轮离合器分离。电力驱动链轮时，履带驱动轮可以脱离人力驱动链轮转动。当切换到人力驱动履带时，可以将驱动手轮轴上的棘轮与固定在支架上的棘爪啮合，以限制轮椅爬楼时向下滑动。

6、座椅调平机构由蜗轮蜗杆、螺杆组成。其中一个小手轮固定在蜗杆的一侧，蜗杆与蜗轮啮合。蜗轮轴心处有螺纹。蜗轮蜗杆装在一个密封箱内，螺杆固定在轮椅车架上，蜗轮通过轴心处的螺纹与螺杆啮合在一起。与密封箱固连的是有一定长度的圆筒，螺杆可以嵌入圆筒内。螺杆与车架通过旋转副连接，圆筒与座椅通过旋转副连接。转动小手轮密封箱可以与螺杆产生相对位移。螺杆与圆筒的总体长度发生变化，从而轮椅座椅与水平面的角度发生变化。

一种轮履组合式爬楼梯轮椅，主要由轮椅座椅、履带、轮组机构、轮履切换机构、轮履混合动力箱、履带手动电动切换机构、座椅调平机构、控制系统等模块组成。轮履切换装置位于轮椅两侧，每侧都由手摇蜗杆、蜗轮、螺杆以及摇杆组成，前后轮分别固定在两个摇杆上。座椅调平机构由蜗轮蜗杆、螺杆组成。轮履混合动力箱中包括履带传动机构和轮式组合传动机构、轮履动力切换装置以及拨叉。履带手动电动切换由小电机带动齿轮齿条，齿条带动牙嵌半离合器实现离合器的分离和接合。

轮履切换机构由手摇蜗杆、蜗轮、螺杆以及摇杆组成，前后轮分别固定在两个摇杆上。其中一个小手轮固定在蜗杆的一侧，蜗杆与蜗轮啮合。蜗轮轴心处有螺纹。螺杆固定在轮椅车架上，蜗轮通过轴心处的螺纹与螺杆啮合在一起。

每套蜗轮蜗杆机构都装在一个密封箱内，密封箱的一侧由一根连接轴连接两个摇杆，摇杆与密封箱连接处有一定长度的槽，在密封箱与摇杆相对转动时，连接轴可在槽内滑动。

轮履混合动力箱包括蜗轮蜗杆、履带传动小齿轮、履带传动大齿轮、轮组传动小齿轮、轮组传动大齿轮和拨叉组成。蜗轮蜗杆作为高速级齿轮，履带和轮组传动的大小齿轮作为低速级齿轮。两个小齿轮安装在花键轴上。花键轴上安装有拨叉，拨叉可以绕花键轴转动，同时能够移动小齿轮。

轮履混合动力箱壁的后侧有两个凹槽，用于固定拨叉的位置。位于靠近座椅的凹槽时，履带传动大小齿轮啮合，轮组传动大小齿轮分离。位于远离座椅的凹槽时，履带传动大小齿轮分离，轮组传动大小齿轮啮合。

履带手动电动切换机构位于履带驱动轮的两侧分别有两个牙嵌离合器。离合器的固定半离合器分别与链轮用螺栓连接，可活动半离合器由一连杆连接，连杆的上侧有齿，类似于齿条。位于连杆的上侧有齿轮与连杆上的齿啮合，齿轮由小电机驱动。当连杆位于最外端时，人力驱动链轮离合器接合，当连杆位于最内端时，电力驱动链轮离合器接合。当切换到人力驱动履带时，可以将驱动手轮轴上的棘轮与固定在支架上的棘爪啮合，以限制轮椅爬楼时向下滑动。

座椅调平机构由蜗轮蜗杆、螺杆组成。其中一个小手轮固定在蜗杆的一侧，蜗杆与蜗轮啮合。蜗轮轴心处有螺纹。蜗轮蜗杆装在一个密封箱内，螺杆固定在轮椅车架上，蜗轮通过轴心处的螺纹与螺杆啮合在一起。与密封箱固连的是有一定长度的圆筒，螺杆可以嵌入圆筒内。螺杆与车架通过旋转副连接，圆筒与座椅通过旋转副连接。转动小手轮密封箱可以与螺杆产生相对位移。螺杆与圆筒的总体长度发生变化，从而轮椅座椅与水平面的角度发生变化。

本发明的轮椅使用过程：

当在平整路面行驶时，采用轮组行使方式，即旋转轮履切换机构中小手轮，放下轮组支撑轮椅，履带被抬起。在轮组行使状态下，即可采用电力驱动也可采用人力驱动。如采用电力驱动，拨动轮履混合动力箱中拨叉，使轮组传动大小齿轮啮合，同时履带传动大小齿轮分离，电机即可驱动轮椅后轮。通过操作控制器来控制轮椅动作。如采用人力驱动，拨动轮履混合动力箱中拨叉，使轮组传动大小齿轮分离，同时关掉电源。用手转动后轮即可驱动轮椅。

当爬楼梯或在不平坦路面时，采用履带行使方式，即旋转轮履切换机构中小手轮，抬起轮组，履带接触地面。在履带行使状态下，即可采用电力驱动也可采用人力驱动。如采用电力驱动，拨动轮履混合动力箱中拨叉，使轮组传动大小齿轮分离，同时履带传动大小齿轮啮合。再将履带手动电动切换机构中手动组离合器分离，电机即可驱动轮椅。将履带手动电动切换机构中手动组离合器啮合，同时电动组离合器分离，关闭电源。用手转动履带驱动小手轮，即可驱动轮椅。

Claims (2)

1.一种轮履组合式爬楼梯轮椅，包括车架(60)、座椅(1)、脚撑架(15)、脚撑(14)、前轮(9)、后轮(4)、履带(13)、履带架(11)、座椅调平机构、轮履切换机构、轮履混合动力箱和控制系统，后轮(4)上还设置有手轮(27)，其特征在于：所述座椅调平机构包括设置在座椅(1)前端下方的旋转轴(23)、套装在旋转轴上的圆筒、与圆筒下端固连的调平蜗轮蜗杆箱(24)、设置在调平蜗轮蜗杆箱(24)内的调平蜗轮、与调平蜗轮配合的调平蜗杆、与调平蜗杆端部固连的调平小手轮(22)，所述调平蜗轮的中心设置有内螺纹且与调平螺杆的外螺纹配合，所述调平螺杆的上端嵌入至所述圆筒内，所述调平螺杆的下端安装在设置于两个履带架之间的固定杆(62)上并可绕着固定杆(62)转动；

所述轮履切换机构设置在座椅的两侧，每个轮履切换机构包括通过支架(8)与前轮连接的前轮摇杆(17)、与前轮摇杆(17)端部铰接的后轮摇杆(20)、设置在后轮摇杆(20)端部的主轮履切换链轮、与后轮同轴设置的从轮履切换链轮和设置在主轮履切换链轮和从轮履切换链轮之间的轮履切换链条，前轮摇杆(17)的中间位置通过轴(16)与三角支架(10)连接，三角支架(10)与车架(60)固连，前轮摇杆(17)与后轮摇杆(20)的铰接转轴的一端安装有轮履切换小手轮(19)，前轮摇杆(17)与后轮摇杆(20)的铰接转轴的另一端固连有轮履切换蜗杆，轮履切换蜗杆与轮履切换蜗轮配合，轮履切换蜗轮通过螺纹设置在轮履切换螺杆(2)上，轮履切换螺杆(2)的下端与支撑架(7)固连，轮履切换蜗杆与轮履切换蜗轮构成轮履切换蜗轮蜗杆箱(18)；

所述轮履混合动力箱(36)有两个且分别设置在对应的履带和后轮之间的车架(60)上，每个轮履混合动力箱都包括由拨叉(37)控制的履带传动输出轴(49)和轮组传动输出轴(43)，履带传动输出轴(49)上安装有第一链轮(32)，履带(13)的转轴的内侧上安装有第二链轮(31)，第一链轮(32)与第二链轮(31)之间设置有第一链条(38)，轮组传动输出轴(43)上安装有第三链轮(6)，后轮(4)的转轴上安装有第四链轮(29)，第三链轮(6)与第四链轮(29)之间设置有第二链条(5)；

座椅的扶手上设置有与控制系统连接的并且控制混合动力箱的操作控制器(21)。

2.根据权利要求1所述的一种轮履组合式爬楼梯轮椅，其特征在于：还包括人力驱动履带机构和设置在履带(13)的转轴上的两个离合器，所述人力驱动履带机构包括安装在车架(60)上的传动轴(61)，传动轴(61)上安有第五链轮(26)，履带(13)的转轴的外侧上安装有第六链轮(28)，第五链轮(26)与第六链轮(28)之间设置有第三链条(25)，所述传动轴(61)的端部安装有履带驱动小手轮(3)，所述传动轴(61)上还设置有单向棘轮棘爪。