CN105748217B - 基于行走轮摆动的双节四履带爬楼轮椅及上下楼方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于行走轮摆动的双节四履带爬楼轮椅及上下楼方法，它包括轮椅主体、两个行走大轮和履带爬楼机构；轮椅主体直接安装固定在履带爬楼机构上；两个行走大轮通过大轮摆臂机构安装在履带爬楼机构上。本发明巧妙地把手推轮椅与履带爬楼机构结合在一起，无论是平地行走还是上下楼梯，都无需拆分组装，外出应用更加方便；设计的履带爬楼机构处前翘到轮椅座椅下方，使得轮椅可以像普通的手推轮椅一样顺利通过楼梯半层平台处，具有很好的楼道通过性；涉及的轮摆臂机构在楼梯优角处上楼能防后倾，下楼能防前倾，当楼梯和平地转换时，重心过渡比较平稳，使得轮椅在楼梯优角处能比较平稳的过渡，从而使爬楼轮椅才能够由乘坐者自主操作。

Description

基于行走轮摆动的双节四履带爬楼轮椅及上下楼方法

技术领域

本发明涉及爬楼轮椅，尤其是轮履复合式的爬楼轮椅的机械结构。

背景技术

目前的四轮轮椅是年老体弱者以及下肢伤残者必不可少的代步工具，但四轮轮椅不能上下楼梯，限制了使用范围，居住在无电梯楼房的轮椅使用者无法上下楼，影响其外出参加社会活动。我国已快速进入老龄化社会，老年人出行问题愈加突出。

为了解决上述问题，市场上出现了分体式和一体式的轮履复合爬楼轮椅。分体式的结构是将普通轮椅固定在爬楼履带上，比如中国专利CN201020122939.2公开了一种电动履带爬楼车，上下楼时，将轮椅临时安装在电动履带爬楼车上，人再坐在轮椅上一同上下楼梯或室外台阶。它是在长方形履带底盘的后部设置轮椅承载架，轮椅承载架包括纵梁和承载杆，纵梁下端与底盘转动连接；在接近轮椅承载架纵梁下端处设置承载杆，承载杆与纵梁直角交叉。该专利存在的缺陷，一是：不管是平地行走还是爬楼时需要反复拆分和组装爬楼车和轮椅，体积庞大；外出时需要由他人帮助携带；二是：平台转弯时由于轮椅向后倾斜，前后距离过长，而且轮椅后面的操作者还需要站立空间，这使得整个轮椅在平台处转弯非常困难；三是：全程需要陪护人员跟着，拆分组装的过程都需要他人操作，且爬楼过程中也是他人在操作，尤其是在楼梯半层平台处，由于没有防后倾的装置，需要人扶着慢慢把履带从楼梯到平地。

一体式履带爬楼轮椅有如下方案：

1.中国专利CN201210590075.0公开的爬楼轮椅，由于履带只能整体上提或下放，不能折叠，使得轮椅前后尺寸较大，导致轮椅在楼梯半层平台处通过性不好。

2.中国专利CN201320833460.3公开的爬楼轮椅，其行走大轮安装位置偏前，无法在平地使用，且不能够由操作者自主操作。

3.中国专利CN201510048349.7公开的爬楼轮椅，不能够在操作者自主操作下通过楼梯的钝角(大于90度且小于180度的角)处和楼梯的优角(大于180度的角)处。

4.中国专利201510594011.1公开的爬楼轮椅结构复杂，且没有提到楼梯优角处的通过方法，爬楼的方案可行性差。

5.意大利的一款名为“探险家爬楼梯车”的一体式轮履复合爬楼轮椅能够在乘坐者自主操作下平稳灵活地爬楼和平地行走，但其运动机构多于4个，结构复杂、体型庞大，楼道通过性差，难以应用于普通居民楼，且成本高，不易于推广使用。

发明内容

为了同时克服现有分体式和一体式轮履复合爬楼轮椅存在的技术缺陷，本发明提供一种结构紧凑简单、可以自主操作以及在楼梯半层平台处通过性好的双节四履带爬楼轮椅。

本发明同时提供这种双节四履带爬楼轮椅的爬楼方法。

为达到上述目的，本发明的双节四履带爬楼轮椅是通过以下技术方案实现的：

一种基于行走轮摆动的双节四履带爬楼轮椅，它包括轮椅主体、两个行走大轮和履带爬楼机构；轮椅主体是在轮椅架上设有椅背、椅座、脚踏板，轮椅架的前下方装有两个万向轮；其特征在于，轮椅主体直接安装固定在履带爬楼机构上；两个行走大轮通过大轮摆臂机构安装在履带爬楼机构上；所述的大轮摆臂机构包括摆臂电机及第一减速装置，摆臂电机及第一减速装置通过固定架固定在履带爬楼机构上；第一减速装置的输出轴为曲轴结构，上述的两个行走大轮安装在曲轴两端，摆臂电机运行时驱动两个行走大轮上下摆动，行走大轮上带有手轮圈；

所述的履带爬楼机构由前、后两段履带机构和履带驱动电机及第二减速装置组成；前段履带机构和后段履带机构都是左右对称的双履带机构，前段履带机构和后段履带机构像两节链条连接那样通过传动轮轴连接在一起，并且前段履带机构通过履带前翘机构可以绕传动轮轴翘起；履带驱动电机及第二减速装置与后段履带机构的驱动轮轴实现传动，后段履带机构直接带动前段履带机构运转；所述的后段履带机构是在后段的内、外侧固定板之间设有驱动轮、传动轮、后段支撑轮、导向张紧轮和一圈后段履带；其中，驱动轮安装在驱动轮轴上与第二减速装置实现传动，传动轮、后段支撑轮和导向张紧轮按前后顺序依次安装，且导向张紧轮的安装位置高于后段支撑轮，从而使履带后端上翘一定角度；

所述的履带前翘机构包括前翘电机及第三减速装置，前翘电机及第三减速装置通过固定架固定在椅座下方；第三减速装置的输出轴为曲轴结构，曲轴两端活动连接有拉杆，拉杆再与前段履带机构活动连接，当前翘电机运行时，驱动曲轴转动，从而使拉杆将前段履带机构提起。

进一步，在后段履带机构的外侧固定板上设有用于安装轮椅主体的轮椅固定卡，通过固定卡将轮椅主体直接安装固定在履带爬楼机构上。

进一步，所述的第一减速装置和第三减速装置的曲轴结构是，在减速装置输出轴的两端固定连接有与轴向垂直的摆杆。

进一步，所述的前段履带机构是在前段外侧固定板上按前后顺序依次安装有从动轮、前段支撑轮、内侧传动轮和一圈前段履带；其中，内侧传动轮安装在后段履带机构的传动轮轴上，从而实现前后段的传动。

本发明的上下楼工作方法是：

一、上楼过程：

1.当乘坐者双手操作转动行走大轮到达楼梯处时，首先调整方向使行走大轮朝后，并且靠在第一个台阶沿上以便找正方向，然后操作大轮摆臂机构使行走大轮上摆到离开地面，同时使后段履带机构逐步着地，此时轮椅主体临时后倾，再操作履带前翘机构,使前段履带机构展开着地，使前段履带机构和后段履带机构底面成为一个平面，再操作履带爬楼机构倒行，开始用履带爬楼，越过第二个台阶后转换成正常爬楼状态；

2.当爬楼至最后一个台阶沿时，为避免突然后倾，应暂时停止履带爬楼，乘坐者同时操作大轮摆动机构使大轮向后摆动刚好着地，再操作履带爬楼机构继续爬楼，完成重心从楼梯到平地的过渡，直到履带爬楼机构完全脱离最后一个台阶沿，然后操作履带前翘机构，使履带爬楼机构前翘到轮椅座椅下方，最后操作大轮摆臂机构，使大轮下摆到平地行走状态，转动两侧行走大轮进行平地行走或通过楼梯半层平台。

3、继续重复上述1.2过程，直到需要达到的楼层。

二、下楼过程：

1.当乘坐者双手操作转动行走大轮到达楼梯处时，先操作大轮摆臂机构向上摆动行走大轮至摆臂杆与座椅平行，同时操作履带前翘机构，使前段履带机构展开，从而使前段履带机构和后段履带机构底面成为一个平面，此时爬楼轮椅由履带爬楼机构的前端和行走大轮支撑，轮椅主体临时后倾，再操作履带爬楼机构，履带前端着地处带爬楼动轮椅向楼下运行，履带逐渐接触台阶沿，在整体重心越过第一个台阶沿之后，停止履带爬楼机构，并操作大轮摆臂机构上摆行走大轮至高于爬楼履带的位置，进而驱动履带爬楼机构平稳运行下楼；

2、爬楼轮椅脱离最后一个台阶沿后，先操作履带前翘机构，把前段履带部分折叠，再操作大轮摆臂机构下摆大轮到使座椅倾角舒适的位置，爬楼轮椅转换成平地行走状态，进行平地行走或通过楼梯半层平台。

3、继续重复上述1.2过程，直到需要达到的楼层。

本发明的积极效果是：

1.巧妙地把手推轮椅与履带爬楼机构结合在一起，无论是平地行走还是上下楼梯，都无需拆分组装，外出应用更加方便；由于行走轮大，行走轮上带有手轮圈，平地行走灵活，自主操作省力。

2.通过履带的变构前翘和行走大轮的上下摆动，能够灵活地转换平地行走和爬楼的运动状态，甚至在楼梯半层平台处也能换为平地行走状态；由于行走大轮可向上摆动，使爬楼轮椅爬楼状态时，乘坐者非常靠近楼梯的台阶，感觉重心低更安全。

3.本发明轮椅在到达楼梯半层平台处时，由于履带爬楼机构处前翘到轮椅座椅下方，使得轮椅的外形尺寸跟普通的手推轮椅一样，从而可以像普通的手推轮椅一样顺利通过楼梯半层平台处，具有很好的楼道通过性，能够适合用于空间较为狭窄的普通居民楼；

4.本发明只需要履带前翘机构和大轮摆臂机构的配合就能实现运动状态的平稳转换，结构相对简单，成本相对较低，具有很好的推广价值。

5、由于本发明的大轮摆臂机构在楼梯优角处上楼能防后倾，下楼能防前倾，当楼梯和平地转换时，重心过渡比较平稳，使得轮椅在楼梯优角处能比较平稳的过渡，从而使爬楼轮椅才能够由乘坐者自主操作。

附图说明

图1是本发明平地行走状态的立体示意图；

图2是本发明爬楼状态的立体示意图；

图3是轮椅主体立体示意图；

图4是履带爬楼机构前翘时的立体状况示意图；

图5是履带爬楼机构展开时的立体状况示意图；

图6是履带前翘机构立体示意图；

图7是大轮摆臂机构立体图；

图8是上下楼时的状态转换示意图。

图例说明，1-轮椅主体，2-大轮摆臂机构，3-履带爬楼机构，4-履带前翘机构，5-脚踏板，6-椅座，7-万向轮，8-前段履带机构，9-后段履带机构，10-履带驱动电机及第二减速装置，11-后段支撑轮，12-前段支撑轮，13-传动轮轴，14-内侧传动轮，15-外侧传动轮，16-内侧固定板，17-后段履带，18-驱动轮，19-导向张紧轮，20-电池盒，21-外侧固定板，22-张紧件，23-轮椅固定卡，24-前段履带，25-前履带轮固定板，26-从动轮，27-前翘电机及第三减速装置，28-折叠驱动轴，29-摆杆，30-中间转轴，31-拉杆，32-摆臂杆，33-摆臂驱动轴，34-摆臂电机及第一减速装置，35-行走大轮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实例作进一步的说明：

如图1、2、3、4、5、6、7所示，一种基于行走轮摆动的两段四履带爬楼轮椅，它包括轮椅主体1、两个行走大轮35和履带爬楼机构3；轮椅主体1是在轮椅架上设有椅背、椅座6和脚踏板5，轮椅架的前下方装有两个万向轮7；其中，轮椅主体1直接安装固定在履带爬楼机构3上；两个行走大轮35通过大轮摆臂机构2安装在履带爬楼机构3上；所述的大轮摆臂机构2如图7所示，包括摆臂电机及第一减速装置34，摆臂电机及第一减速装置34通过固定架固定在履带爬楼机构3上；摆臂电机及第一减速装置34的摆臂驱动轴33为曲轴结构，上述的两个行走大轮35安装在曲轴两端的轮轴上，摆臂电机运行时驱动两个行走大轮35上下摆动，行走大轮35上带有手轮圈(图中未画出)；

所述的履带爬楼机构3由前段履带机构8、后段履带机构9和履带驱动电机及第二减速装置10组成；前段履带机构8和后段履带机构9都是左右对称的双履带机构，前段履带机构8和后段履带机构9象两节链条连接那样通过传动轮轴13连接在一起，并且前段履带机构8通过履带前翘机构4可以绕传动轮轴13翘起；履带驱动电机及第二减速装置10通过后段履带机构9的驱动轮轴(图中未标号)实现传动，后段履带机构9直接带动前段履带机构8运行；

所述的履带前翘机构4如图6所示，它包括前翘电机及第三减速装置27，前翘电机及第三减速装置27通过固定架固定在椅座6下方；前翘电机及第三减速装置27的输出轴为折叠驱动轴28，折叠驱动轴28是一个曲轴结构，曲轴两端活动连接有拉杆31，拉杆31再与前段履带机构8活动连接，当前翘电机运行时，驱动曲轴转动，从而使拉杆31将前段履带机构8提起。

进一步，所述的第一减速装置的曲轴结构是，摆臂驱动轴33的两端固定连接有与轴向垂直的摆臂杆32。

进一步，所述的第三减速装置的曲轴结构是，折叠驱动轴28的两端固定连接有与轴向垂直的摆杆29；另外，摆杆29的摆动端设有用于连接拉杆31的中间转轴30。

进一步，所述的后段履带机构9是在后段的内侧固定板16和外侧固定板21之间设有驱动轮18、外侧传动轮15、后段支撑轮11、导向张紧轮19和一圈后段履带17；其中，驱动轮18安装在履带驱动电机及第二减速装置10驱动轮轴上实现传动，外侧传动轮15、后段支撑轮11和导向张紧轮19按前后顺序依次安装，且导向张紧轮19的安装位置高于后段支撑轮11，从而使后段履带17后端上翘一定角度；外侧固定板21设有用于安装轮椅主体1的轮椅固定卡23；导向张紧轮19由张紧件21实现张紧；后段履带机构9上还设有电池盒20。

进一步，所述的前段履带机构8是在前履带轮固定板25上按前后顺序依次安装有从动轮26、前段支撑轮12、内侧传动轮14和一圈前段履带24；其中，内侧传动轮14安装在后段履带机构9和前段履带机构8共用的传动轮轴13上，从而实现前后段的传动。

本发明上下楼工作过程见图8所示，具体如下：

一、上楼过程：

1.当乘坐者双手操作转动行走大轮35到达楼梯处时，首先调整方向使行走大轮35朝后，并且靠在第一个台阶沿上以便找正方向，然后操作大轮摆臂机构2使行走大轮35上摆到离开地面，同时使后段履带机构9逐步着地，此时轮椅主体1临时后倾，再操作履带前翘机构4,使前段履带机构8从轮椅主体1下方展开着地，使前段履带机构8和后段履带机构9底面成为一个平面，再操作履带爬楼机构3倒行，越过第二个台阶后轮椅主,1不再倾斜正常爬楼；

2.当爬楼至最后一个台阶沿时，为避免突然后倾，应暂时停止履带爬楼，乘坐者同时操作大轮摆臂机构2使行走大轮35向后摆动刚好着地，再操作履带爬楼机构3继续爬楼，完成重心从楼梯到平地的过渡，直到履带爬楼机构3完全脱离最后一个台阶沿，然后操作履带前翘机构4，使履带爬楼机构3前翘到轮椅椅座6下方，最后操作大轮摆臂机构2，使行走大轮35下摆到平地行走状态，进行平地行走或通过楼梯半层平台。

3、继续重复上述1、2过程，直到需要达到的楼层。

二、下楼过程：

1.当乘坐者双手操作转动行走大轮35到达楼梯处时，先操作大轮摆臂机构2向上摆动行走大轮35至摆臂杆32与椅座6平行，同时操作履带前翘机构4，使前段履带机构8展开，从而使前段履带机构8和后段履带机构9底面成为一个平面，此时爬楼轮椅由履带爬楼机构3的前端和行走大轮35支撑，轮椅主体1临时后倾，再操作履带爬楼机构3，前段履带机构8的履带前端着地带爬楼动轮椅向楼下运行，履带逐渐接触台阶沿，在整体重心越过第一个台阶沿之后，停止履带爬楼机构3，并操作大轮摆臂机构2上摆行走大轮35至高于爬楼履带的位置，进而驱动履带爬楼机构3平稳运行下楼；

2、当爬楼轮椅脱离最后一个台阶沿后，先操作履带前翘机构4，把前段履带机构8折叠，再操作大轮摆臂机构2下摆行走大轮35到使椅座6倾角舒适的位置，爬楼轮椅转换成平地行走状态，进行平地行走或通过楼梯半层平台。

3、继续重复上述1.2过程，直到需要达到的楼层。

Claims (4)

1.一种基于行走轮摆动的双节四履带爬楼轮椅，它包括轮椅主体、两个行走大轮和履带爬楼机构；轮椅主体是在轮椅架上设有椅背、椅座、脚踏板，轮椅架的前下方装有两个万向轮；其特征在于，轮椅主体直接安装固定在履带爬楼机构上；两个行走大轮通过大轮摆臂机构安装在履带爬楼机构上；

所述的大轮摆臂机构包括摆臂电机及第一减速装置，摆臂电机及第一减速装置通过固定架固定在履带爬楼机构上；第一减速装置的输出轴为曲轴结构，上述的两个行走大轮安装在曲轴两端，摆臂电机运行时驱动两个行走大轮上下摆动，行走大轮上带有手轮圈；

所述的履带爬楼机构由前、后两段履带机构和履带驱动电机及第二减速装置组成；前段履带机构和后段履带机构都是左右对称的双履带机构，前段履带机构和后段履带机构像两节链条连接那样通过传动轮轴连接在一起，并且前段履带机构通过履带前翘机构可以绕传动轮轴翘起；履带驱动电机及第二减速装置与后段履带机构的驱动轮轴实现传动，后段履带机构直接带动前段履带机构运转；所述的后段履带机构是在后段的内、外侧固定板之间设有驱动轮、传动轮、后段支撑轮、导向张紧轮和一圈后段履带；其中，驱动轮安装在驱动轮轴上与第二减速装置实现传动，传动轮、后段支撑轮和导向张紧轮按前后顺序依次安装，且导向张紧轮的安装位置高于后段支撑轮，从而使履带后端上翘一定角度；所述的前段履带机构是在前段外侧固定板上按前后顺序依次安装有从动轮、前段支撑轮、内侧传动轮和一圈前段履带；其中，内侧传动轮安装在后段履带机构的传动轮轴上，从而实现前后段的传动；

所述的履带前翘机构包括前翘电机及第三减速装置，前翘电机及第三减速装置通过固定架固定在椅座下方；第三减速装置的输出轴为曲轴结构，曲轴两端活动连接有拉杆，拉杆再与前段履带机构活动连接，当前翘电机运行时，驱动曲轴转动，从而使拉杆将前段履带机构提起。

2.如权利要求1所述的双节四履带爬楼轮椅，其特征在于，在后段履带机构的外侧固定板上设有用于安装轮椅主体的轮椅固定卡，通过固定卡将轮椅主体直接安装固定在履带爬楼机构上。

3.如权利要求1所述的双节四履带爬楼轮椅，其特征在于，所述的第一减速装置和第三减速装置的曲轴结构是，在减速装置输出轴的两端固定连接有与轴向垂直的摆杆。

4.一种如权利要求1-3任一所述的双节四履带爬楼轮椅的爬楼方法，其特征在于，它分为上楼过程和下楼过程，其中：

(一)上楼过程步骤为：

第1.1步：当乘坐者双手操作转动行走大轮到达楼梯处时，首先调整方向使行走大轮朝后，并且靠在第一个台阶沿上以便找正方向，然后操作大轮摆臂机构使行走大轮上摆到离开地面，同时使后段履带机构逐步着地，此时轮椅主体临时后倾，再操作履带前翘机构,使前段履带机构展开着地，使前段履带机构和后段履带机构底面成为一个平面，再操作履带爬楼机构倒行，开始用履带爬楼，越过第二个台阶后转换成正常爬楼状态；

第1.2步：当爬楼至最后一个台阶沿时，为避免突然后倾，应暂时停止履带爬楼，乘坐者同时操作大轮摆动机构使大轮向后摆动刚好着地，再操作履带爬楼机构继续爬楼，完成重心从楼梯到平地的过渡，直到履带爬楼机构完全脱离最后一个台阶沿，然后操作履带前翘机构，使履带爬楼机构前翘到轮椅座椅下方，最后操作大轮摆臂机构，使大轮下摆到平地行走状态，转动两侧行走大轮进行平地行走或通过楼梯半层平台；

第1.3步：继续重复上述第1.1和1.2步过程，直到需要达到的楼层；

(二)下楼过程步骤为：

第2.1步：当乘坐者双手操作转动行走大轮到达楼梯处时，先操作大轮摆臂机构向上摆动行走大轮至摆臂杆与座椅平行，同时操作履带前翘机构，使前段履带机构展开，从而使前段履带机构和后段履带机构底面成为一个平面，此时爬楼轮椅由履带爬楼机构的前端和行走大轮支撑，轮椅主体临时后倾，再操作履带爬楼机构，履带前端着地处带爬楼动轮椅向楼下运行，履带逐渐接触台阶沿，在整体重心越过第一个台阶沿之后，停止履带爬楼机构，并操作大轮摆臂机构上摆行走大轮至高于爬楼履带的位置，进而驱动履带爬楼机构平稳运行下楼；

第2.2步：爬楼轮椅脱离最后一个台阶沿后，先操作履带前翘机构，把前段履带部分折叠，再操作大轮摆臂机构下摆大轮到使座椅倾角舒适的位置，爬楼轮椅转换成平地行走状态，进行平地行走或通过楼梯半层平台；

第2.3步：继续重复上述第2.1和2.2步过程，直到需要达到的楼层。