CN106038107B - 一种具有爬梯功能的智能轮椅 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有爬梯功能的智能轮椅，包括主框架、设置在主框架下方的驱动轮、转向轮和设置在主框架侧面的爬梯单元，所述主框架包括竖向设置的靠背框架、若干加热垫、水平设置的座面、扶手、水平设置的底板、竖向设置的支脚和竖向设置的侧板，该具有爬梯功能的智能轮椅通过爬梯单元中的驱动电机转动，使踏脚接触阶梯时实现主框架的上升，通过单个阶梯上升的循环重复操作，实现轮椅的爬梯功能，从而使患者的活动范围增加，不仅如此，在温度控制电路中，LM3911的温度检测精度高，从而保证了温度检测的精确性，同时利用其强输出控制能力，保证了对加热装置的驱动能力，从而保证了温度控制的稳定性，提高了装置的实用性。

Description

一种具有爬梯功能的智能轮椅
技术领域
本发明涉及一种具有爬梯功能的智能轮椅。
背景技术
轮椅是康复的重要工具，它不仅是肢体伤残者的代步工具，更重要的是使他们借助于轮椅进行身体锻炼和参与社会活动。患者通过轮椅上的轮胎转动实现移动，从而方便患者活动。
但是现有的轮椅仅能使患者在平缓的地面上进行移动，而在实际生活中，患者有时需要进行爬楼梯操作，由于轮椅本身结构的局限性，使患者无法进行爬梯。同时，患者处于身体虚弱的状态，需要通过加热装置维持患者的体温，保持生命活力，但是现有的轮椅缺乏一定的加热措施，即使部分轮椅配备了加热装置，但是其内部的温度控制电路精度不高且驱动能力差，从而导致轮椅的实用性下降。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术的不足，提供一种的具有爬梯功能的智能轮椅。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种具有爬梯功能的智能轮椅，包括主框架、设置在主框架下方的驱动轮、转向轮和设置在主框架侧面的爬梯单元，所述主框架包括竖向设置的靠背框架、若干加热垫、水平设置的座面、扶手、水平设置的底板、竖向设置的支脚和竖向设置的侧板，所述座面和底板均设置在靠背框架和支脚之间，所述底板设置在座面的下方，所述扶手设置在座面的上方，所述加热垫分别设置在靠背框架和座面上，所述侧板设置在座面和底板之间，所述爬梯单元固定在侧板上，所述靠背框架下方设有转轴，所述靠背框架通过转轴与驱动轮传动连接，所述支脚的下方设有转向轮；
所述爬梯单元包括水平设置的横板、竖向设置的竖板、第一连接杆、第二连接杆、第三连接杆、驱动电机、驱动轴、压力传感器和踏脚，所述横板的一端固定在侧板上，所述横板设置在竖板的上方，所述驱动电机固定在竖板的底端，所述驱动电机与驱动轴传动连接，所述第一连接杆的一端与横板的一端铰接，所述第一连接杆的另一端与第二连接杆的上端铰接，所述压力传感器固定在第二连接杆的下端，所述踏脚固定在压力传感器上，所述第三连接杆的一端与驱动轴铰接，所述第三连接杆的另一端铰接在与第二连接杆的中心位置铰接，所述第二连接杆和第三连接杆位于竖板的同侧，所述第一连接杆位于竖板的另一侧；
所述加热垫内设有温度控制模块，所述温度控制模块内设有温度控制电路，所述温度控制电路包括集成电路、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、可调电阻、第一二极管、第二二极管、晶闸管、第一电容和第二电容，所述集成电路的型号为LM3911，所述集成电路的电源端与第一二极管的阴极连接，所述第一二极管的阳极分别与第一电容和第一电阻连接，所述第一二极管的阴极与第二二极管的阴极连接，所述第二二极管的阳极接地，所述集成电路的电源端通过第二电阻与集成电路的输出端连接，所述集成电路的电源端与三极管Q1的发射极连接，所述三极管Q1的基极与集成电路的输出端连接，所述三极管Q1的集电极通过第五电阻与晶闸管的触发端连接，所述晶闸管的一端接地，所述三极管Q1的集电极通过第四电阻接地，所述集成电路的接地端通过第三电阻接地，所述集成电路的接地端通过可调电阻与集成电路的电源端连接，所述集成电路的输入端与可调电阻的可调端连接，所述集成电路的电源端通过第二电容接地，所述第一二极管的阳极通过第一电阻接地。
作为优选，为了提高温度控制电路运行的稳定性，所述第二二极管为稳压二极管。
作为优选，为了方便患者进行轮椅的相关操作，所述扶手上设有若干控制按键。
作为优选，为了方便患者搁置腿脚，所述座面远离靠背框架的一端设有水平设置的连接轴和脚踏板，所述座面通过连接轴与脚踏板连接。
作为优选，利用钛合金坚固轻巧的特点，为了防止第一连接杆、第二连接杆和第三连接杆传动连接时发生形变，所述第一连接杆、第二连接杆和第三连接杆的材料均为钛合金。
作为优选，为了方便控制轮椅的移动方向，所述转向轮为万向轮。
作为优选，利用直流伺服电机驱动力强的特点，为了保证爬梯单元的驱动力，所述驱动电机为直流伺服驱动电机。
作为优选，为了提高温度控制电路对温度的抗干扰能力，所述第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻的温漂系数均为5％ppm。
本发明的有益效果是，该具有爬梯功能的智能轮椅通过爬梯单元中的驱动电机转动，使踏脚接触阶梯时实现主框架的上升，通过单个阶梯上升的循环重复操作，实现轮椅的爬梯功能，从而使患者的活动范围增加，不仅如此，在温度控制电路中，LM3911的温度检测精度高，从而保证了温度检测的精确性，同时利用其强输出控制能力，保证了对加热装置的驱动能力，从而保证了温度控制的稳定性，提高了装置的实用性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的具有爬梯功能的智能轮椅的结构示意图；
图2是本发明的具有爬梯功能的智能轮椅的爬梯单元的结构示意图；
图3是本发明的具有爬梯功能的智能轮椅的温度控制电路的电路原理图；
图中：1.靠背框架，2.加热垫，3.座面，4.扶手，5.控制按键，6.脚踏板，7.驱动轮，8.连接轴，9.转向轮，10.底板，11.支脚，12.转轴，13.侧板，14.爬梯单元，15.横板，16.竖板，17.第一连接杆，18.第二连接杆，19.第三连接杆，20.驱动电机，21.驱动轴，22.压力传感器，23.踏脚，U1.集成电路，R1.第一电阻，R2.第二电阻，R3.第三电阻，R4.第四电阻，R5.第五电阻，Rp1.可调电阻，D1.第一二极管，D2.第二二极管，N1.晶闸管，C1.第一电容，C2.第二电容，Q1.三极管。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1-图3所示，一种具有爬梯功能的智能轮椅，包括主框架、设置在主框架下方的驱动轮7、转向轮9和设置在主框架侧面的爬梯单元14，所述主框架包括竖向设置的靠背框架1、若干加热垫2、水平设置的座面3、扶手4、水平设置的底板10、竖向设置的支脚11和竖向设置的侧板13，所述座面3和底板10均设置在靠背框架1和支脚11之间，所述底板10设置在座面3的下方，所述扶手4设置在座面3的上方，所述加热垫2分别设置在靠背框架1和座面3上，所述侧板13设置在座面3和底板10之间，所述爬梯单元14固定在侧板13上，所述靠背框架1下方设有转轴12，所述靠背框架1通过转轴12与驱动轮7传动连接，所述支脚11的下方设有转向轮9；
所述爬梯单元14包括水平设置的横板15、竖向设置的竖板16、第一连接杆17、第二连接杆18、第三连接杆19、驱动电机20、驱动轴21、压力传感器22和踏脚23，所述横板15的一端固定在侧板13上，所述横板15设置在竖板16的上方，所述驱动电机20固定在竖板16的底端，所述驱动电机20与驱动轴21传动连接，所述第一连接杆17的一端与横板15的一端铰接，所述第一连接杆17的另一端与第二连接杆18的上端铰接，所述压力传感器22固定在第二连接杆18的下端，所述踏脚23固定在压力传感器22上，所述第三连接杆19的一端与驱动轴21铰接，所述第三连接杆19的另一端铰接在与第二连接杆18的中心位置铰接，所述第二连接杆18和第三连接杆19位于竖板16的同侧，所述第一连接杆17位于竖板16的另一侧；
所述加热垫2内设有温度控制模块，所述温度控制模块内设有温度控制电路，所述温度控制电路包括集成电路U1、三极管Q1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、可调电阻RP1、第一二极管D1、第二二极管D2、晶闸管N1、第一电容C1和第二电容C2，所述集成电路U1的型号为LM3911，所述集成电路U1的电源端与第一二极管D1的阴极连接，所述第一二极管D1的阳极分别与第一电容C1和第一电阻R1连接，所述第一二极管D1的阴极与第二二极管D2的阴极连接，所述第二二极管D2的阳极接地，所述集成电路U1的电源端通过第二电阻R2与集成电路U1的输出端连接，所述集成电路U1的电源端与三极管Q1的发射极连接，所述三极管Q1的基极与集成电路U1的输出端连接，所述三极管Q1的集电极通过第五电阻R5与晶闸管N1的触发端连接，所述晶闸管N1的一端接地，所述三极管Q1的集电极通过第四电阻R4接地，所述集成电路U1的接地端通过第三电阻R3接地，所述集成电路U1的接地端通过可调电阻RP1与集成电路U1的电源端连接，所述集成电路U1的输入端与可调电阻RP1的可调端连接，所述集成电路U1的电源端通过第二电容C2接地，所述第一二极管D1的阳极通过第一电阻R1接地。
作为优选，为了提高温度控制电路运行的稳定性，所述第二二极管D2为稳压二极管。
作为优选，为了方便患者进行轮椅的相关操作，所述扶手4上设有若干控制按键5。
作为优选，为了方便患者搁置腿脚，所述座面3远离靠背框架1的一端设有水平设置的连接轴8和脚踏板6，所述座面3通过连接轴8与脚踏板6连接。
作为优选，利用钛合金坚固轻巧的特点，为了防止第一连接杆17、第二连接杆18和第三连接杆19传动连接时发生形变，所述第一连接杆17、第二连接杆18和第三连接杆19的材料均为钛合金。
作为优选，为了方便控制轮椅的移动方向，所述转向轮9为万向轮。
作为优选，利用直流伺服电机驱动力强的特点，为了保证爬梯单元14的驱动力，所述驱动电机20为直流伺服驱动电机。
作为优选，为了提高温度控制电路对温度的抗干扰能力，所述第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5的温漂系数均为5％ppm。
为了能使患者利用轮椅进行爬梯操作，由该智能轮椅侧板13上的爬梯单元14负责实现爬梯操作，从而扩大患者的活动范围。在爬梯单元14运行过程中，内部的驱动电机20转动，带动驱动轴21沿自身中心轴线转动，使第三连接杆19转动，在转动过程中，原先浮空的踏脚23通过与第三连接杆19的固定连接，从而使踏脚23踏在楼梯的阶梯上，此时压力传感器22检测到压力数据，第三连接杆19的下方位置固定，同时驱动电机20继续转动，为了维持第三连接杆19与驱动轴21的相对转动，通过第一连接杆18和第二连接杆19的传递作用，驱动电机20所在的竖板16以及竖板16上方的横板15沿第三连接杆19的下发为圆心开始向上转动，从而使主框架向上移动，在移动完成后，踏脚23脱离刚刚位于的阶梯，处于悬空状态，驱动电机20保持转动状态，第三连接杆19沿驱动轴21转动，其下方的踏脚23接触上方的阶梯，如此循环，从而使主框架沿着阶梯逐渐上升，继而完成轮椅的爬梯工作。该具有爬梯功能的智能轮椅通过爬梯单元14中的驱动电机20转动，使踏脚23接触阶梯时实现主框架的上升，通过单个阶梯上升的循环重复操作，实现轮椅的爬梯功能，从而使患者的活动范围增加。
为了保证加热垫2的温度控制效果，由加热垫2内的温度控制模块对加热垫2的温度进行有效稳定的控制，从而给患者营造良好的康复环境，在其内部的温度控制电路中，集成电路U1的型号为LM3911，LM3911是高精度温度检测及输出控制集成电路，以10mV/℃输出与温度成正比的电压，控制输出端有较大的驱动能力，可以驱动晶闸管N1。该电路中，第一电容Cl、第一二极管D1、第二电容C2等构成降压、整流与滤波电路，给LM3911提供直流电源。可调电阻RP1用于设置温度动作点；温度高于该动作点时输出为高电平，三极管Q1截止，晶闸管N1也截止；反之，温度低于设定动作点时，开始加热。当加热温度达到预定值时又停止加热，如此循环，形成自动温度控制过程。
与现有技术相比，该具有爬梯功能的智能轮椅通过爬梯单元14中的驱动电机20转动，使踏脚23接触阶梯时实现主框架的上升，通过单个阶梯上升的循环重复操作，实现轮椅的爬梯功能，从而使患者的活动范围增加，不仅如此，在温度控制电路中，LM3911的温度检测精度高，从而保证了温度检测的精确性，同时利用其强输出控制能力，保证了对加热装置的驱动能力，从而保证了温度控制的稳定性，提高了装置的实用性。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种具有爬梯功能的智能轮椅，其特征在于，包括主框架、设置在主框架下方的驱动轮(7)、转向轮(9)和设置在主框架侧面的爬梯单元(14)，所述主框架包括竖向设置的靠背框架(1)、若干加热垫(2)、水平设置的座面(3)、扶手(4)、水平设置的底板(10)、竖向设置的支脚(11)和竖向设置的侧板(13)，所述座面(3)和底板(10)均设置在靠背框架(1)和支脚(11)之间，所述底板(10)设置在座面(3)的下方，所述扶手(4)设置在座面(3)的上方，所述加热垫(2)分别设置在靠背框架(1)和座面(3)上，所述侧板(13)设置在座面(3)和底板(10)之间，所述爬梯单元(14)固定在侧板(13)上，所述靠背框架(1)下方设有转轴(12)，所述靠背框架(1)通过转轴(12)与驱动轮(7)传动连接，所述支脚(11)的下方设有转向轮(9)；
所述爬梯单元(14)包括水平设置的横板(15)、竖向设置的竖板(16)、第一连接杆(17)、第二连接杆(18)、第三连接杆(19)、驱动电机(20)、驱动轴(21)、压力传感器(22)和踏脚(23)，所述横板(15)的一端固定在侧板(13)上，所述横板(15)设置在竖板(16)的上方，所述驱动电机(20)固定在竖板(16)的底端，所述驱动电机(20)与驱动轴(21)传动连接，所述第一连接杆(17)的一端与横板(15)的一端铰接，所述第一连接杆(17)的另一端与第二连接杆(18)的上端铰接，所述压力传感器(22)固定在第二连接杆(18)的下端，所述踏脚(23)固定在压力传感器(22)上，所述第三连接杆(19)的一端与驱动轴(21)铰接，所述第三连接杆(19)的另一端铰接在与第二连接杆(18)的中心位置铰接，所述第二连接杆(18)和第三连接杆(19)位于竖板(16)的同侧，所述第一连接杆(17)位于竖板(16)的另一侧；踏脚(23)位于转向轮(9)位置；
所述加热垫(2)内设有温度控制模块，所述温度控制模块内设有温度控制电路，所述温度控制电路包括集成电路(U1)、三极管(Q1)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、可调电阻(RP1)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、晶闸管(N1)、第一电容(C1)和第二电容(C2)，所述集成电路(U1)的型号为LM3911，所述集成电路(U1)的电源端与第一二极管(D1)的阴极连接，所述第一二极管(D1)的阳极分别与第一电容(C1)和第一电阻(R1)连接，所述第一二极管(D1)的阴极与第二二极管(D2)的阴极连接，所述第二二极管(D2)的阳极接地，所述集成电路(U1)的电源端通过第二电阻(R2)与集成电路(U1)的输出端连接，所述集成电路(U1)的电源端与三极管(Q1)的发射极连接，所述三极管(Q1)的基极与集成电路(U1)的输出端连接，所述三极管(Q1)的集电极通过第五电阻(R5)与晶闸管(N1)的触发端连接，所述晶闸管(N1)的一端接地，所述三极管(Q1)的集电极通过第四电阻(R4)接地，所述集成电路(U1)的接地端通过第三电阻(R3)接地，所述集成电路(U1)的接地端通过可调电阻(RP1)与集成电路(U1)的电源端连接，所述集成电路(U1)的输入端与可调电阻(RP1)的可调端连接，所述集成电路(U1)的电源端通过第二电容(C2)接地，所述第一二极管(D1)的阳极通过第一电阻(R1)接地。
2.如权利要求1所述的具有爬梯功能的智能轮椅，其特征在于，所述第二二极管(D2)为稳压二极管。
3.如权利要求1所述的具有爬梯功能的智能轮椅，其特征在于，所述扶手(4)上设有若干控制按键(5)。
4.如权利要求1所述的具有爬梯功能的智能轮椅，其特征在于，所述座面(3)远离靠背框架(1)的一端设有水平设置的连接轴(8)和脚踏板(6)，所述座面(3)通过连接轴(8)与脚踏板(6)连接。
5.如权利要求1所述的具有爬梯功能的智能轮椅，其特征在于，所述第一连接杆(17)、第二连接杆(18)和第三连接杆(19)的材料均为钛合金。
6.如权利要求1所述的具有爬梯功能的智能轮椅，其特征在于，所述转向轮(9)为万向轮。
7.如权利要求1所述的具有爬梯功能的智能轮椅，其特征在于，所述驱动电机(20)为直流伺服驱动电机。
8.如权利要求1所述的具有爬梯功能的智能轮椅，其特征在于，所述第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)和第五电阻(R5)的温漂系数均为5％ppm。
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