CN106828551B - 一种双电动缸支腿举升或落下助力式上下楼梯两轮手推车 - Google Patents

一种双电动缸支腿举升或落下助力式上下楼梯两轮手推车 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种双电动缸支腿举升或落下助力式上下楼梯两轮手推车，该车的上下楼梯助力装置为对称布置于左右两车轮之间的左右侧可前后摆动的电动缸伸缩支腿，工作时需要人机互动，即上楼或下楼时操作者需要拉动或推动车轮，再配合手动或自动控制电路适时地操控电动缸支腿的伸出与缩回，使车轮与电动缸支腿交替承载车子，实现车子半自动上下楼梯的功能；其自动控制系统由行程开关或角位移传感器、单片机或PLC、继电器或电机正反转控制器和电动缸电机等组成；下楼时，其左右侧电动缸支腿前摆驱动力来自前推车轮的转矩，上楼时该驱动力由离合器分开，左右侧电动缸支腿前摆限位装置兼起车子的制动装置使其结构简化。

Description

一种双电动缸支腿举升或落下助力式上下楼梯两轮手推车
技术领域
本发明属于电动助力的具备上下楼梯功能的两轮手推车技术领域，尤其涉及一种双电动缸支腿举升或 落下助力式能上下楼梯的两轮手推车，该手推车采用人机互动方式运行，可以搭载货物和载人轮椅。
背景技术
已知的“一种双电动缸支腿举升助力式能爬楼梯的两轮手推货车(实用新型发明专利申请号： 201620332547.6)”，可以方便、快捷和经济地解决快递员或售后服务上门安装人员将家用电器等较重物品 运送到住宅楼的客户家中的问题，但因其不具备下楼梯功能，因而该车存在应用面窄的不足，如不能满足 诸如搬家和回收废旧家电等人员想要借助于爬楼梯车搭载重物下楼的需要，以及护理人员希望搭载载人轮 椅上下楼的需要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：在已知的“一种双电动缸支腿举升助力式能爬楼梯的两轮手推货车(实 用新型发明专利申请号：201620332547.6)”基础上，在操作者前推手推车下楼时，通过增加驱动双电动 缸支腿前摆的传动装置和双电动缸支腿前摆限位兼车轮前转至楼梯沿时的止动或制动装置，再配合以控制 电路适时的驱动左右侧电动缸支腿伸出和缩回，实现手推车下楼的功能。该手推车可以采用人机互动的半 自动控制方式上下楼梯，双电动缸支腿负责举升或落下手推车，操作者负责沿前行方向上楼拉动或下楼推动手推车，车轮与电动缸支腿交替承载手推车，从而实现其连续上或下楼梯的功能。
该种双电动缸(或称电动推杆)支腿举升或落下助力式上下楼梯两轮手推车，由以下二十七部分组成， 参见图1，它们分别是车架1、垂直于车架平面的底板2、左右侧把手3、左右侧单独安装或同轴安装的车 轮4、可充电蓄电池仓和蓄电池5、控制盒6、左右侧可前后摆动电动缸伸缩支腿7、铰接安装在左右侧可 前后摆动电动缸伸缩支腿端部的靴形托板8、左右侧可前后摆动电动缸伸缩支腿铰轴9、安装在左右侧可 前后摆动电动缸伸缩支腿铰轴上的从动齿轮10、连接左右侧电动缸支腿的系杆或系架11、上楼拉车时左 右侧电动缸支腿前摆或下楼推车时左右侧电动缸支腿后摆限位挡块12、下楼推车时活动式左右侧电动缸支腿前摆限位挡块兼车轮前转至楼梯沿时的止动或制动装置13、上楼拉车时左右侧电动缸支腿前摆限位处的 止动行程开关及换向继电器或位置传感器及缸杆缩回行程止动和缸杆伸出行程触发继电器a、下楼推车时 左右侧电动缸支腿后摆限位处的止动行程开关及换向继电器或位置传感器及缸杆伸出行程止动和缸杆缩 回行程触发继电器b、下楼推车时活动式左右侧电动缸支腿前摆限位处的止动行程开关及换向继电器或位 置传感器及缸杆缩回行程止动和缸杆伸出行程触发继电器c、上楼拉车时左右侧电动缸支腿后摆限位处的 止动行程开关及换向继电器或位置传感器与缸杆伸出行程止动和缸杆缩回行程触发继电器d、下楼推车时 活动式左右侧电动缸支腿前摆限位挡块兼车轮前转至楼梯沿时止动或制动装置的联动轴杆18、联动轴杆连 接器19、轴向移动或转动联动轴杆的手轮或手柄20、安装在左或右侧车轮轮毂上的自行车飞轮式主动链 轮或正时齿轮或锥齿轮21、链条或正时齿带或锥齿轮轴22、中间轴23、中间轴主驱动齿轮24、与中间轴 主驱动齿轮一体或安装在其轮毂上的自行车飞轮式从动链轮或正时齿轮或锥齿轮25、离合器26和把手组 合开关27。所述的左右侧可前后摆动电动缸伸缩支腿铰轴9、下楼推车时活动式左右侧电动缸支腿前摆限 位挡块兼车轮前转至楼梯沿时止动或制动装置的联动轴杆18和中间轴23通过轴承座连接在车架1上；所 述的下楼推车时活动式左右侧电动缸支腿前摆限位挡块兼车轮前转至楼梯沿时止动或制动装置的联动轴 杆18可以采用分段式结构，通过联动轴杆连接器19将穿过中间轴23轴线通孔的一段轴杆与由轴承座连 接在车架1上的另一段轴杆连接成一体，其端部又可通过螺纹、键和键槽与轴向移动或转动联动轴杆的手 轮或手柄20连成一体；所述的轴向移动或转动联动轴杆的手轮或手柄20与离合器26之间可以采用消防 栓水枪与水管连接用的快接接头或拨叉方式建立连接，使二者之间能相互转动，从而形成传动离合装置与 限位离合装置的联动机构；所述的中间轴主驱动齿轮24空套在中间轴23上；所述的离合器26可以采用 接合套齿或牙式结构，其从动部分的套或齿或牙可与中间轴主驱动齿轮24制成一体；控制左右侧可前后 摆动电动缸伸缩支腿7中电机正转、反转和停止的电路，由手动和自动控制两套电路组成，其中的自动控 制电路又分上楼和下楼两组电路，并由相应的选择开关控制其中之一单独工作；所述的把手组合开关27 与左右侧可前后摆动电动缸伸缩支腿7直连，可构成手动控制单元；所述的把手组合开关27、控制盒6和 左右侧可前后摆动电动缸伸缩支腿7连接，可构成手动电子控制单元；所述的上楼拉车时左右侧电动缸支 腿前摆限位处的止动行程开关及换向继电器或位置传感器及缸杆缩回行程止动和缸杆伸出行程触发继电 器a、上楼拉车时左右侧电动缸支腿后摆限位处的止动行程开关及换向继电器或位置传感器与缸杆伸出行 程止动和缸杆缩回行程触发继电器d、控制盒6和左右侧可前后摆动电动缸伸缩支腿7连接，可构成上楼 程序自动控制单元；所述的下楼推车时左右侧电动缸支腿后摆限位处的止动行程开关及换向继电器或位置 传感器及缸杆伸出行程止动和缸杆缩回行程触发继电器b、下楼推车时活动式左右侧电动缸支腿前摆限位 处的止动行程开关及换向继电器或位置传感器及缸杆缩回行程止动和缸杆伸出行程触发继电器c、控制盒 6和左右侧可前后摆动电动缸伸缩支腿7连接，可构成下楼程序自动控制单元。该手推车以人机互动，车 轮与电动缸支腿交替承载车子的半自动控制方式上下楼梯，其下楼过程的程序自动控制工作循环分为四个 步骤，一是准备工作：依靠人力将手推车的左右侧车轮推至距楼梯沿1/2台阶面宽度处，轴向移动或转动 联动轴杆动作的手轮或手柄20，使离合器26接合，同时下楼推车时活动式左右侧电动缸支腿前摆限位挡 块兼车轮前转至楼梯沿时的止动或制动装置13处于工作位置，依次选择把手组合开关27中的自动控制和 下楼开关；二是推车走过1/2台阶面宽度使缸杆伸出(参见图2)：向前推动手推车，车轮向前转过1/2台 阶面宽度，车轮转矩驱动左右侧电动缸伸缩支腿7前摆至活动式左右侧电动缸支腿前摆限位挡块13位置 处时车轮止动，控制盒6根据下楼推车时活动式左右侧电动缸支腿前摆限位处的止动行程开关及换向继电 器或位置传感器及缸杆缩回行程止动和缸杆伸出行程触发继电器c中的止动行程开关或位置传感器的输入 信号，向其中的换向继电器或缸杆缩回行程止动和缸杆伸出行程触发继电器发出控制信号，进而使左右侧 电动缸伸缩支腿7先停止缩回而后伸出；三是推车摆过1/2台阶面宽度使缸杆缩回(参见图3)：当缸杆伸 出至下一个台阶面，手推车在获得地面支撑并使车轮悬空时，操作者向前推动手推车摆过1/2台阶面宽度， 左右侧电动缸伸缩支腿7后摆至限位挡块12，控制盒6根据下楼推车时左右侧电动缸支腿后摆限位处的止 动行程开关及换向继电器或位置传感器及缸杆伸出行程止动和缸杆缩回行程触发继电器b中的止动行程开 关或位置传感器的输入信号，向其中的换向继电器或缸杆伸出行程止动和缸杆缩回行程触发继电器发出控 制信号，进而使左右侧电动缸伸缩支腿7先停止伸出而后缩回，车轮落地，每下一阶台阶，循环步骤二和 三；四是暂停或停止：当爬完1/2层或1层楼梯后，操作者操控轴向移动或转动联动轴杆的手轮或手柄20，使离合器26分开，使下楼推车时活动分段式左右侧电动缸支腿前摆限位挡块兼车轮前转至楼梯沿时止动 或制动装置的联动轴杆18动作，使下楼推车时活动式左右侧电动缸支腿前摆限位挡块兼车轮前转至楼梯 沿时的止动或制动装置13脱离工作位，完成一个工作循环。
本双电动缸支腿助力式上下楼梯两轮手推车各部分的组成、功能和工作原理阐述如下。
所述的垂直于车架平面的底板2，其特征在于：其可以采用能沿车架平面平行移动并能锁止的结构， 以便于能与不同规格载人轮椅的底面相接触。
所述的控制盒6，可以安装或固定于蓄电池仓内，它由盒体、左右侧电动缸支腿电机驱动电路板、PLC 或单片机、左右侧电动缸支腿电机正反转控制器、继电器、输入输出接口、连接线及连接插头组成。
所述的左右侧可前后摆动电动缸伸缩支腿7，其特征在于：其缸筒可以采用方筒结构，以便于对其进 行限位；其缸杆表面可以黏附或涂敷软性或弹性保护层，以便于防止手推车在前拉时左右侧电动缸伸缩支 腿7的缸杆在前摆和缩回时磕碰或磨损楼梯沿。
所述的上楼拉车时左右侧电动缸支腿前摆或下楼推车时左右侧电动缸支腿后摆限位挡块12，其特征在 于：其可由左右侧单独安装或同轴安装的车轮4的车轴轴端或同轴安装的车轴直接替代，并可以在该车轴 轴端或车轴上安装或设置专门结构的限位挡块；其上可以加装橡胶垫，以缓冲左右侧电动缸支腿摆动时的 作用力。
所述的下楼推车时活动式左右侧电动缸支腿前摆限位挡块兼车轮前转至楼梯沿时的止动或制动装置 13，其特征在于：当车架1处于下楼梯状态即可以与地面之间呈28°～34°的夹角时，其限位面与车架1 的平面所夹钝角可以为131°～137°，即(28°+90°+13°)～(34°+90°+13°)，参见图2，该钝角 小于上楼拉车时左右侧电动缸支腿后摆限位处的角度，而与上楼拉车时车轮刚接触楼梯台阶面时的摆角相 等；为了防止手推车在上楼时产生运动干涉，其可以采用活动式结构，以便能使手推车在上楼时脱离限位 即不对左右侧电动缸支腿后摆进行限位；其上可以加装橡胶垫，以便于缓冲左右侧电动缸支腿摆动时的作 用力。
所述的上楼拉车时左右侧电动缸支腿前摆限位处的止动行程开关及换向继电器或位置传感器及缸杆 缩回行程止动和缸杆伸出行程触发继电器a、下楼推车时左右侧电动缸支腿后摆限位处的止动行程开关及 换向继电器或位置传感器及缸杆伸出行程止动和缸杆缩回行程触发继电器b、下楼推车时活动式左右侧电 动缸支腿前摆限位处的止动行程开关及换向继电器或位置传感器及缸杆缩回行程止动和缸杆伸出行程触 发继电器c和上楼拉车时左右侧电动缸支腿后摆限位处的止动行程开关及换向继电器或位置传感器与缸杆伸出行程止动和缸杆缩回行程触发继电器d，其特征在于：全部的止动行程开关或位置传感器均可安装在 相应位置的支架上，它们也可由一个安装在左右侧可前后摆动电动缸伸缩支腿铰轴9上的角位移传感器替 代；全部的继电器均可安置在控制盒6中。
所述的下楼推车时活动式左右侧电动缸支腿前摆限位挡块兼车轮前转至楼梯沿时止动或制动装置的 联动轴杆18，其特征在于：其通过轴向移动或轴向转动加移动使下楼推车时活动式左右侧电动缸支腿前摆 限位挡块兼车轮前转至楼梯沿时的止动或制动装置13的限位面处于或脱离限位位置，并能在回转方向限 位，实现限位兼制动装置的离合功能。
所述的离合器26，其特征在于：其可以通过连接件与下楼推车时活动式左右侧电动缸支腿前摆限位挡 块兼车轮前转至楼梯沿时止动或制动装置的联动轴杆18之间建立联动关系，以便简化操作步骤。
所述的把手组合开关27，其特征是：其包括用于辅助操控左右侧电动缸支腿伸缩的手动开关和自动举 升开关，其中的自动举升开关又分为上楼和下楼开关，它们的结构形式可以是按键式或旋动式或扭动式。
附图说明
图1是本发明上下楼梯两轮手推车的结构与装配关系示意图。
图2是左右侧电动缸伸缩支腿在前推前摆位置的运动关系示意图。
图3是左右侧电动缸伸缩支腿在前推后摆位置的运动关系示意图。
具体实施方式
下面以本发明爬升层高6层的居民住宅楼楼梯[台阶面宽度×台阶高度×楼梯坡度：250(mm)×170 (mm)×34°]为例(见图2和图3)，结合其主要零部件参数说明本发明结构和原理的实施过程。
本发明的主要零部件参数可以是：①左右侧单独安装的车轮4：选取直径为250(mm)的充气轮胎。 ②左右侧可前后摆动电动缸伸缩支腿7：安装尺寸*预留间隙*缸杆行程(mm)可以为：355*25*250(mm)。 ③电动缸伸缩支腿的缸杆伸出长度：设该车在上下楼梯时车架平面倾斜角度与楼梯坡度平行，则上楼拉车 时左右侧电动缸支腿前摆或下楼推车时左右侧电动缸支腿后摆限位挡块12的限位面与车架1的平面所夹 钝角为124°(34°+90°)，见图3。在上楼过程中，当左右侧电动缸伸缩支腿7将左右侧车轮4举升到 高一阶楼梯并由操作者将其拉至刚接触到台阶面时，或在下楼过程中，当操作者推车使左右侧电动缸伸缩支腿7前摆至下楼推车时活动式左右侧电动缸支腿前摆限位挡块兼车轮前转至楼梯沿时的止动或制动装置 13的限制位时(参见图2)，图中OA的尺寸为355+25+170(mm)，AB的尺寸为125(mm)，角AOB为13°， 即tan(13°)＝125/355+25+170，此时左右侧电动缸支腿后摆极限位置的限位面与车架1的平面所夹锐 角为43°(180°-124°-13°)，钝角为137°(124°+13°)，由勾股定理算得OB的尺寸为564(mm)， 左右侧电动缸伸缩支腿7的缸杆伸出长度为564-(355+25)＝184(mm)。④上楼拉车时左右侧电动缸支腿 后摆限位角度：参照图2中的相关尺寸：已知OA的尺寸为355+25+170(mm)，AB的尺寸为把车拉靠至楼 梯立面时的值即为250(mm)，角AOB为24°，即tan(24°)＝250/550(355+25+170)，此时左右侧电动 缸支腿后摆极限位置的限位面与车架1的平面所夹锐角为32°(180°-124°-24°)，钝角为148°(124 °+24°)。⑤左右侧可前后摆动电动缸伸缩支腿铰轴9与左右侧单独安装或同轴安装的车轮4之间的传动比：下楼推车时左右侧可前后摆动电动缸伸缩支腿7的前摆限位角度为13°，左右侧单独安装的车轮4转 过的角度为：360×125/250×3.14＝57°，二者之间的减速比为4.4。

Claims (1)

1.一种双电动缸支腿举升或落下助力式上下楼梯两轮手推车，其特征在于：它由以下二十七部分组成，它们分别是车架(1)、垂直于车架平面的底板(2)、左右侧把手(3)、左右侧单独安装或同轴安装的车轮(4)、可充电蓄电池仓和蓄电池(5)、控制盒(6)、左右侧可前后摆动电动缸伸缩支腿(7)、铰接安装在左右侧可前后摆动电动缸伸缩支腿端部的靴形托板(8)、左右侧可前后摆动电动缸伸缩支腿铰轴(9)、安装在左右侧可前后摆动电动缸伸缩支腿铰轴上的从动齿轮(10)、连接左右侧电动缸支腿的系杆或系架(11)、上楼拉车时左右侧电动缸支腿前摆或下楼推车时左右侧电动缸支腿后摆限位挡块(12)、下楼推车时活动式左右侧电动缸支腿前摆限位挡块兼车轮前转至楼梯沿时的止动或制动装置(13)、上楼拉车时左右侧电动缸支腿前摆限位处的止动行程开关及换向继电器或位置传感器及缸杆缩回行程止动和缸杆伸出行程触发继电器a、下楼推车时左右侧电动缸支腿后摆限位处的止动行程开关及换向继电器或位置传感器及缸杆伸出行程止动和缸杆缩回行程触发继电器b、下楼推车时活动式左右侧电动缸支腿前摆限位处的止动行程开关及换向继电器或位置传感器及缸杆缩回行程止动和缸杆伸出行程触发继电器c、上楼拉车时左右侧电动缸支腿后摆限位处的止动行程开关及换向继电器或位置传感器与缸杆伸出行程止动和缸杆缩回行程触发继电器d、下楼推车时活动式左右侧电动缸支腿前摆限位挡块兼车轮前转至楼梯沿时止动或制动装置的联动轴杆(18)、联动轴杆连接器(19)、轴向移动或转动联动轴杆的手轮或手柄(20)、安装在左或右侧车轮轮毂上的自行车飞轮式主动链轮或正时齿轮或锥齿轮(21)、链条或正时齿带或锥齿轮轴(22)、中间轴(23)、中间轴主驱动齿轮(24)、与中间轴主驱动齿轮一体或安装在其轮毂上的自行车飞轮式从动链轮或正时齿轮或锥齿轮(25)、离合器(26)和把手组合开关(27)；所述的左右侧可前后摆动电动缸伸缩支腿铰轴(9)、下楼推车时活动式左右侧电动缸支腿前摆限位挡块兼车轮前转至楼梯沿时止动或制动装置的联动轴杆(18)和中间轴(23)通过轴承座连接在车架(1)上；所述的下楼推车时活动式左右侧电动缸支腿前摆限位挡块兼车轮前转至楼梯沿时止动或制动装置的联动轴杆(18)可以采用分段式结构，通过联动轴杆连接器(19)将穿过中间轴(23)轴线通孔的一段轴杆与由轴承座连接在车架(1)上的另一段轴杆连接成一体，其端部又可通过螺纹、键和键槽与轴向移动或转动联动轴杆的手轮或手柄(20)连成一体；所述的轴向移动或转动联动轴杆的手轮或手柄(20)与离合器(26)之间可以采用消防栓水枪与水管连接用的快接接头或拨叉方式建立连接，使二者之间能相互转动，从而形成传动离合装置与限位离合装置的联动机构；所述的中间轴主驱动齿轮(24)空套在中间轴(23)上；所述的离合器(26)可以采用接合套齿或牙式结构，其从动部分的套或齿或牙可与中间轴主驱动齿轮(24)制成一体；控制左右侧可前后摆动电动缸伸缩支腿(7)中电机正转、反转和停止的电路，由手动和自动控制两套电路组成，其中的自动控制电路又分上楼和下楼两组电路，并由相应的选择开关控制其中之一单独工作；所述的把手组合开关(27)与左右侧可前后摆动电动缸伸缩支腿(7)直连，可构成手动控制单元；所述的把手组合开关(27)、控制盒(6)和左右侧可前后摆动电动缸伸缩支腿(7)连接，可构成手动电子控制单元；所述的上楼拉车时左右侧电动缸支腿前摆限位处的止动行程开关及换向继电器或位置传感器及缸杆缩回行程止动和缸杆伸出行程触发继电器a、上楼拉车时左右侧电动缸支腿后摆限位处的止动行程开关及换向继电器或位置传感器与缸杆伸出行程止动和缸杆缩回行程触发继电器d、控制盒(6)和左右侧可前后摆动电动缸伸缩支腿(7)连接，可构成上楼程序自动控制单元；所述的下楼推车时左右侧电动缸支腿后摆限位处的止动行程开关及换向继电器或位置传感器及缸杆伸出行程止动和缸杆缩回行程触发继电器b、下楼推车时活动式左右侧电动缸支腿前摆限位处的止动行程开关及换向继电器或位置传感器及缸杆缩回行程止动和缸杆伸出行程触发继电器c、控制盒(6)和左右侧可前后摆动电动缸伸缩支腿(7)连接，可构成下楼程序自动控制单元；该手推车以人机互动，车轮与电动缸支腿交替承载车子的半自动控制方式上下楼梯，其下楼过程的程序自动控制工作循环分为四个步骤，一是准备工作：依靠人力将手推车的左右侧车轮推至距楼梯沿1/2台阶面宽度处，轴向移动或转动联动轴杆动作的手轮或手柄(20)，使离合器(26)接合，同时下楼推车时活动式左右侧电动缸支腿前摆限位挡块兼车轮前转至楼梯沿时的止动或制动装置(13)处于工作位置，依次选择把手组合开关(27)中的自动控制和下楼开关；二是推车走过1/2台阶面宽度使缸杆伸出：向前推动手推车，车轮向前转过1/2台阶面宽度，车轮转矩驱动左右侧电动缸伸缩支腿(7)前摆至活动式左右侧电动缸支腿前摆限位挡块(12)位置处时车轮止动，控制盒(6)根据下楼推车时活动式左右侧电动缸支腿前摆限位处的止动行程开关及换向继电器或位置传感器及缸杆缩回行程止动和缸杆伸出行程触发继电器c中的止动行程开关或位置传感器的输入信号，向其中的换向继电器或缸杆缩回行程止动和缸杆伸出行程触发继电器发出控制信号，进而使左右侧电动缸伸缩支腿(7)先停止缩回而后伸出；三是推车摆过1/2台阶面宽度使缸杆缩回：当缸杆伸出至下一个台阶面，手推车在获得地面支撑并使车轮悬空时，操作者向前推动手推车摆过1/2台阶面宽度，左右侧电动缸伸缩支腿(7)后摆至限位挡块(12)，控制盒(6)根据下楼推车时左右侧电动缸支腿后摆限位处的止动行程开关及换向继电器或位置传感器及缸杆伸出行程止动和缸杆缩回行程触发继电器a中的止动行程开关或位置传感器的输入信号，向其中的换向继电器或缸杆伸出行程止动和缸杆缩回行程触发继电器发出控制信号，进而使左右侧电动缸伸缩支腿(7)先停止伸出而后缩回，车轮落地，每下一阶台阶，循环步骤二和三；四是暂停或停止：当爬完1/2层或1层楼梯后，操作者操控轴向移动或转动联动轴杆的手轮或手柄(20)，使离合器(26)分开，使下楼推车时活动分段式左右侧电动缸支腿前摆限位挡块兼车轮前转至楼梯沿时止动或制动装置的联动轴杆(18)动作，使下楼推车时活动式左右侧电动缸支腿前摆限位挡块兼车轮前转至楼梯沿时的止动或制动装置(13)脱离工作位，完成一个工作循环。
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