CN107600121A - 一种带有刹车装置的电动爬楼机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机构学领域，特别涉及一种基于五杆机构并带有刹车的电动式爬楼机构。其大体构件包括：机架，一体式把手，载物板，车轮，电机，轮轴，刹车组件，曲柄滑块组件，小轮，中间轴，轴承座。本发明通过采用对称设计的五杆机构与链轮作为传动机构，降低了电机数目，使传动平稳而准确，同时该机构具有急回特性，利用该特性可以节省空行程的时间浪费，减少撑地杆接触地面时过大的冲击载荷，提高机械系统的运行效率。下楼刹车机构的设计确保了下楼时的安全，避免由于货物过重势能过大难以控制的危险和问题。同时该传动机构结构简单，相比其它产品的机械复杂性，能减少能量传递的损失，并且大大减少了维护的成本和难度。

Description

一种带有刹车装置的电动爬楼机构

技术领域

本发明涉及机构学领域，特别涉及一种带有刹车装置的电动爬楼机构。

背景技术

爬楼机作为一种载物工具，在许多需要重物重载的场合如工厂、医院、学校等都能发挥作用。首先作为物料装载的载体，该机构能够在人力牵引下在平路、斜坡等各种路面行进，而作为该类产品的特色——爬楼，则能够依靠单人操作，将重达上百千克的重物运送上下楼。利用这种机构可以快速便捷在不同楼层间上下，方便了货物的运输。本发明所涉及的机构可以将平路运输和爬楼结合起来，具有广泛的应用前景。目前市面上已有的爬楼机大都机械复杂性较高，且价格高昂。本发明在本作者前一个爬楼机构发明的基础上，采用五杆机构并进行了轨迹优化等大量实验，得到了一种机理简单、操作方便、价格亲民的新型爬楼机构。

发明内容

本发明要解决的问题是研制一种基于五杆机构的带有刹车装置的爬楼机构，其采用链轮连接连架杆以及与连架杆相近的连杆，因此只需要一个输入电机。并要求其结构简单，性能可靠，节省人力，并能在单阶楼梯高170mm及以下的情况下完成爬楼任务。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种带有刹车装置的电动爬楼机构，其采用链轮连接连架杆24以及与连架杆相近的下连杆，其大体构件包括：机架，一体式把手，载物板，车轮，电机，轮轴，刹车组件，曲柄滑块组件，小轮，中间轴，轴承座。

整个车身的整体布置如图1所示：车架的上部安装上一体式把手，在中间对应的位置安装电机，电机上部固定好轴承座和中间轴。五杆机构组件对称安装在电机的输出轴两端，再在机架后侧安装上载物板。将车轮、刹车组件穿过轮轴安装在车架上。

刹车组件包括如下构件：制动杆，刹车片，小轮连杆，固定架，中间连杆。

其组成方式如图4所示：固定架固定在机架1的侧板上，两端的孔通过螺栓与刹车片一端的孔连接，中间连杆按图示穿过固定架，将制动杆一端的孔分别固定在中间连杆两侧的圆柱头上(由于制动杆为完全对称的杆件，孔可以任意选取，不作区分)。接下来将制动杆另一端未固定的孔连接在刹车片的圆柱凸起上。再将小轮连杆一端孔(两端孔一样，不作区分)与中间连杆中心孔通过轮轴铰接，采用焊接等方法固接在一块。小轮通过轴连接在小轮连杆离轴远的一端上。整个刹车系统装入轮中，如图5所示，这样可以根据小轮的位置感应到下楼并及时起到刹车功能。由于刹车片的半径略小于轮辋半径，因此尽管小轮质量不大，但能在下楼时利用半径差在大轮下楼的转动方向(图示中大轮运动方向)产生很大摩擦力进行刹车的自锁，从而达到非常好的刹车效果。

五杆机构组件包括如下构件：上连杆，蹬腿，连架杆，小链轮，大链轮，链条，下连杆。

其构成形式如图6所示，五杆机构组件中，上连杆一端与中间轴铰接，另一端与蹬腿通过销连接(两端不作区分)，连架杆作为电机的输出端直接与电机轴固接，下连杆一端与蹬腿中部孔通过销连接，一端与小链轮同轴固接，再一块通过销连接在连架杆另一端孔上(两端不作区分)。大链轮与电机轴同轴相对于机架保持固定，大小链轮通过链条传动，传动比为。另一侧五杆机构组件之完全对称布置。

一体式把手包括如下构件：握把，外合瓣，内合瓣，延长杆。

其结构如图3所示，握把与延长杆上端固接，延长杆下端通过内合瓣和外合瓣的张紧作用固定在机架上。一体式把手的角度可以依靠外合瓣的圆柱头与内合瓣边缘的三个孔的配合方式进行调节。

图9、10、11、12介绍了该电动爬楼机的工作原理，过程分为4个阶段：

第一阶段：工人将爬楼机拖至车轮接触楼梯侧壁，此时电机开始工作，带动连架杆进行转动，进而链轮传动使下连杆相对于连架杆具有固定的转动速度，转速比为1:1，转向相反。

第二阶段：蹬腿接触地面后将整个机构进行抬升，蹬腿的运动反作用到车身，使车身向上向前运动。

第三阶段：整个车身继续向上向前运动，这个阶段车轮(4-1、4-2)已经高于第一个台阶。

第四阶段：车轮接触到上一级台阶，蹬腿作收回动作，完成一个周期。

其下楼过程与此相反，由于设置了刹车机构，使得小轮能提前悬空，其位置的改变能激活刹车将车刹住，使爬楼机下楼每走到台阶边缘就会停下。

附图8将蹬腿相对于车身的轨迹绘制出来，要完成这段轨迹，应对五杆机构组件各个连杆的位置和尺寸进行优化。

本发明和已有技术相比所具有的有益效果：本发明通过采用对称的五杆机构作为传动机构，结构简单。采用链轮传动，传动比精确且可以是整个机构只需一个电机驱动。下楼刹车机构的设计确保了下楼时的安全，避免由于货物过重势能过大难以控制的危险和问题。利用机构的急回特性使得爬楼平稳、冲击小且，高效。避免了机械复杂性带来的维护、加工成本高等难题，且无需使用传感器，控制难度低。

附图说明

图1电动爬楼机总体结构示意图；

图2电动爬楼机结构正面示意图；

图3一体式把手结构示意图；

图4刹车组件结构示意图；

图5刹车工作原理图；

图6五杆机构组件结构示意图；

图7机架结构示意图；

图8电动爬楼机爬蹬腿轨迹示意图；

图9电动爬楼机上楼第一阶段示意图；

图10电动爬楼机上楼第二阶段示意图；

图11电动爬楼机上楼第三阶段示意图；

图12电动爬楼机上楼第四阶段示意图；

图中：机架1，一体式把手2，载物板3，车轮(4-1、4-2)，电机5，刹车组件(7-1、7-2)，曲柄滑块组件(8-1、8-2)，小轮(9-1、9-2)，中间轴10，轴承座11，内合瓣(12-1、12-2)，延长杆(13-1、13-2)，外合瓣(14-1、14-2)，握把15，轮轴16，制动杆(1,7-1、17-2)，车闸(18-1、18-2)，固定架19，中间连杆20，小轮连杆21，上连杆22，蹬腿23，连架杆24，小链轮25，大链轮26，链条27，下连杆28。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的方案做进一步说明。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种带有刹车装置的电动爬楼机构，其采用链轮连接连架杆24以及与连架杆相近的下连杆28，其大体构件包括：机架1，一体式把手2，载物板3，车轮(4-1、4-2)，电机5，轮轴16，刹车组件(7-1、7-2)，曲柄滑块组件(8-1、8-2)，小轮(9-1、9-2)，中间轴10，轴承座11。

整个车身的整体布置如图1所示：车架1的上部安装上一体式把手2，在中间对应的位置安装电机5，电机上部固定好轴承座11和中间轴。五杆机构组件(8-1、8-2)对称安装在电机5的输出轴两端，再在机架后侧安装上载物板3。将车轮4-1、刹车组件7-1穿过轮轴6-1安装在车架1上，车轮4-2、刹车组件7-2穿过轮轴6-2安装在车架1上。

刹车组件(7-1、7-2)包括如下构件：制动杆(17-1、17-2)，刹车片(18-1、18-2)，小轮连杆21，固定架19，中间连杆20。

其组成方式如图4所示：固定架19固定在机架1的侧板上，两端的孔通过螺栓与刹车片(18-1、18-2)一端的孔连接，中间连杆20按图示穿过固定架，将制动杆(17-1、17-2)一端的孔分别固定在中间连杆18两侧的圆柱头上(由于制动杆为完全对称的杆件，孔可以任意选取，不作区分)。接下来将制动杆(17-1、17-2)另一端未固定的孔连接在刹车片(18-1,18-2)的圆柱凸起上。再将小轮连杆21一端孔(两端孔一样，不作区分)与中间连杆20中心孔通过轮轴铰接，采用焊接等方法固接在一块。小轮9-2通过轴连接在小轮连杆16离轴远的一端上。整个刹车系统装入轮4-2中，如图5所示，这样可以根据小轮的位置感应到下楼并及时起到刹车功能。由于刹车片(18-1、18-2)的半径略小于轮辋半径，因此尽管小轮质量不大，但能在下楼时利用半径差在大轮下楼的转动方向(图示中大轮运动方向)产生很大摩擦力进行刹车的自锁，从而达到非常好的刹车效果。

五杆机构组件(8-1、8-2)包括如下构件：上连杆22，蹬腿23，连架杆24，小链轮25，大链轮26，链条27，下连杆28。

其构成形式如图6所示，五杆机构组件8-1中，上连杆一端与中间轴10铰接，另一端与蹬腿23通过销连接(两端不作区分)，连架杆作为电机的输出端直接与电机轴固接，下连杆一端与蹬腿23中部孔通过销连接，一端与小链轮25同轴固接，再一块通过销连接在连架杆另一端孔上(两端不作区分)。大链轮与电机轴同轴相对于机架1保持固定，大小链轮通过链条27传动，传动比为1:2。另一侧五杆机构组件8-2与组件8-1完全对称布置。

一体式把手2包括如下构件：握把15，外合瓣(14-1、14-2)，内合瓣(12-1、12-2)，延长杆(13-1、13-2)。

其结构如图3所示，握把10与延长杆13-1上端固接，延长杆下端通过内合瓣12-1和外合瓣14-1的张紧作用固定在机架1上。一体式把手的角度可以依靠外合瓣14-1的圆柱头与内合瓣12-1边缘的三个孔的配合方式进行调节。

图9、10、11、12介绍了该电动爬楼机的工作原理，过程分为4个阶段：

第一阶段：工人将爬楼机拖至车轮(4-1、4-2)接触楼梯侧壁，此时电机开始工作，带动连架杆24进行转动，进而链轮传动使下连杆28相对于连架杆24具有固定的转动速度，转速比为1:1，转向相反。

第二阶段：蹬腿23接触地面后将整个机构进行抬升，蹬腿23的运动反作用到车身，使车身向上向前运动。

第三阶段：整个车身继续向上向前运动，这个阶段车轮(4-1、4-2)已经高于第一个台阶。

第四阶段：车轮接触到上一级台阶，蹬腿23作收回动作，完成一个周期。

其下楼过程与此相反，由于设置了刹车机构，使得小轮能提前悬空，其位置的改变能激活刹车将车刹住，使爬楼机下楼每走到台阶边缘就会停下。

附图8将蹬腿相对于车身的轨迹绘制出来，要完成这段轨迹，应对五杆机构组件各个连杆的位置和尺寸进行优化。

本发明和已有技术相比所具有的有益效果：本发明通过采用对称的五杆机构作为传动机构，结构简单。采用链轮传动，传动比精确且可以是整个机构只需一个电机驱动。下楼刹车机构的设计确保了下楼时的安全，避免由于货物过重势能过大难以控制的危险和问题。利用机构的急回特性使得爬楼平稳、冲击小且，高效。避免了机械复杂性带来的维护、加工成本高等难题，且无需使用传感器，控制难度低。

Claims (5)

1.一种带有刹车装置的电动爬楼机构，其特征在于，其采用链轮连接连架杆24以及与连架杆相近的下连杆28，其大体构件包括：机架1，一体式把手2，载物板3，车轮(4-1、4-2)，电机5，轮轴16，刹车组件(7-1、7-2)，曲柄滑块组件(8-1、8-2)，小轮(9-1、9-2)，中间轴10，轴承座11。

2.根据权利要求1所述的一种带有刹车装置的电动爬楼机构，其特征在于整个车身的整体布置为：车架1的上部安装上一体式把手2，在中间对应的位置安装电机5，电机上部固定好轴承座11和中间轴。五杆机构组件(8-1、8-2)对称安装在电机5的输出轴两端，再在机架后侧安装上载物板3。将车轮4-1、刹车组件7-1穿过轮轴6-1安装在车架1上，车轮4-2、刹车组件7-2穿过轮轴6-2安装在车架1上。

3.根据权利要求1所述的一种带有刹车装置的电动爬楼机构，其特征在于：刹车组件(7-1、7-2)包括如下构件：制动杆(17-1、17-2)，刹车片(18-1、18-2)，小轮连杆21，固定架19，中间连杆20。

刹车组成方式如图4所示：固定架19固定在机架1的侧板上，两端的孔通过螺栓与刹车片(18-1、18-2)一端的孔连接，中间连杆20按图示穿过固定架，将制动杆(17-1、17-2)一端的孔分别固定在中间连杆18两侧的圆柱头上(由于制动杆为完全对称的杆件，孔可以任意选取，不作区分)。接下来将制动杆(17-1、17-2)另一端未固定的孔连接在刹车片(18-1,18-2)的圆柱凸起上。再将小轮连杆21一端孔(两端孔一样，不作区分)与中间连杆20中心孔通过轮轴铰接，采用焊接等方法固接在一块。小轮9-2通过轴连接在小轮连杆16离轴远的一端上。整个刹车系统装入轮4-2中，如图5所示，这样可以根据小轮的位置感应到下楼并及时起到刹车功能。由于刹车片(18-1、18-2)的半径略小于轮辋半径，因此尽管小轮质量不大，但能在下楼时利用半径差在大轮下楼的转动方向(图示中大轮运动方向)产生很大摩擦力进行刹车的自锁，从而达到非常好的刹车效果。

4.根据权利要求1所述的一种带有刹车装置的电动爬楼机构，其特征在于：五杆机构组件(8-1、8-2)包括如下构件：上连杆22，蹬腿23，连架杆24，小链轮25，大链轮26，链条27，下连杆28。

其构成形式如图6所示，五杆机构组件8-1中，上连杆一端与中间轴10铰接，另一端与蹬腿23通过销连接(两端不作区分)，连架杆作为电机的输出端直接与电机轴固接，下连杆一端与蹬腿23中部孔通过销连接，一端与小链轮25同轴固接，再一块通过销连接在连架杆另一端孔上(两端不作区分)。大链轮与电机轴同轴相对于机架1保持固定，大小链轮通过链条27传动，传动比为1:2。另一侧五杆机构组件8-2与组件8-1完全对称布置。

5.根据权利要求4所述的一种带有刹车装置的电动爬楼机构，其特征在于：这种曲柄滑块机构蹬腿23的末端点其轨迹为图8所示，其将上下阶楼梯之间的竖直壁面包含在内，形成Z字。