CN107773358B - 一种轮椅助力驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明的轮椅助力驱动装置包括助力驱动装置主体和控制手环；助力驱动装置主体由驱动轮、驱动电机、支撑架、调节装置、连接装置、驱动控制板、电池等组成，其中驱动控制板设置有陀螺仪和蓝牙模块，陀螺仪可以检测到上下坡等路况；控制手环中也设置有蓝牙模块，通过和驱动控制板的蓝牙连接后可以实现对轮椅助力驱动轮的前进、加减速，以及轮椅上下坡中的助力和阻尼等控制。将轮椅助力轮装置安装在手动轮椅上，不仅使得手动轮椅具备电动轮椅的功能，而且还能避免电动轮椅笨重不便于携带的缺点；此外，由于具备路况识别和助力驱动功能，从而也保证了其安全性和护理方便性。

Description

一种轮椅助力驱动装置

技术领域

本发明涉及一种轮椅驱动装置，特别涉及一种能进行上下坡路况识别并进行助力和阻尼驱动的轮椅助力驱动装置，其属于康复辅助器具和移动助行技术领域。

背景技术

社会老龄化形势严峻，老年人行走站立时的肌能衰退，轮椅成为了这些老年人出行的最主要的工具。同时，下肢功能障碍的残障人士也需要轮椅。

目前电动轮椅还没有较好地普及，市场使用较多的是手动轮椅，手动轮椅使用时能折叠、轻巧，便于携带和车载，但手动轮椅对于使用者和护理者来说，也存在着诸多不便，首先是需要人力驱动或推动，比较费力，特别是在上坡时更加费力，此外，在下坡时存在着潜在的失控风险。虽然，电动轮椅能够解决轮椅驱动费人力的问题，但电动轮椅过于笨重，不便于携带和车载，同时电动轮椅的价格也比较高。

现有的手动轮椅驱动装置虽然解决了轮椅驱动费力的问题，但仍有诸多弊端：1)安装在轮椅前面，与手动轮椅的拆装不方便，也不方便使用者上下轮椅；2)仍然比较笨重，不便于携带和车载；3)不能识别上下坡路况，不能进行助力和阻尼驱动控制；4)一般是手把控制，只能由轮椅使用者操控，护理人员不能控制轮椅。

发明内容

本发明的目的是提供一种轮椅助力驱动装置，其能够克服现有技术的某种或某些缺陷。与现有技术相比，本发明的优点和积极效果至少包括：

1、轮椅助力驱动装置重量轻，安装在手动轮椅的后端，拆装简单、方便，便于携带和车载；同时，不影响使用者上下轮椅。

2、该轮椅助力驱动装置使手动轮椅具备了电动轮椅的电力驱动功能，减轻了使用者使用手动轮椅的体力付出。

3、该轮椅助力驱动装置能够识别上下坡等路况，并且在上坡时能自动增加驱动装置的驱动力，实现助力驱动；在下坡时，能自动增加驱动装置的阻力，实现阻尼驱动，保证了轮椅使用者的安全，也方便了护理人员对轮椅的操作。

4、该轮椅助力驱动装置采用手环操控，一方面实现了对轮椅驱动操控的方便性，另一方面也可以通过蓝牙和智能手机链接。

为实现本发明的目的，采用以下技术方案予以实现：

一种轮椅助力驱动装置，包括连接装置、调节装置和支撑架，其中：所述连接装置与轮椅主体连接，调节装置安装在连接装置上，支撑架安装在调节装置上，调节装置用于提升或落下支撑架，支撑架用于安装驱动部件。

所述的助力驱动装置，其中：连接装置包括连接轴、左连接件、右连接件、左固定把手和右固定把手。

所述的助力驱动装置，其中：调节装置包括第一支撑件、第二支撑件、转件、调节丝杠、丝杠螺母、丝杠手轮、丝杠端固定件和销轴。

所述的助力驱动装置，其中：支撑架包括第一支撑侧板、第二支撑侧板、驱动控制板的固定板和电池固定件。

所述的助力驱动装置，其中：左连接件和右连接件都包括竖板和连接在竖板两端且向同一方向平行延伸的长度相等的两个平板，两平板中的每一个在远离竖板的末端设有一个内凹槽。

所述的助力驱动装置，其中：该连接装置还包括两个对接件，每个对接件在其与平板对接的边缘上设有内凹槽；平板在内凹槽两侧各开有一个纵向螺纹通孔，在对接件上的内凹槽两侧也各开有一个与之对应的纵向螺纹通孔。

所述的助力驱动装置，其中：每个连接件的一端与平板的内凹槽的一侧之间设置有铰链装置，使二者铰接连接，仅在二者的内凹槽没有设置铰链结构的一侧设置螺纹通孔。

所述的助力驱动装置，其中：在将左连接件和右连接件安装在轮椅主体后部两侧的左竖杆和右竖杆上时，将左连接件与右连接件的两平板上的内凹槽分别扣在轮椅左右两侧的左侧竖杆和右侧竖杆上，将对接件的内凹槽对应扣在竖杆的另一端，通过螺栓穿过对接件与平板上的螺纹通孔以将对接件的与平板固定连接。

所述的助力驱动装置，其中：左连接件和右连接件的竖板中心均设有连接孔，所述连接孔为通孔；连接轴的两端分别插入左连接件和右连接件的连接孔中，通过分别安装在左连接件和右连接件上的左固定把手和右固定把手将连接轴固定在连接件上。

所述的助力驱动装置，其中：所述固定把手整体为带手柄的螺栓，所述连接件上的一个平板上设有锁紧螺纹孔，该螺纹孔与竖板上的连接孔连通，连接轴插入连接孔后，将固定把手的螺栓由锁紧螺纹孔旋入，顺时针转动手柄，通过螺栓向下的锁紧力将连接轴锁死；逆时针转动手柄，可将螺栓松开。

所述的助力驱动装置，其中：第一支撑件和第二支撑件都包括两个部件：第一部件和第二部件，所述第一部件整体为半圆弧板状，第二部件前部为半圆弧板状，后部为与该半圆弧板状部连接的连接杆，第一部件和第二部件上对应设置有螺纹孔，连接杆上设有孔。

所述的助力驱动装置，其中：在将第一支撑件和第二支撑件安装在连接轴上时，分别将每个支撑件的第一部件和第二部件扣合在连接轴上，将螺栓拧入第一部件和第二部件上的螺纹孔中，将支撑件安装连接轴上，两个支撑件安装在转件的两条转动臂之间。

所述的助力驱动装置，其中：丝杠螺母两端设置有各设有一个转轴，转轴的轴端分别插入第一支撑件和第二支撑件的第二部件的连接杆上的孔中，与之铰接配合；调节丝杠顶端装有丝杠手轮，调节丝杠穿过丝杠螺母的螺纹孔，调节丝杠的另一端连接有第一丝杠端连接件，该第一丝杠端连接件上开有与调节丝杠匹配的螺纹通孔，丝杠旋接在该螺纹通孔中，第二丝杠端连接件安装在第一丝杠端连接件的下部，第一丝杠端连接件和第二丝杠端连接件通过螺栓固装，固装后二者的相对的平面之间留有间隙。

所述的助力驱动装置，其中：销轴穿入第二丝杠端连接件上的横向孔中，两端分别插入转件的两条转臂上的连接孔中，与之配合形成铰接。

所述的助力驱动装置，其中：转件整体为U字型，两条转臂互相平行设置，且一端与横梁连接，两条转臂在远离横梁的一端各设有一个通孔，在靠近横梁的部位各设置有一个连接孔，连接轴插入转件的两条转臂前端的通孔中，从而使得转件可以绕连接轴转动。

所述的助力驱动装置，其中：支撑架包括左支撑侧板和右支撑侧板，左支撑侧板和右支撑侧板的前端分别安装在转件的两条转臂上。

所述的助力驱动装置，其中：驱动部件包括电机、驱动轮、电池和驱动控制板，所述驱动控制板的固定板、及电池固定件安装在支撑侧板上；电池固定件用于固定电池；驱动电机和驱动轮通过其驱动轴安装在左支撑侧板和右支撑侧板的末端。

所述的助力驱动装置，其中：驱动控制板通过驱动控制板的固定板安装在支撑架上，安装方式为驱动控制板的固定板两端分别与左支撑侧板和右支撑侧板固定，驱动控制板的固定板位于车身前侧，驱动控制板固定在驱动控制板的固定板上。

所述的助力驱动装置，其中：该助力驱动装置还包括控制手环，所述控制手环包括通信模块，可与驱动控制板上的通信模块通信，从而控制驱动电机的驱动。

所述的助力驱动装置，其中：控制手环的控制模式包括：(1)速度控制模式：控制驱动电机输出一预定转速，带动驱动轮，当控制手环发出加速或减速信号时，改变输出的转速；(2)跟随控制模式：驱动控制板检测轮椅车轮的转速，根据该转速控制驱动电机转速，即根据此转速使得驱动电机输出一定的转矩以跟随该转速；(3)智能控制模式：当上下坡时，驱动控制板检测路况信息，自动调整驱动电机，上坡时增加驱动电机的输出转矩，下坡时减少驱动电机的输出转矩或输出相反的力矩。

一种轮椅，包括如上之一所述的助力驱动装置。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图；

图2为本发明安装在手动轮椅上的示意图；

图3为本发明的助力驱动装置主体结构示意图；

图4为本发明与手动轮椅安装的连接装置示意图；

图5为本发明的调节装置示意图；

图6为本发明的助力驱动装置的驱动轮离开地面的示意图；

图7为本发明的驱动控制板配置示意图；

图8为本发明的控制手环按键示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的轮椅助力驱动装置。

如图1和图2所示，轮椅助力驱动装置包括控制手环100和助力驱动装置主体200；控制手环可以佩戴在手动轮椅W0的使用者手臂上，也可以固定在手动轮椅W0的方便操控的位置；助力驱动装置主体200通过其连接装置210固定在手动轮椅W0后侧的竖杆01和02上，所述竖杆01、02位于轮椅后部，分别设置在轮椅两车轮的内侧位置，与轮椅车架固连。

如图3、图4和图5所示，助力驱动装置主体200由连接装置210、调节装置220、支撑架230、电机240、驱动轮250、电池260和驱动控制板270组成；连接装置210包括连接轴201、左连接件212、右连接件213、左固定把手214、右固定把手215；调节装置220包括支撑件221和222、转件223、调节丝杠224、丝杠螺母225、丝杠手轮226、丝杠端固定件227和228、及销轴229；支撑架230包括支撑侧板231和232、控制板的固定板233、及电池固定件234和235。

具体地，连接装置210的连接关系为：左连接件212和右连接件213大小一致，形状相同，其主体形状都为大致U型，包括竖板和连接在竖板两端且向同一方向平行延伸的长度相等的平板，两平板中的每一个在远离竖板的末端设有一个半圆形的内凹槽，该连接装置210还包括两个大小一致、形状相同的对接件，每个对接件在其与平板对接的边缘上设有一个半圆形的内凹槽，其尺寸与平板上的内凹槽相同；平板在内凹槽两侧各开有一个纵向螺纹通孔，在对接件上的内凹槽两侧也各开有一个与之对应的纵向螺纹通孔，在将左连接件212和右连接件213安装在竖杆01、02上时，将左连接件与右连接件的两平板上的内凹槽分别扣在竖杆01、02上，将对接件的内凹槽对应扣在竖杆的另一端，通过螺栓穿过对接件与平板上的螺纹通孔可以将对接件与平板固定连接；以上对接件与平板为分体结构，优选的另一种实施方式是，可将连接件的一端与平板的内凹槽的一侧设置铰链装置，使二者铰接连接，二者的内凹槽在连接件与平板在合拢时可以对接成近似圆形，此时只需要在二者的内凹槽没有设置铰链结构的一侧设置螺纹通孔，即可方便的实现在竖杆上的安装与拆下，采用这种方式时，对接件不易遗失，且降低了安装的难度。如图4所示，左连接件212在竖杆01上的安装高度、安装位置与右连接件213在竖杆02上的安装高度、安装位置相对称，使得二者分别在两个竖板上相对称地设置，左连接件212和右连接件213的竖板中心均设有通孔，作为连接孔。连接轴211的两端分别插入左连接件212和右连接件213的连接孔中，通过连接在连接件212、213上的固定把手214、215将连接轴211固定在连接件上。以固定把手214为例对固定把手的结构进行说明，固定把手214整体为带手柄的螺栓，左连接件212上的一个平板上设有锁紧螺纹孔，该螺纹孔与竖板上的连接孔连通，连接轴211插入连接孔后，将固定把手214的螺栓由锁紧螺纹孔旋入，顺时针转动手柄，可通过螺栓向下的锁紧力将连接轴锁死，固定把手215、右连接件213具有类似的结构，锁紧形式也相同。

结合图5所示，调节装置220的连接关系为：支撑件221和222都包括两个部件：部件1和部件2，部件1整体为半圆弧板状，部件2前部为半圆弧板状，形状与部件1对应，后部为与圆弧板状部连接的连接杆，部件1和部件2上对应设置有螺纹孔，连接杆上设有孔。在将支撑件221和222安装在连接轴211上时，分别将部件1和部件2扣合在连接轴上，将螺栓拧入部件1和部件2上的螺纹孔中，可将支撑件安装连接轴上，支撑件221和222安装在转件223的两条转动臂之间。

丝杠螺母225两端各设有一个转轴225a、225b，转轴的轴端分别插入支撑件221、222的部件2的连接杆上的孔221a、222a中，与之铰接配合，调节丝杠224顶端装有丝杠手轮226，丝杠224穿过丝杠螺母225的螺纹孔，丝杠224的另一端连接有第一丝杠端连接件227，该第一丝杠端连接件227上开有与丝杠224匹配的螺纹通孔，丝杠224旋接在该通孔中，第二丝杠端连接件228安装在第一丝杠端连接件227的下部，第一丝杠端连接件227和第二丝杠端连接件228通过螺栓固装，固装后二者的接触平面之间留有间隙，以保证调节丝杠224可以自如转动；销轴229穿入丝杠端连接件228上的横向孔中，两端分别插入转件223末端的孔223a、223b中，与之配合形成铰接，转件223整体为U字型，两条转臂互相平行设置，且一端与横梁连接，两条转臂在远离横梁的一端(即前端)各设有一个通孔，两个通孔相对设置，在靠近横梁的部位设置有孔223a和223b，连接轴211插入转件223前端的通孔孔中，从而使得转件223可以绕连接轴211转动；当转动调节丝杠224时，调节丝杠224通过对第一丝杠端连接件227和第二丝杠端连接件228的作用带动转件223转动，从而使得安装于转件223上的支撑架230带动驱动轮250离开地面，如图6所示。

如图3所示，支撑架230包括左支撑侧板231和右支撑侧板232，支撑侧板231和232的前端分别固装(可通过螺纹连接等)在转件223的两条转臂上，驱动控制板的固定板233、及电池固定件234和235均通过螺栓固装在支撑侧板231和232上，电池固定件234和235固定电池260；驱动电机240和驱动轮250通过其驱动轴251固装在支撑侧板231和232的末端，一个优选的实施例是采用轮毂电机，驱动电机240和驱动轮250合为一个部件。驱动控制板270通过控制板的固定板233固装在支撑架230上，固定方式为固定板233两端分别与左支撑侧板231和右支撑侧板232固定，固定板233位于车身前侧，驱动控制板270固定在固定板233上。

如图7所示，驱动控制板270上设置有陀螺仪模块271、蓝牙通信模块272、电源管理模块273、电机驱动模块274和中央处理模块275。

如图8所示，控制手环100设置有电池和蓝牙通信模块，其操作面盘上设置有显示屏101、开关按键102、模式转换按键103、加速按键104、减速按键105。控制手环100上设置的蓝牙模块可与驱动控制板270上的蓝牙模块272通信，从而控制驱动电机240的驱动。

以下描述本发明的动作原理和操作过程。

接通驱动控制板270的电源开关(图中未示出)，驱动控制电路上电，同时按下控制手环100上的开关按键102，控制手环100上的蓝牙模块和驱动控制板270上的蓝牙模块通信链接，通过控制手环100操作面盘的按键可以对驱动电机240进行操作。通过模式转换按键103可以实现对助力驱动装置的多种控制模式，此时，显示屏101上显示模式类别，一个实施例是速度控制模式，按下模式转换按键103，切换至速度控制模式，驱动电机240输出一预定转速，带动驱动轮250转动，从而按一定速度推动手动轮椅W0行进，当按下加速按键104、或减速按键105时，显示屏101上显示所设置的速度，驱动电机240将改变输出的转速，从而手动轮椅W0行进速度也根据新设置的速度值而改变。另一个优选实施例是跟随控制模式，按下模式转换按键103，切换至跟随控制模式，轮椅使用者用手转动手动轮椅W0的手圈，手动轮椅W0行进，此时，驱动控制板270检测与手圈同轴的轮椅车轮的转速(可通过设置在轮椅车轮上的速度检测器测量转速)，根据该转速控制驱动电机240或驱动轮250的转速，即根据此转速，电机驱动模块274输出一定电流，使得驱动电机240输出一定转矩跟随该转速，当轮椅使用者快速转动手圈时，助力驱动装置将以较快的驱动速度驱动手动轮椅，当轮椅使用者慢速转动手圈时，助力驱动装置将以较慢的驱动速度驱动手动轮椅，轮椅停止时，驱动电机也停止；该跟随模式下，同样适用于护理人员推动轮椅，助力驱动装置将跟随护理人员行进快慢对手动轮椅进行驱动。第三个实施例是智能控制模式，适用于上下坡路况，当上下坡时，陀螺仪模块271检测到路况信息，通过中央处理模块275控制电机驱动模块274，自动调整驱动电机240的输出电流，上坡时增加驱动电机240的输出转矩，对应地，下坡时减少驱动电机240的输出转矩或输出相反的力矩，从而跟随之前的行进速度，实现助力驱动或阻尼驱动的功能。

助力驱动装置主体200的拆装过程如下：松开固定把手214、215，将连接轴211向左连接件212方向窜动，待连接轴211的右端离开右连接件213时，转动连接件右连接件213，将连接轴211从左连接件212中窜出，即实现了将助力驱动装置主体200(除左右连接件212、213外)脱离开手动轮椅W0。反向操作，即可将助力驱动装置主体200安装至手动轮椅W0上。

当电池260电量不足时或不需使用助力驱动装置时，可通过调节装置220来实现。逆时针转动丝杠手轮226，带动调节丝杠224转动，通过丝杠端连接件227、228带动转件223绕连接轴211转动，将驱动轮250带离地面，此时，助力驱动装置不再起作用(如图6所示)。反向操作，可将驱动轮250压紧地面，可靠驱动手动轮椅W0(如图2所示)。

本发明还提供一种轮椅，该轮椅安装有上述轮椅助力驱动装置。

本领域技术人员应当理解，上述图示内容和实施例仅用于解释本发明而非用于对其做出任何限制。例如，调节装置并非局限于图示的结构，而是只要该调节装置能够实现需要时对助力驱动装置进行调节，使其驱动轮离开地面即可；再比如，连接装置并非局限于图示的结构，而是只要该连接装置能够实现助力驱动装置和手动轮椅的快速拆装即可。

Claims (4)

1.一种轮椅助力驱动装置，包括连接装置、调节装置和支撑架，其特征在于：所述连接装置与轮椅主体连接，调节装置安装在连接装置上，支撑架安装在调节装置上，调节装置用于提升或落下支撑架，支撑架用于安装驱动部件；连接装置包括连接轴、左连接件、右连接件、左固定把手和右固定把手；左连接件和右连接件都包括竖板和连接在竖板两端且向同一方向平行延伸的长度相等的两个平板，两平板中的每一个在远离竖板的末端设有一个内凹槽；左连接件和右连接件的竖板中心均设有连接孔，所述连接孔为通孔；连接轴的两端分别插入左连接件和右连接件的连接孔中，通过分别安装在左连接件和右连接件上的左固定把手和右固定把手将连接轴固定在连接件上；该连接装置还包括两个对接件，每个对接件在其与平板对接的边缘上设有内凹槽；平板在内凹槽两侧各开有一个纵向螺纹通孔，在对接件上的内凹槽两侧也各开有一个与之对应的纵向螺纹通孔；每个连接件的一端与平板的内凹槽的一侧之间设置有铰链装置，使二者铰接连接，仅在二者的内凹槽没有设置铰链结构的一侧设置螺纹通孔；在将左连接件和右连接件安装在轮椅主体后部两侧的左竖杆和右竖杆上时，将左连接件与右连接件的两平板上的内凹槽分别扣在轮椅左右两侧的左侧竖杆和右侧竖杆上，将对接件的内凹槽对应扣在竖杆的另一端，通过螺栓穿过对接件与平板上的螺纹通孔以将对接件与平板固定连接；所述固定把手整体为带手柄的螺栓，所述连接件上的一个平板上设有锁紧螺纹孔，该螺纹孔与竖板上的连接孔连通，连接轴插入连接孔后，将固定把手的螺栓由锁紧螺纹孔旋入，顺时针转动手柄，通过螺栓向下的锁紧力将连接轴锁死；逆时针转动手柄，可将螺栓松开。

2.根据权利要求1所述的助力驱动装置，其特征在于：调节装置包括第一支撑件、第二支撑件、转件、调节丝杠、丝杠螺母、丝杠手轮、丝杠端固定件和销轴。

3.根据权利要求1所述的助力驱动装置，其特征在于：支撑架包括第一支撑侧板、第二支撑侧板、驱动控制板的固定板和电池固定件。

4.一种轮椅，其特征在于包括根据权利要求1-3之一所述的助力驱动装置。