CN109505927B - 一种实现重物上楼梯搬运的电动小车 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种实现重物上楼梯搬运的电动小车，包括车体以及安装于车体上的若干组类行星齿轮机构，每组类行星齿轮机构均包括动力切换装置、行星架、四个行星齿轮、太阳齿轮以及四个行走轮，其中，所述行星架和太阳齿轮同轴设置，四个行星齿轮均匀布置于所述行星架一侧周向，四个行走轮分别与对应的行星齿轮在旋转中心处联结并共同装配于行星架上，所述动力切换装置包括一个与电机连接的动力输入轴，所述动力切换装置能够使所述动力输入轴的动力切换到所述行星架或太阳齿轮上，从而驱动所述行星架或太阳齿轮转动。本发明可实现钢琴等重物上楼梯，平地运送，并且可应用于“月球车”或“火星车”，也可应用于上楼梯轮椅的行驶系统中。

Description

一种实现重物上楼梯搬运的电动小车
技术领域
本发明主要涉及运输、行走、搬运车辆相关技术领域，具体是一种实现重物上楼梯搬运的电动小车。
背景技术
在没有电梯的楼房中，搬运像钢琴等这样的重物，上楼梯成为一大难事。对于需要搬运重物的住户，雇人工搬运的花费大大超过搬运普通货物。普通人工搬抬，需要大量时间、花费力气，对搬运工身体素质要求很高，且会对他们对的身体造成伤害。若采用起重机吊运，又因重物体积较大，需要较大的窗户才能进入室内。
现有技术中虽然公开了一些用于辅助上楼梯搬运重物的电动小车结构，但无法解决上楼梯时，钢琴等这样的重物质心会沿着楼梯坡面上下不住大幅度起伏的问题；同时由于需要实现车辆的攀爬和平地的行走功能，传统结构中的动力切换结构往往存在结构设计不合理，切换不够灵活的缺点。
另外，在外太空探索中，例如登陆月球与火星，常常要制造“月球车”或“火星车”。因这些星球上的地形复杂，崎岖不平，如何获得较好的通过性，也成为困扰科研工作者们的难题。
再则，对一些行动不便的残疾人士，发明一种可上楼梯的轮椅，也是很迫切的现实需要。本发明的应用就可以较好地解决以上问题。
发明内容
为解决目前技术的不足，本发明结合现有技术，从实际应用出发，提供一种实现重物上楼梯搬运的电动小车，可实现钢琴等重物上楼梯，平地运送，并且可应用于“月球车”或“火星车”，也可应用于上楼梯轮椅的行驶系统中。
本发明的技术方案如下：
一种实现重物上楼梯搬运的电动小车，包括车体以及安装于车体上的若干组类行星齿轮机构，每组类行星齿轮机构均包括动力切换装置、行星架、四个行星齿轮、太阳齿轮以及四个行走轮，其中，所述行星架和太阳齿轮同轴设置，四个行星齿轮均匀布置于所述行星架一侧周向，四个行走轮分别与对应的行星齿轮在旋转中心处联结并共同装配于行星架上，所述动力切换装置包括一个与电机连接的动力输入轴，所述动力切换装置能够使所述动力输入轴的动力切换到所述行星架或太阳齿轮上，从而驱动所述行星架或太阳齿轮转动。
所述动力切换装置包括一个驱动太阳齿轮的太阳轮动力输出轴、一个驱动行星架的行星架动力输出轴，所述行星架动力输出轴套设于太阳轮动力输出轴外部，在所述太阳轮动力输出轴上空套有行星架常啮合齿轮、太阳轮常啮合齿轮，行星架常啮合齿轮、太阳轮常啮合齿轮通过齿轮组件连接动力输入轴后可在动力输入轴驱动下在太阳轮动力输出轴上转动；在行星架常啮合齿轮、太阳轮常啮合齿轮上均加工有结合齿；
在所述太阳轮动力输出轴上安装有太阳轮花键毂，所述太阳轮花键毂外套设可轴向滑动的太阳轮结合套，太阳轮结合套可滑动至所述太阳轮常啮合齿轮一侧与其结合齿配合从而将太阳轮常啮合齿轮的动力传递至所述太阳轮动力输出轴；
在所述行星架动力输出轴上安装有行星架花键毂，所述行星架花键毂外套设可轴向滑动的行星架结合套，行星架结合套可滑动至所述行星架常啮合齿轮一侧与其结合齿配合从而将行星架常啮合齿轮的动力传递至所述行星架动力输出轴。
所述动力切换装置还包括减速增扭齿轮轴，所述减速增扭齿轮轴上安装有减速增扭反向齿轮，在所述动力输入轴上安装有第一输入轴齿轮和第二输入轴齿轮，其中所述第一输入轴齿轮与所述太阳轮常啮合齿轮啮合配合，所述第第二输入轴齿轮与所述减速增扭反向齿轮啮合，所述减速增扭反向齿轮与所述行星架常啮合齿轮啮合配合。
所述行星架花键毂与其对应的啮合齿之间、所述太阳轮花键毂与其对应的啮合齿之间均加入同步器。
所述行走轮和行星齿轮之间通过轮轴以及伸缩型球笼万向节连接。
所述动力切换装置中，太阳轮结合套、行星架结合套的移动均通过电磁式控制。
所述类行星齿轮机构为四组，设置于车体前后两侧。
本发明的有益效果：
1、本发明通过设置的若干组类行星齿轮，当通过动力切换装置将动力切换到太阳齿轮时，能够使车体进行在平地上行走，当通过动力切换装置将动力切换到行星架时，能够使车辆进行上楼梯的动作以实现重物的上楼梯搬运；同时由于本发明中所设置的每组类行星齿轮均包括有四个行走轮，四个行走轮之间相互呈90°设置，当其在楼梯行走时，能够与楼梯的阶梯相吻合，从而保证重物在运输过程中不会出现大幅度起伏的问题。
2、本发明的动力切换装置，整体结构设计简单合理，能够实现输入动力在太阳齿轮和行星架之间的快速切换，使得该小车结构整体紧凑，运动灵活。
3、本发明的动力切换装置，设置有减速增扭结构，该减速增扭结构可作用于行星架，以提高行星架上楼梯时的运动扭力，同时通过设置的减速增扭结构，还能够实现小车行进方向与上楼梯方向的一致性。
4、本发明的结构设计，不仅能够适用于重物搬运，同时在崎岖不平的道路上具有良好的通过性，可应用于月球车或火星车相关技术中，同时也能够应用于上楼梯的轮椅中。
附图说明
附图1为本发明的总体结构示意图；
附图2为本发明的类行星齿轮机构示意图一；
附图3为本发明的类行星齿轮机构示意图二；
附图4为本发明的类行星齿轮结构与动力切换装置的机构简图；
附图5为本发明上楼梯过程示意图；
附图6为本发明动机驱动方式示意图；
附图7为本发明动力切换方式示意图。
附图中所示标号：
1.行走轮；2.行星齿轮；3.太阳齿轮；4.行星架；5.行星架花键毂；6.行星架结合套；7.第二输入轴齿轮；8.减速增扭反向齿轮；9.行星架常啮合齿轮；10.减速增扭齿轮轴；11.第一输入轴齿轮；12.动力输入轴；13.太阳轮常啮合齿轮；14.太阳轮结合套；15.太阳轮花键毂；16.太阳轮动力输出轴；17.同步器；18.结合齿；19.切换装置壳体；20.行星架动力输出轴；21.类行星齿轮机构壳体；22.伸缩型球笼万向节；23.轮轴；24、动力切换装置；25、车体；26、类行星齿轮机构；27、电机；28、电机控制器；29、电池；30、动力切换控制。
具体实施方式
结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。
如图1、2、3所示，一种实现重物上楼梯搬运的电动小车，包括车体25以及安装于车体25上的若干组类行星齿轮机构26。
每组“类行星齿轮机构”如图2中所示，因为没有外面的齿圈，故叫作类行星齿轮机构，每组类行星齿轮机构26均包括动力切换装置24、行星架4、四个行星齿轮2、太阳齿轮3以及四个行走轮1。行走轮1采用橡胶轮胎，其高度接近或略大于楼梯台阶高度，行走轮1与行星齿轮2在旋转中心处联结，共同装配在行星架4的行星轴上；行星齿轮2与太阳齿轮3啮合；太阳齿轮3与行星架4同轴设置；动力切换装置24可以将动力输入切换到太阳齿轮3或行星架4上。本发明采用前后两侧的四组“类行星齿轮四轮机构”，实现搬运像钢琴等这样的重物上楼梯，如图5中所示，此时可将台阶看作类行星齿轮四轮机构的等效齿圈(齿条)。
如图4所示，为本发明的类行星齿轮机构与动力切换装置的结构简图，为了方便结构原理理解，该图采用了展开画法，且只画出了类行星齿轮机构的两个轮子，结合图4对个构件之间的关系做具体说明如下：
1)行走轮1的轮毂与行星齿轮2通过伸缩型球笼万向节(VL节)22、轮轴23联在一起，行走轮1在地面上滚动行驶时，VL节可适应行走轮1与行星齿轮2之间的角度与长度变化。
2)太阳齿轮3、太阳轮花键毂15，通过花键联在太阳轮动力输出轴16上；
3)行星架4与行星架花键毂5，通过花键联在行星架动力输出轴20上；
4)行星架常啮合齿轮9与太阳轮常啮合齿轮13空套在太阳轮动力输出轴16上，且两个常啮合齿轮上加工结合齿18，分别与行星架结合套6与太阳轮结合套14配合，完成动力切换；
5)行星架花键毂5、太阳轮花键毂15与结合齿18之间加入同步器17，使得动力切换平顺；
6)第二输入轴齿轮7与第一输入轴齿轮11装配在动力输入轴12上；
7)减速增扭同向齿轮8装配在减速增扭齿轮轴10上，与行星架常啮合齿轮9啮合，实现上楼时行星架旋转所需的减速增扭，且同行星齿轮旋转方向一致；
8)切换装置壳体19、电机安装在小车的车身上；
9)类行星齿轮机构壳体21在上楼时，会伴随行星架4而旋转。
在本发明的动力切换装置中，由与电机连接的动力输入轴12提供输入动力，动力输入轴12通过齿轮配合能够带动行星架常啮合齿轮9与太阳轮常啮合齿轮13在太阳轮动力输出轴16上转动，在使用时，当将所述行星架花键毂5通过行星架结合套6与结合齿18配合、并使太阳轮花键毂15与结合齿18分开时，动力输入轴12的动力可通过行星架花键毂5传递至行星架4从而使行星架转动；当将所述行星架花键毂5与结合齿18分开、并将太阳轮花键毂15通过太阳轮结合套14与结合齿18配合时，动力输入轴12的动力可通过太阳轮花键毂15传递至太阳齿轮3从而使太阳齿轮3转动。
如图5所示，描绘了该机构上楼梯全过程：①从低处平地运送-→②前轴遇到台阶后轴在平地上-→③全部轴都在楼梯上运送-→④后轴在台阶上前轴在平地上-→⑤高处平地运送。
结合图5这里给出类行星齿轮四轮机构实现钢琴等重物上楼梯的动力分配方案如下：
1)在平地运送时，前后轴的动力切换装置24，将前后动力输入轴都与太阳齿轮3相连，因为行星齿轮2与太阳齿轮3啮合，带动行走轮1转动，在平地上滚动前进。
2)在前轴遇到台阶后轴在平地上时，前轴动力切换装置24将前动力输入轴与行星架4相连，带动四个行走轮1依次与台阶接触上楼，后动力输入轴与与太阳齿轮3相连，带动行走轮1转动，在平地上滚动前进。
3)在全部轴都在楼梯上运送时，前后轴的动力切换装置24，将前后动力输入轴都与行星架4相连，带动四个行走轮1依次与台阶接触上楼。
4)在后轴在台阶上前轴在平地上时，后轴动力切换装置24将前动力输入轴与行星架4相连，带动四个行走轮1依次与台阶接触上楼，前动力输入轴与与太阳齿轮3相连，带动行走轮1转动，在平地上滚动前进。
图6给出了本发明实现钢琴等重物上楼梯的电动小车电机驱动方案，安装四套独立控制的电机和逆变驱动系统配合每组类行星齿轮机构使用，这样可使机构更加紧凑，同时能够使小车达到前所未有的机动性，可以实现±180°的旋转、横向行驶、任意旋转行驶。
图7给出了小车的动力切换方案，在小车的动力切换装置中，行星架4与太阳齿轮3的结合套移动可都采用电磁式控制，即通过磁力实现结合套的轴向移动，可同样通过磁力实现复位，也可通过弹簧实现复位，也可采用其他能够使结合套轴向移动的结构。

Claims (4)

1.一种实现重物上楼梯搬运的电动小车，包括车体以及安装于车体上的若干组类行星齿轮机构，其特征在于：每组类行星齿轮机构均包括动力切换装置、行星架、四个行星齿轮、太阳齿轮以及四个行走轮，其中，所述行星架和太阳齿轮同轴设置，四个行星齿轮均匀布置于所述行星架一侧周向，四个行走轮分别与对应的行星齿轮在旋转中心处联结并共同装配于行星架上，所述动力切换装置包括一个与电机连接的动力输入轴，所述动力切换装置能够使所述动力输入轴的动力切换到所述行星架或太阳齿轮上，从而驱动所述行星架或太阳齿轮转动；
所述动力切换装置包括一个驱动太阳齿轮的太阳轮动力输出轴、一个驱动行星架的行星架动力输出轴，所述行星架动力输出轴套设于太阳轮动力输出轴外部，在所述太阳轮动力输出轴上空套有行星架常啮合齿轮、太阳轮常啮合齿轮，行星架常啮合齿轮、太阳轮常啮合齿轮通过齿轮组件连接动力输入轴后可在动力输入轴驱动下在太阳轮动力输出轴上转动；在行星架常啮合齿轮、太阳轮常啮合齿轮上均加工有结合齿；
在所述太阳轮动力输出轴上安装有太阳轮花键毂，所述太阳轮花键毂外套设可轴向滑动的太阳轮结合套，太阳轮结合套可滑动至所述太阳轮常啮合齿轮一侧与其结合齿配合从而将太阳轮常啮合齿轮的动力传递至所述太阳轮动力输出轴；
在所述行星架动力输出轴上安装有行星架花键毂，所述行星架花键毂外套设可轴向滑动的行星架结合套，行星架结合套可滑动至所述行星架常啮合齿轮一侧与其结合齿配合从而将行星架常啮合齿轮的动力传递至所述行星架动力输出轴；
所述动力切换装置还包括减速增扭齿轮轴，所述减速增扭齿轮轴上安装有减速增扭反向齿轮，在所述动力输入轴上安装有第一输入轴齿轮和第二输入轴齿轮，其中所述第一输入轴齿轮与所述太阳轮常啮合齿轮啮合配合，所述第二输入轴齿轮与所述减速增扭反向齿轮啮合，所述减速增扭反向齿轮与所述行星架常啮合齿轮啮合配合；
所述行星架花键毂与其对应的啮合齿之间、所述太阳轮花键毂与其对应的啮合齿之间均加入同步器。
2.如权利要求1所述的一种实现重物上楼梯搬运的电动小车，其特征在于：所述行走轮和行星齿轮之间通过轮轴以及伸缩型球笼万向节连接。
3.如权利要求1所述的一种实现重物上楼梯搬运的电动小车，其特征在于：所述动力切换装置中，太阳轮结合套、行星架结合套的移动均通过电磁式控制。
4.如权利要求1~3任一项所述的一种实现重物上楼梯搬运的电动小车，其特征在于：所述类行星齿轮机构为四组，设置于车体前后两侧。
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