CN109718019B

CN109718019B - 能够越障的轮椅

Info

Publication number: CN109718019B
Application number: CN201910202307.2A
Authority: CN
Inventors: 汤永华; 李泽萌; 于皓哲; 杨阔; 陶炫同; 马也
Original assignee: Shenyang University of Technology
Current assignee: Shenyang tuoxiao Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2019-03-18
Filing date: 2019-03-18
Publication date: 2020-04-10
Anticipated expiration: 2039-03-18
Also published as: CN109718019A

Abstract

本发明涉及一种能够越障的轮椅，包括有一个椅子主体，椅子主体由靠背、椅座和扶手固定组成，椅座的下方横向固定有主杆，主杆连接有驱动轮摆臂a、驱动轮摆臂d、驱动轮摆臂b和驱动轮摆臂c，前方的驱动摆臂下方固定有驱动轮a和驱动轮b，后方的驱动摆臂下方固定有驱动轮c和驱动轮d，椅座的前后方竖向分别铰接有电动推杆a和电动推杆b，分别铰接在前面的摆臂和后面的摆臂组上，主杆下方还连接有辅助轮支撑架和辅助轮，驱动轮和电动推杆借连接有电池和方向控制器。本发明由四个轮毂电机驱动前进，转向采用差速转向的方式。通过障碍时两组由电动推杆带动的驱动轮和中间的辅助轮交替动作，实现越障功能。

Description

能够越障的轮椅

技术领域

本发明涉及家庭医疗辅助器械，涉及一种能够越障的轮椅。

背景技术

社会老龄化问题越来越严重，由于疾病造成的残障人士也很多，为了给老年人和残障人士提供性能优越的代步工具，帮助他们提高行动自由度，使他们重新融入社会，当代人对轮椅的需求也越来越强烈，但是市面上常见的轮椅都是普通需要人力完成运动的老式轮椅和笨重的电动轮椅，他们存在着同样的问题就是：不能完全自由操控，没有独自完成跨越障碍和上下台阶的能力。当遇到台阶路肩等障碍物只能靠人力抬上去或者绕路寻找专用的残疾人通道。市面上仅有极少数的处在概念研发阶段的全地形轮椅能满足人们需求，少数轮椅可以实现攀爬一定坡度的楼梯，但是全是履带式的结构，是为了爬上台阶专门配备的机构，结构复杂十分笨重而且价格昂贵，便利性很差，履带式的行走方式还存在阻力大续航能力低等弊端。由于这种轮椅造价比较高并且缺少购买渠道，所以基本上没有人使用。

发明内容

发明目的

本发明提出一种能够越障的轮椅，以解决现有轮椅越障难的问题。

技术方案

一种能够越障的轮椅，其特征在于：包括有一个椅子主体，椅子主体由靠背、椅座和扶手固定组成，扶手固定于靠背和椅座的两侧，椅座的下方横向固定有主杆，主杆相隔一段距离连接有2个可旋转三通，一侧的可旋转三通的前后接口分别连接有驱动轮摆臂a和驱动轮摆臂d，另一侧的可旋转三通的前后接口分别连接有驱动轮摆臂b和驱动轮摆臂c，驱动轮摆臂a和驱动轮摆臂b的端部固定连接有前驱动轮支撑轴，驱动轮摆臂d和驱动轮摆臂c的端部固定连接有后驱动轮支撑轴，前驱动轮支撑轴的左右两端分别固定有驱动轮a和驱动轮b，后驱动轮支撑轴的左右两端分别固定有驱动轮d和驱动轮c，椅座的前后方竖向分别铰接有电动推杆a和电动推杆b，驱动轮摆臂a和驱动轮摆臂b之间还横向固定有前摆臂拉杆，驱动轮摆臂d和驱动轮摆臂c之间还横向固定有后摆臂拉杆，电动推杆a的下端铰接在前摆臂拉杆上，电动推杆b铰接在后摆臂拉杆上，主杆位于2个可旋转三通之间还竖向连接有辅助轮支撑杆，辅助轮支撑杆的下端连接有辅助轮支撑架，辅助轮支撑架铰接有辅助轮，驱动轮a、驱动轮b、驱动轮d和驱动轮c内设轮毂电机，椅子主体固定有电池，电池与电动推杆a、电动推杆b、驱动轮a、驱动轮b、驱动轮d和驱动轮c相连供电，扶手上设有一个方向控制器，用于控制电动推杆a和电动推杆b的伸缩、驱动轮a、驱动轮b、驱动轮d和驱动轮c的正转和反转。

所述辅助轮支撑架为工字型，四周设有4个辅助轮。

所述辅助轮常态下的高度高于驱动轮a、驱动轮b、驱动轮d和驱动轮c的高度。

所述电池为锂电池，扶手内设有电池仓，电池固定于电池仓内。

所述电动推杆a和电动推杆b具有直流的推杆电机，用继电器和导线搭成一个简易H桥驱动，一个推杆电机分配四个继电器，分别为继电器SA，继电器SB，继电器SC和继电器SD，继电器SA和继电器SB的正端接电源正极；继电器SC和继电器SD的负端接电源负极；继电器SA的负端接继电器SD的正端，继电器SB的负端接继电器SC的正端，然后将推杆电机的正极接到继电器SA的负端，负极接到继电器SC的负端，搭建出一个简易的H桥电路控制推杆电机正反转。

所述轮毂电机由无刷电机驱动器控制，无刷电机驱动器使用单片机PWM占空比调速模式，轮毂电机的三相线和霍尔线一共八条线接到无刷电机驱动器上，然后从无刷电机驱动器接出三条线给单片机，分别是控制端地线、PWM信号线、转向线；通过单片机输出PWM波并改变其占空比对电机进行调速，通过改变转向端的高低电平来控制电机正反转。

电动推杆a的直流电机M₅、电动推杆b的直流电机M₂₄、驱动轮a的轮毂电机M₇、驱动轮b的轮毂电机M₁₀、驱动轮c的轮毂电机M₁₅和驱动轮d的轮毂电机M₂₂由方向控制器内的一块STM32RCT6单片机控制；双头开关S₅、双头开关S₂₄、双头开关S₇和双头开关S₁₀分别串联电动推杆a的直流电机M₅、电动推杆b的直流电机M₂₄、驱动轮a的轮毂电机M₇和驱动轮b的轮毂电机M₁₀，驱动轮c的轮毂电机M₁₅和驱动轮d的轮毂电机M₂₂并联后与双头开关S₁₅串联；当双头开关S₅、双头开关S₂₄、双头开关S₇、双头开关S₁₀和双头开关S₁₅分别接通正转触点F₅、F₂₄、F₇、F₁₀和F₁₅时，各电机正转；当双头开关S₅、双头开关S₂₄、双头开关S₇、双头开关S₁₀和双头开关S₁₅分别接通反转触点R₅、R₂₄、R₇、R₁₀和R₁₅接通时，各电机反转。

优点及效果

本发明由四个轮毂电机驱动前进，转向采用差速转向的方式。通过障碍时两组由电动推杆带动的驱动轮和中间的辅助轮交替动作，实现越障功能。

附图说明

图1为本发明斜向下观察的立体结构图；

图2为本发明斜向上观察的立体结构图；

图3为电机控制原理图；

图4为H桥控制原理图。

附图标记说明：1.靠背、2.椅座、3.扶手、4.推杆上支架、5.电动推杆a、6.驱动轮摆臂a、7.驱动轮a、8.前驱动轮支撑轴、9.固定三通连接器、10.驱动轮b、11.前摆臂拉杆、12.驱动轮摆臂b、13.辅助轮、14.辅助轮支撑架、15.驱动轮c、16.电池、控制器、17.电池仓、18.方向控制器、19.驱动轮锁紧螺钉、20.推杆下支架、21.驱动轮摆臂c、22.驱动轮d、23.驱动轮摆臂d、24.电动推杆b、25.可旋转三通、26.辅助轮支撑杆、27.主杆、28.后驱动轮支撑轴、29.后摆臂拉杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明（规定靠背1侧为轮椅的后侧）：

如图1和图2所示，一种能够越障的轮椅，包括有一个椅子主体，椅子主体由靠背1、椅座2和扶手3固定组成，扶手3固定于靠背1和椅座2的两侧，椅座2的下方横向固定有主杆27，主杆27相隔一段距离连接有2个可旋转三通25，一侧的可旋转三通25的前后接口分别连接有驱动轮摆臂a 6和驱动轮摆臂d 23，另一侧的可旋转三通25的前后接口分别连接有驱动轮摆臂b 12和驱动轮摆臂c 21，驱动轮摆臂a 6和驱动轮摆臂b 12的端部通过三通连接器9固定连接有前驱动轮支撑轴8，驱动轮摆臂d 23和驱动轮摆臂c 21的端部通过三通连接器9固定连接有后驱动轮支撑轴28，前驱动轮支撑轴8的左右两端分别通过驱动轮锁紧螺钉19固定有驱动轮a 7和驱动轮b 10，后驱动轮支撑轴28的左右两端分别通过驱动轮锁紧螺钉19固定有驱动轮d 22和驱动轮c 15，椅座2的前后方竖向分别通过推杆上支架4铰接有电动推杆a 5和电动推杆b 24，驱动轮摆臂a 6和驱动轮摆臂b 12之间还通过三通连接器9横向固定有前摆臂拉杆11，驱动轮摆臂d 23和驱动轮摆臂c 21之间还通过三通连接器9横向固定有后摆臂拉杆29，电动推杆a 5的下端通过推杆下支架20铰接在前摆臂拉杆11上，电动推杆b 24通过推杆下支架20铰接在后摆臂拉杆29上，主杆27位于2个可旋转三通25之间还通过三通连接器9竖向连接有辅助轮支撑杆26，辅助轮支撑杆26的下端通过三通连接器9连接有辅助轮支撑架14，辅助轮支撑架14为工字型，四周铰接有4个辅助轮13。辅助轮13常态下的高度高于驱动轮a 7、驱动轮b 10、驱动轮d 22和驱动轮c 15的高度。驱动轮a 7、驱动轮b 10、驱动轮d 22和驱动轮c 15内设轮毂电机，椅子主体固定有电池16，电池16为锂电池，扶手3内设有电池仓17，电池16固定于电池仓17内，电池16与电动推杆a 5、电动推杆b24、驱动轮a 7、驱动轮b 10、驱动轮d 22和驱动轮c 15相连供电，扶手3上设有一个方向控制器18，用于控制电动推杆a 5和电动推杆b 24的伸缩、驱动轮a 7、驱动轮b 10、驱动轮d22和驱动轮c 15的正转和反转。

如图3和图4所示，电动推杆a 5和电动推杆b 24具有直流的推杆电机，用继电器和导线搭成一个简易H桥驱动，一个推杆电机分配四个继电器，分别为继电器SA ，继电器SB ，继电器SC 和继电器SD ，继电器SA 和继电器SB 的正端接电源正极；继电器SC 和继电器SD的负端接电源负极；继电器SA 的负端接继电器SD 的正端，继电器SB 的负端接继电器SC的正端，然后将推杆电机的正极接到继电器SA 的负端，负极接到继电器SC 的负端，搭建出一个简易的H桥电路控制推杆电机正反转，当继电器SA 和继电器SC 导通时，电机正转；当继电器SB 和继电器SD 导通时，电机反转，进而控制推杆伸缩。轮毂电机由无刷电机驱动器控制，无刷电机驱动器使用单片机PWM占空比调速模式，轮毂电机的三相线和霍尔线一共八条线接到无刷电机驱动器上，然后从无刷电机驱动器接出三条线给单片机，分别是控制端地线、PWM信号线、转向线；通过单片机输出PWM波并改变其占空比对电机进行调速，通过改变转向端的高低电平来控制电机正反转。电动推杆a 5的直流电机M₅、电动推杆b 24的直流电机M₂₄、驱动轮a 7的轮毂电机M₇、驱动轮b 10的轮毂电机M₁₀、驱动轮c 15的轮毂电机M₁₅和驱动轮d 22的轮毂电机M₂₂由方向控制器18内的一块STM32RC T6单片机控制；双头开关S₅、双头开关S₂₄、双头开关S₇和双头开关S₁₀分别串联电动推杆a 5的直流电机M₅、电动推杆b 24的直流电机M₂₄、驱动轮a 7的轮毂电机M₇和驱动轮b 10的轮毂电机M₁₀，驱动轮c 15的轮毂电机M₁₅和驱动轮d 22的轮毂电机M₂₂并联后与双头开关S₁₅串联；当双头开关S₅、双头开关S₂₄、双头开关S₇、双头开关S₁₀和双头开关S₁₅分别接通正转触点F₅、F₂₄、F₇、F₁₀和F₁₅时，各电机正转；当双头开关S₅、双头开关S₂₄、双头开关S₇、双头开关S₁₀和双头开关S₁₅分别接通反转触点R₅、R₂₄、R₇、R₁₀和R₁₅接通时，各电机反转。本实施方式内使用的无刷电机驱动器为艾思控品牌，型号：A QMD 6010B LS。

正常行驶时电动推杆a和电动推杆b伸长，带动驱动轮摆臂a和驱动轮摆臂b构成的组（称驱动轮摆臂AB）向中心运动，驱动轮摆臂c和驱动轮摆臂d构成的组（称驱动轮摆臂CD）向中心运动，两组摆臂之间夹角减小，驱动轮与地面接触，辅助轮此时不与地面接触。轮椅可以正常前进，转向时利用驱动轮a和驱动轮b之间的转速差进行转向。

当遇到障碍时，通过手动控制使电动推杆a和电动推杆b同时缩短，驱动轮摆臂AB和驱动轮摆臂CD之间夹角增大，使辅助轮与地面接触，此时电动推杆b停止缩短，电动推杆a继续缩短通过驱动轮摆臂AB将驱动轮a和驱动轮b抬起，当驱动轮a和驱动轮b高度与障碍物等高时停止缩短电动推杆a。驱动轮a和驱动轮b抬起后，通过手动控制供电，所有驱动轮向前转动将轮椅向前推动。当辅助轮组到达障碍物时，电动推杆a和电动推杆b同时延长使驱动轮摆臂AB与驱动轮摆臂CD之间夹角缩小，辅助轮组被“撑起”此时全部驱动轮同时推进，当驱动轮c和驱动轮d到障碍物时停止。当驱动轮c和驱动轮d到达障碍后，电动推杆b缩短通过驱动轮摆臂CD将驱动轮c和驱动轮d抬起。抬起后全部驱动轮旋转带动轮椅向前。驱动轮c和驱动轮d通过障碍物后电动推杆a和电动推杆b同时伸长到辅助轮离开地面进入到正常行驶状态。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims

1.一种能够越障的轮椅，其特征在于：包括有一个椅子主体，椅子主体由靠背（1）、椅座（2）和扶手（3）固定组成，扶手（3）固定于靠背（1）和椅座（2）的两侧，椅座（2）的下方横向固定有主杆（27），主杆（27）相隔一段距离连接有2个可旋转三通（25），一侧的可旋转三通（25）的前后接口分别连接有驱动轮摆臂a（6）和驱动轮摆臂d（23），另一侧的可旋转三通（25）的前后接口分别连接有驱动轮摆臂b（12）和驱动轮摆臂c（21），驱动轮摆臂a（6）和驱动轮摆臂b（12）的端部固定连接有前驱动轮支撑轴（8），驱动轮摆臂d（23）和驱动轮摆臂c（21）的端部固定连接有后驱动轮支撑轴（28），前驱动轮支撑轴（8）的左右两端分别固定有驱动轮a（7）和驱动轮b（10），后驱动轮支撑轴（28）的左右两端分别固定有驱动轮d（22）和驱动轮c（15），椅座（2）的前后方竖向分别铰接有电动推杆a（5）和电动推杆b（24），驱动轮摆臂a（6）和驱动轮摆臂b（12）之间还横向固定有前摆臂拉杆（11），驱动轮摆臂d（23）和驱动轮摆臂c（21）之间还横向固定有后摆臂拉杆（29），电动推杆a（5）的下端铰接在前摆臂拉杆（11）上，电动推杆b（24）铰接在后摆臂拉杆（29）上，主杆（27）位于2个可旋转三通（25）之间还竖向连接有辅助轮支撑杆（26），辅助轮支撑杆（26）的下端连接有辅助轮支撑架（14），辅助轮支撑架（14）铰接有辅助轮（13），驱动轮a（7）、驱动轮b（10）、驱动轮d（22）和驱动轮c（15）内设轮毂电机，椅子主体固定有电池（16），电池（16）与电动推杆a（5）、电动推杆b（24）、驱动轮a（7）、驱动轮b（10）、驱动轮d（22）和驱动轮c（15）相连供电，扶手（3）上设有一个方向控制器（18），用于控制电动推杆a（5）和电动推杆b（24）的伸缩、驱动轮a（7）、驱动轮b（10）、驱动轮d（22）和驱动轮c（15）的正转和反转。

2.根据权利要求1所述的能够越障的轮椅，其特征在于：所述辅助轮支撑架（14）为工字型，四周设有4个辅助轮（13）。

3.根据权利要求1所述的能够越障的轮椅，其特征在于：所述辅助轮（13）常态下的高度高于驱动轮a（7）、驱动轮b（10）、驱动轮d（22）和驱动轮c（15）的高度。

4.根据权利要求1所述的能够越障的轮椅，其特征在于：所述电池（16）为锂电池，扶手（3）内设有电池仓（17），电池（16）固定于电池仓（17）内。

5.根据权利要求1所述的能够越障的轮椅，其特征在于：所述电动推杆a（5）和电动推杆b（24）具有直流的推杆电机，用继电器和导线搭成一个简易H桥驱动，一个推杆电机分配四个继电器，分别为继电器SA，继电器SB，继电器SC和继电器SD，继电器SA和继电器SB的正端接电源正极；继电器SC和继电器SD的负端接电源负极；继电器SA的负端接继电器SD的正端，继电器SB的负端接继电器SC的正端，然后将推杆电机的正极接到继电器SA的负端，负极接到继电器SC的负端，搭建出一个简易的H桥电路控制推杆电机正反转。

6.根据权利要求1所述的能够越障的轮椅，其特征在于：所述轮毂电机由无刷电机驱动器控制，无刷电机驱动器使用单片机PWM占空比调速模式，轮毂电机的三相线和霍尔线一共八条线接到无刷电机驱动器上，然后从无刷电机驱动器接出三条线给单片机，分别是控制端地线、PWM信号线、转向线；通过单片机输出PWM波并改变其占空比对电机进行调速，通过改变转向端的高低电平来控制电机正反转。

7.根据权利要求5所述的能够越障的轮椅，其特征在于：电动推杆a（5）的直流电机M₅、电动推杆b（24）的直流电机M₂₄、驱动轮a（7）的轮毂电机M₇、驱动轮b（10）的轮毂电机M₁₀、驱动轮c（15）的轮毂电机M₁₅和驱动轮d（22）的轮毂电机M₂₂由方向控制器（18）内的一块STM32RCT6单片机控制；双头开关S₅、双头开关S₂₄、双头开关S₇和双头开关S₁₀分别串联电动推杆a（5）的直流电机M₅、电动推杆b（24）的直流电机M₂₄、驱动轮a（7）的轮毂电机M₇和驱动轮b（10）的轮毂电机M₁₀，驱动轮c（15）的轮毂电机M₁₅和驱动轮d（22）的轮毂电机M₂₂并联后与双头开关S₁₅串联；当双头开关S₅、双头开关S₂₄、双头开关S₇、双头开关S₁₀和双头开关S₁₅分别接通正转触点F₅、F₂₄、F₇、F₁₀和F₁₅时，各电机正转；当双头开关S₅、双头开关S₂₄、双头开关S₇、双头开关S₁₀和双头开关S₁₅分别接通反转触点R₅、R₂₄、R₇、R₁₀和R₁₅接通时，各电机反转。