CN109846616B - 一种单旋转驱动三姿态变换的轮椅 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种单旋转驱动三姿态变换的轮椅，包括：座椅，其底面中间铰接设置有支架并与座椅围成四边形结构，且所述支架各边之间相互铰接；靠背，其底部前侧与所述座椅后侧铰接，底部后侧与支架的后侧边固定连接；腿托，其上部与所述座椅和所述支架铰接；车轮架，其顶部铰接设置在所述座椅和所述支架的铰接处；锁定杆，其倾斜设置，其一端与所述座椅后侧可断开式铰接，另一端与所述腿托下部可断开式铰接，中部与所述车轮架铰接；驱动机构，其输出端设置在所述座椅和所述支架的铰接处，用于驱动所述支架与所述座椅围成的四边形发生运动形变，实现轮椅姿态变化。仅需一个旋转驱动，通过驱动的顺时针和逆时针旋转，实现轮椅三姿态变换，运动协调。

Description

一种单旋转驱动三姿态变换的轮椅

技术领域

本发明涉及轮椅技术领域，更具体的是，本发明涉及一种单旋转驱动三姿态变换的轮椅。

背景技术

轮椅作为一种辅助代步工具，无论是老年人还是肢体功能障碍的残疾人对其的需求都十分迫切。针对依赖轮椅人群在日常移动行走和康复训练的实际需求，国内外很多研究机构及公司设计了三姿态轮椅，但是大多数三姿态轮椅基于多个四边形连杆机构、曲柄滑块机构、曲柄摇杆机构等机构，采用两个及以上的驱动(如电动推杆)实现三姿态变换，结构复杂、轮椅本体重。

发明内容

本发明设计开发了一种单旋转驱动三姿态变换的轮椅，仅需一个旋转驱动，通过驱动的顺时针和逆时针旋转，依靠靠背与腿托耦合运动实现躺姿，依靠椅座与靠背耦合运动实现站姿，运动协调，符合人体在姿态变换过程的运动特征，变换机构简单，可靠性高。

本发明提供的技术方案为：

一种单旋转驱动三姿态变换的轮椅，包括：

座椅，其底面中间铰接设置有支架并与所述座椅围成四边形结构，且所述支架各边之间相互铰接；

靠背，其底部前侧与所述座椅后侧铰接，底部后侧与所述支架的后侧边固定连接；

腿托，其上部与所述座椅和所述支架铰接；

车轮架，其顶部铰接设置在所述座椅和所述支架的铰接处；

锁定杆，其倾斜设置，其一端与所述座椅后侧可断开式铰接，另一端与所述腿托下部可断开式铰接，中部与所述车轮架铰接，且能够绕水平垂直所述车轮架方向旋转；

驱动机构，其输出端设置在所述座椅和所述支架的铰接处，用于驱动所述支架与所述座椅围成的四边形发生运动形变，实现轮椅姿态变化；

其中，当轮椅处于坐姿时，所述锁定杆一端与所述座椅后侧铰接，另一端与所述腿托下部铰接；当轮椅处于躺姿时，所述锁定杆一端与所述座椅后侧铰接，另一端与所述腿托下部断开铰接；当轮椅处于站姿时，所述锁定杆一端与所述座椅后侧断开铰接，另一端与所述腿托下部铰接。

优选的是，所述支架包括：

竖连杆，其一端与所述座椅前侧铰接；

横连杆，其与所述座椅平行设置，且一端与所述竖连杆另一端铰接；

弯折连杆，其为中部弯折结构，且中部与所述座椅后侧铰接，所述弯折连杆一端与所述横连杆另一端铰接并与所述竖连杆平行设置，另一端与所述靠背固定连接。

优选的是，所述座椅包括：

椅板；以及

第一铰接座，其设置在所述椅板底部前侧，且与所述竖连杆一端铰接；

第二铰接座，其设置在所述椅板底部后侧，且与所述弯折连杆中部铰接；

第三铰接座，其设置在所述第一铰接座和第二铰接座之间，且靠近所述第二铰接座设置在所述椅板上，并与所述锁定杆一端可断开式铰接。

优选的是，所述靠背包括：

背板，以及

靠背连接杆，其倾斜向下设置，且一端与所述背板底部固定连接，另一端与所述第二铰接座和所述弯折连杆中部铰接；

靠背斜连杆，其倾斜向上设置，且一端与所述背板顶部固定连接；

靠背竖直杆，其平行所述背板设置，其一端与所述靠背斜连杆另一端固定连接，另一端与所述弯折连杆另一端固定连接。

优选的是，所述腿托包括：

托板；以及

第四铰接座，其倾斜向上固定设置在所述托板上部，且与所述第一铰接座铰接；

第五铰接座，其垂直固定设置在所述托板下部，且与所述锁定杆另一端可断开式铰接；

第六铰接座，其垂直设置在靠近所述第四铰接座的所述托板上，且位于所述第四铰接座和第五铰接座之间，并与所述横连杆一端铰接。

优选的是，所述驱动机构包括：

减速箱；以及

驱动电机，其输出端通过所述减速箱与所述第一铰接座、第四铰接座和竖连杆一端连接，用于驱动所述支架与所述座椅围成的四边形发生运动形变，实现轮椅姿态变化。

优选的是，当轮椅由坐姿向躺姿变换时，所述驱动电机施加顺时针力矩。

优选的是，当轮椅由坐姿向站姿变换时，所述驱动电机施加逆时针力矩。

本发明所述的有益效果：

(1)本发明在充分分析坐姿、躺姿、站姿的三姿态运动特征的基础上，提出了一种可快速实现三姿态变换的机构方案，即在坐姿的基础上，通过驱动的顺时针和逆时针旋转，分别实现躺姿和站姿变换，整个机构仅需一个旋转驱动，结构简单、可靠性高，易于实现轮椅的轻量化。

(2)整个机构仅需一个旋转驱动，结构简单、可靠性高，易于实现轮椅的轻量化。通过靠背与腿托耦合运动实现躺姿，通过椅座与靠背耦合运动实现站姿，运动协调，符合人体在姿态变换过程的运动特征，变换机构、简单，可靠性高。

附图说明

图1为本发明所述单旋转驱动三姿态变换的轮椅的结构示意图。

图2为本发明所述单旋转驱动三姿态变换的轮椅的座椅和支架的结构示意图。

图3为本发明所述单旋转驱动三姿态变换的轮椅的靠背的结构示意图。

图4为本发明所述单旋转驱动三姿态变换的轮椅的腿托的结构示意图。

图5为本发明所述单旋转驱动三姿态变换的轮椅的坐姿状态示意图。

图6为本发明所述单旋转驱动三姿态变换的轮椅的坐姿状态结构示意图。

图7为本发明所述单旋转驱动三姿态变换的轮椅的躺姿中间状态示意图。

图8为本发明所述单旋转驱动三姿态变换的轮椅的躺姿状态示意图。

图9为本发明所述单旋转驱动三姿态变换的轮椅的躺姿状态结构示意图。

图10为本发明所述单旋转驱动三姿态变换的轮椅的站中间状态示意图。

图11为本发明所述单旋转驱动三姿态变换的轮椅的站姿状态示意图。

图12为本发明所述单旋转驱动三姿态变换的轮椅的站姿状态结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

本发明可以有许多不同的形式实施，而不应该理解为限于再次阐述的实施例，相反，提供这些实施例，使得本公开将是彻底和完整的。在附图中，为了清晰起见，会夸大结构和区域的尺寸和相对尺寸。

如图1-4所示，本发明提供一种单旋转驱动三姿态变换的轮椅，包括：座椅100，其底部中间铰接设置有支架200并与座椅100围成四边形结构，且该支架200各边之间相互铰接，即支架200和座椅100围成的四边形可以发生运动形变，进而辅助座椅姿态变化；靠背300，其底部前侧与座椅100后侧铰接，底部后侧与支架200的后侧边固定连接；腿托400，其上部与座椅100和支架200铰接；车轮架500，其顶部铰接设置在座椅100和支架200的铰接处；锁定杆600，其倾斜设置，其一端与座椅100后侧可断开式铰接，另一端与腿托400下部可断开式铰接，中部与车轮架500垂直铰接，即座椅在进行姿态变化时，锁定杆600能够绕水平垂直车轮架方向旋转(即如图6所示，垂直于纸面方向，类似于钟表指针的旋转)；驱动机构700，其输出端设置在座椅100和支架200的铰接处，用于驱动支架200与座椅100围成的四边形发生运动形变，实现轮椅姿态变化。

当轮椅处于坐姿时，锁定杆600一端与座椅100后侧铰接，另一端与腿托400下部铰接；当轮椅处于躺姿时，锁定杆600一端与座椅100后侧铰接，另一端与腿托100下部断开铰接；当轮椅处于站姿时，锁定杆600一端与座椅100后侧断开铰接，另一端与腿托400下部铰接。

具体的，所述的支架200包括：竖连杆210，其一端与座椅100前侧铰接(通过固定铰链铰接，使得在轮椅的三姿态变换中，保持位置不变)；横连杆220，其平行座椅100设置，且一端与竖连杆210另一端铰接(通过连接铰链铰接，在下文叙述中，如果不是特别强调，铰接所使用的均为连接铰链)；弯折连杆230，其为中部弯折结构，且中部与座椅110后侧铰接，该弯折连杆230一端与横连杆220另一端铰接并与竖连杆210平行设置，另一端与靠背300固定连接。

所述的座椅100包括：椅板140，第一铰接座110，其设置在椅板140底部前侧，且与竖连杆210一端铰接(通过固定铰链铰接)；第二铰接座120，其设置在椅板140底部后侧，且与弯折连杆230中部铰接；第三铰接座130，其设置在第一铰接座110和第二铰接座120之间，且靠近第二铰接座120设置在所述椅板140上，并与锁定杆600一端可断开式铰接，具体通过锁定销实现，当插上锁定销时，锁定杆600与第三铰接座130铰接，当拔下锁定销时，锁定杆600与第三铰接座130断开铰接。

所述的靠背300包括：背板340，以及靠背连接杆310，其倾斜向下设置，且一端与背板340底部固定连接，另一端与第二铰接座120和弯折连杆230中部铰接(即靠背连接杆310另一端、第二铰接座120和弯折连杆230中部铰接于一点)；靠背斜连杆320，其倾斜向上设置，且一端与背板340顶部固定连接；靠背竖直杆330，其平行背板340设置，其一端与靠背斜连杆320另一端固定连接，另一端与弯折连杆230另一端固定连接，当锁定杆600两端分别与座椅200和腿托400铰接时，使得锁定杆600能够锁定座椅100和腿托400，实现座椅100与靠背300和腿托400近似垂直。

所述的腿托400包括：托板440，以及第四铰接座410，其倾斜向上固定设置在托板440上部，且与第一铰接座110铰接(即第四铰接座410、第一铰接座110、竖连杆210一端和车轮架500顶部铰接于一点，并且通过固定铰链铰接，使得在轮椅的三姿态变换中，保持位置不变)；第五铰接座420，其垂直固定设置在托板440下部，且与锁定杆600另一端可断开式铰接，具体通过锁定销实现，当插上锁定销时，锁定杆600与第五铰接座420铰接，当拔下锁定销时，锁定杆600与第五铰接座420断开铰接；第六铰接座430，其垂直设置在靠近第四铰接座410的托板440上，且位于第四铰接座410和第五铰接座420之间，并与横连杆220一端铰接(即第六铰接座430、竖连杆210另一端和横连杆220一端铰接于一点)。

所述的驱动机构700包括：减速箱710；以及驱动电机720，其输出端通过减速箱710与第一铰接座110、第四铰接座410和竖连杆210一端连接，用于驱动支架200与座椅100围成的四边形发生运动形变，实现轮椅姿态变化。需要强调的是，固定铰链的使用，使得在轮椅的三姿态变换中，固定铰链、锁定杆600、减速箱710、驱动电机720和车轮架500位置不变，保证轮椅可靠性和稳定性。当然，需要说明的是，本发明不限于驱动电机，也可以是手动摇杆，均在本发明保护的范围之内。

工作原理：

(1)坐姿

躺姿变换机构和站姿变换机构在初始位置时，椅座保持水平，靠背和腿托分别与座椅保持近似垂直，锁定杆两端分别与座椅和腿托铰接，实现对椅座和腿托的锁定，使其保持位置固定不动，轮椅为坐姿，如图5、6所示。

(2)坐姿到躺姿的变换

运动特征为：椅座保持静止，靠背倒下，锁定杆与腿托连接处的锁定销拔下，同时腿托抬起，固定铰链、锁定杆、减速箱、驱动电机和车轮架位置不变。

拔下锁定杆与腿托铰接处的锁定销，使得锁定杆另一端与腿托断开铰接，驱动电机正转，经减速箱在第四铰接座、第一铰接座、竖连杆一端和车轮架顶部的铰接处施加顺时针驱动转矩，通过支架与座椅围成四边形结构带动靠背顺时针倒下，同时带动腿托顺时针抬起，实现由坐姿到躺姿的变换，如图5、7-9所示。

(3)坐姿到站姿的变换

运动特征为：腿托保持静止，锁定杆与椅座连接处的锁定销拔下，椅座和靠背同时抬起。

拔下锁定杆与座椅铰接处的锁定销，使得锁定杆一端与座椅断开铰接，驱动电机反转，经减速箱在第四铰接座、第一铰接座、竖连杆一端和车轮架顶部的铰接处施加逆时针驱动转矩，通过支架与座椅围成四边形结构带动靠背和椅座逆时针抬起，且靠背与椅座的夹角变大，实现由坐姿到站姿的变换，如图5、10-12所示。

本发明在充分分析坐姿、躺姿、站姿的三姿态运动特征的基础上，提出了一种可快速实现三姿态变换的机构方案，即在坐姿的基础上，通过驱动的顺时针和逆时针旋转，分别实现躺姿和站姿变换，整个机构仅需一个旋转驱动，结构简单、可靠性高，易于实现轮椅的轻量化。整个机构仅需一个旋转驱动，结构简单、可靠性高，易于实现轮椅的轻量化。通过靠背与腿托耦合运动实现躺姿，通过椅座与靠背耦合运动实现站姿，运动协调，符合人体在姿态变换过程的运动特征，变换机构、简单，可靠性高。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (7)

1.一种单旋转驱动三姿态变换的轮椅，其特征在于，包括：

座椅，其底面中间铰接设置有支架并与所述座椅围成四边形结构，且所述支架各边之间相互铰接；

靠背，其底部前侧与所述座椅后侧铰接，底部后侧与所述支架的后侧边固定连接；

腿托，其上部与所述座椅和所述支架铰接；

车轮架，其顶部铰接设置在所述座椅和所述支架的铰接处；

锁定杆，其倾斜设置，其一端与所述座椅后侧可断开式铰接，另一端与所述腿托下部可断开式铰接，中部与所述车轮架铰接，且能够绕水平垂直所述车轮架方向旋转；

驱动机构，用于驱动所述支架与所述座椅围成的四边形发生运动形变，实现轮椅姿态变化；

其中，当轮椅处于坐姿时，所述锁定杆一端与所述座椅后侧铰接，另一端与所述腿托下部铰接；当轮椅处于躺姿时，所述锁定杆一端与所述座椅后侧铰接，另一端与所述腿托下部断开铰接；当轮椅处于站姿时，所述锁定杆一端与所述座椅后侧断开铰接，另一端与所述腿托下部铰接；

所述支架包括：

竖连杆，其一端与所述座椅前侧铰接；所述竖连杆和所述座椅前侧铰接为固定铰链铰接，使得在轮椅的三姿态变换中，保持位置不变；

横连杆，其与所述座椅平行设置，且一端与所述竖连杆另一端铰接；

弯折连杆，其为中部弯折结构，且中部与所述座椅后侧铰接，所述弯折连杆一端与所述横连杆另一端铰接并与所述竖连杆平行设置，另一端与所述靠背固定连接。

2.如权利要求1所述的单旋转驱动三姿态变换的轮椅，其特征在于，所述座椅包括：

椅板；以及

第一铰接座，其设置在所述椅板底部前侧，且与所述竖连杆一端铰接；

第二铰接座，其设置在所述椅板底部后侧，且与所述弯折连杆中部铰接；

第三铰接座，其设置在所述第一铰接座和第二铰接座之间，且靠近所述第二铰接座设置在所述椅板上，并与所述锁定杆一端可断开式铰接。

3.如权利要求2所述的单旋转驱动三姿态变换的轮椅，其特征在于，所述靠背包括：

背板，以及

靠背连接杆，其倾斜向下设置，且一端与所述背板底部固定连接，另一端与所述第二铰接座和所述弯折连杆中部铰接；

靠背斜连杆，其倾斜向上设置，且一端与所述背板顶部固定连接；

靠背竖直杆，其平行所述背板设置，其一端与所述靠背斜连杆另一端固定连接，另一端与所述弯折连杆另一端固定连接。

4.如权利要求3所述的单旋转驱动三姿态变换的轮椅，其特征在于，所述腿托包括：

托板；以及

第四铰接座，其倾斜向上固定设置在所述托板上部，且与所述第一铰接座铰接；

第五铰接座，其垂直固定设置在所述托板下部，且与所述锁定杆另一端可断开式铰接；

第六铰接座，其垂直设置在靠近所述第四铰接座的所述托板上，且位于所述第四铰接座和第五铰接座之间，并与所述横连杆一端铰接。

5.如权利要求4所述的单旋转驱动三姿态变换的轮椅，其特征在于，所述驱动机构包括：

减速箱；以及

驱动电机，其输出端通过所述减速箱与所述第一铰接座、第四铰接座和竖连杆一端连接，用于驱动所述支架与所述座椅围成的四边形发生运动形变，实现轮椅姿态变化。

6.如权利要求5所述的单旋转驱动三姿态变换的轮椅，其特征在于，当轮椅由坐姿向躺姿变换时，所述驱动电机施加顺时针力矩。

7.如权利要求6所述的单旋转驱动三姿态变换的轮椅，其特征在于，当轮椅由坐姿向站姿变换时，所述驱动电机施加逆时针力矩。