CN109906153A - 双状态脚轮和方法 - Google Patents

Abstract

一种具有脚轮头部的双状态脚轮装置，其具有被配置成改变所述脚轮装置的转向轴线的状态改变枢轴。具有制动控制线缆的制动系统并入到所述脚轮装置内，其中所述状态改变枢轴和所述制动系统被配置成允许车轮回转，而不干扰所述制动控制线缆。

Description

双状态脚轮和方法

相关申请的交叉引用

本申请是2016年11月10日提交的主题为“双状态脚轮-角度追踪(Dual-StateCaster-Angle Tracking)”的美国临时申请第62/420,383号的非临时申请，且要求所述临时申请的优先权，所述临时申请在此被以引用的方式并入。

背景技术

在轮式车辆转向中，存在三种传统的公认方式。以下描述涉及无转向杆系的人力车辆，但也适用于具有或无转向杆系的动力车辆。

前转向在美国是常见的。其工作良好在于其使车辆高效地循迹，意味着固定的后轮对转动施加拖力，从而使车辆变直且向前移动。劣势可包含整个车辆必须成直线以穿过窄的开口，并且在从后面推动的推车的情况下，转向是在与引起转动所需要的力相对的端处——装满了的购物车需要来自在后面的推车人的大量力矩以改变前面的转动角度。如本文所用，“推车”包括连接一个或多个脚轮的任何装置。推车的说明性示例包括推车、轮椅和购物车。

后转向在欧洲常见。因为与更容易通过倒进空间内来停车相同的原因，所以其在一些方面更机动灵活。推车人也可在转向时直接施加转动力矩。劣势可为不稳定性。如果在无人看管的情况下滚动，则前面的固定轮阻力可能会使推车旋转以向后滚动。

四轮转向更不太常见，但其见于例如建材商店和仓库。特别是对于大型推车，它可以提供显著的机动性，并允许推车轻松地停放、移动通过或进入两轮转向车可能卡住的空间。缺点可能是很少或没有循迹，导致重负载的推车难以转向和控制。

通常使用传统的脚轮，后轮转向会使脚轮车辆在高速下不稳定，导致它们旋转并向后行驶，但前轮转向可能会导致车辆卡在门口，并需要预先规划以在狭窄的空间中行驶。四轮转向对于通过紧凑的空间可能很好，但在巡航速度下可能没用。在高速下的转弯可使四轮转向车辆不可控制地过度转向，并自旋360度。

因此，尽管脚轮已使用多年，但传统设计仍可以改进，以解决上述部分或全部缺点。

发明内容

提供一种脚轮装置，其具有转向轴线和被配置成旋转连接到车轮的脚轮头部，其中所述车轮关于所述脚轮头部围绕所述转向轴线回转。所述脚轮头部具有上部枢转组件，其围绕状态改变枢轴旋转连接到下部外壳，其中所述状态改变枢轴被配置成改变所述脚轮装置的所述转向轴线。所述上部枢转组件与所述下部外壳或其他构件之间的界面容纳并限制所述上部枢转组件围绕所述状态改变枢轴的旋转。延伸穿过所述下部外壳的回转枢轴容纳制动控制线缆以允许所述车辆关于所述脚轮头部的回转，而不受所述制动控制线缆的干扰。

附图说明

当结合附图理解时，从实施例的描述最好地理解本发明，所述附图描绘本发明的说明性实施例。

图1描绘了一个常规的脚轮。

图2描绘了有角度的脚轮的说明性实施例。

图3展示了在与在图2中展示的方向相对的方向上行进的有角度的脚轮。

图4展示装备有状态改变枢轴的双状态有角度的脚轮，所述状态改变枢轴允许所述脚轮在其有角度的状态与垂直状态之间改变。

图5展示双状态有角度的脚轮，其自图4中展示的位置偏移旋转90度。

图6描绘在状态改变至垂直后的双状态有角度的脚轮。

图7展示在其垂直状态中的双状态有角度的脚轮300。

图8展示双状态有角度的脚轮被向前推且处于其垂直状态中。

图9A-B描绘双状态脚轮装置。

图10A-10D描绘了在不同旋转角度下在向前运动中的双状态脚轮装置。

图11A-11H描述了在不同旋转角度下反向运动的双状态脚轮装置。

图12A、图12B分别是双状态脚轮装置的正视图和放大横截面图，其中横截面图展示制动系统的一部分。

图13A、图13B分别是双状态脚轮装置的正视图和放大横截面图，其中横截面图展示制动系统的一部分，其中制动器与车轮分离。

图14A、图14B分别是双状态脚轮装置的正视图和放大横截面图，其中横截面图展示制动系统的一部分，其中制动系统与车轮接合。

图15是上部枢轴组件418的部分分解图。

图16描绘双状态脚轮装置的脚轮头部。

在图17中，一个双状态脚轮装置的脚轮头部，显示了一个车轮整流罩的支撑件。

图18描绘在升高助行椅上使用的双状态脚轮装置。

图19是具有双状态脚轮的升高助行椅的一部分的特写透视图。

图20A、图20B描绘了在扶手收回的情况下，处于降低位置的升高助行椅的后视图和侧视图。

图21A、图21B描绘了在扶手伸展的情况下，处于降低位置的升高助行椅的后视图和侧视图。

图22A、图22B描绘了在扶手伸展的情况下，处于在升起的位置中的升高助行椅的后视图和侧视图。

图23A、图23B分别描绘升高助行椅的正视图和升高助行椅的横截面，其中横截面展示制动系统的一部分。

图24A-C分别显示了升降式步行椅的正视图，通过升高助行椅的扶手的横截面图，以及另一个扶手横截面图，分别显示了制动输入臂和制动操纵杆的备用位置。

图25描绘了扶手和制动系统的部分。

图26A、图26B分别展示双状态脚轮的后视图和侧视图，其中状态改变枢轴轴线从向前运动转变到向后运动。

图27A-D展示双状态脚轮装置在其围绕转向轴线旋转以从向前运动转变到向后运动时的仰视图。

图28A、图28B分别展示双状态脚轮的后视图和侧视图，其中状态改变枢轴轴线从向后运动转变到向前运动。

图29A-D展示双状态脚轮装置在其围绕转向轴线旋转以从向后运动转变到向前运动时的仰视图。

图30描绘其中轮胎具有正方形横截面剖面运动的双状态脚轮装置，其中所述脚轮装置正从向前运动过渡到向后运动。

图31描绘其中轮胎具有正方形横截面剖面运动的双状态脚轮装置，其中所述脚轮装置正从向后运动过渡到向前运动。

图32所示为升高助行椅的俯视图，所述升高助行椅显示有制动控制电缆的扶手。

图33是带延伸扶手的升高助行椅的透视图，该扶手可容纳并启动制动系统。

具体实施方式

在多数情况下将脚轮头部的角度倾斜使其倾向于在给定方向上转向。这个效应由以下事实引起：当头部角度垂直时，脚轮旋转不使头部高度上升或下落，但改变脚轮头部角度使脚轮不围绕水平面旋转，而是稍微与其成角度。这使车轮贯穿其旋转过程上下提升脚轮头部(和连接的车辆)。如果这个轴线的顶部朝向车辆的前方倾斜，那么车辆的重量将影响脚轮向后旋转，因为脚轮头部然后处于其最低位置处。对应地，脚轮将展现在向前方向上追踪(track)车辆的趋势。

将脚轮头部角度向前倾斜具有有效地使脚轮轨道向前的效果。在四轮车辆上，如果前脚轮自由地围绕其转向轴线旋转，并且后脚轮类似地自由，但其头部向前成角度，那么车辆可具有所有三个前面提到的组合的正面特性，而无许多负面特性。和前转向一样，车辆可在向前定向上循迹；和后转向一样，车辆的后面也可转向以穿过门口；并且和四轮转向一样，可在任一定向上操纵车辆进入或穿过狭窄的空间。总的来说，车辆在转弯时可能表现出轻微的转向过度倾向，可以通过改变脚轮头部角度和偏移来调整转向过度，目的是车辆的前后轮至少将基本上自动对齐，以便通过狭窄的空间，如门口。此外，车辆上的重量越大，有角度的脚轮可能越希望沿所需方向循迹，因此效果可能与负载成比例。

例如，在轴距为30英寸、直径为8英寸、偏移量为2.5英寸的车辆上，当脚轮向顶部前方成角度3度时，脚轮的脚轮头部角度开始引起轻微向前循迹，性能通常改善到约7度。从7度向上，循迹增大，在10度时变强，且在12度时变严重。随着脚轮头部角度增大，机动性对应地降低。增大脚轮头部角度也会增加脚轮摆振的趋势，要求脚轮头部在较高角度下倾斜，以增加转向头阻尼，直到循迹效应不再有用，因为增大的阻尼进一步降低机动性。

通过改变从垂直线到车轮行驶的表面的转向轴角度(例如，在3-15度之间)，且脚轮独立地偏移，可以按比例调整所述效应以适应不同的车轮尺寸和轴距，允许有角度的脚轮跟踪在各种类型的表面上有效地适用于不同尺寸的车辆和车轮类型。说明性脚轮转向轴线角度范围为约3°～15°、约5°～10°和约6°～8°。说明性偏移范围为约1英寸～5英寸、2英寸～4英寸和约2.5英寸～3.5英寸。随着轴距(即，在前车轮组与后车轮组之间的距离)增大，距垂直面的最适宜转向轴线角度更小。关于“最适宜”转向轴线角度，是指性能处于峰值时的角度，例如，当通过相对小的力使车轮从向前位置移动到反向位置时。

根据以上描述的实施例的具有有角度的转向轴线的脚轮可仍然抵抗倒退，并可能在这个状况下不稳定，因为脚轮头部和连接的车辆被上升到较高位置。当反向时，此车辆可自发地转向到允许脚轮旋转以便将车辆相对于地面降低的方向。

然而，如果脚轮头部角度自身实质上自由地从有角度的状态枢转到正常垂直状态，那么倒退使头部角度从有角度改变到垂直。装备有这些‘双状态’脚轮的车辆可因此以改善的方式运转。其具有后方装备的有角度的脚轮的优势，并且没有劣势，因为倒退使头部角度将状态改变到垂直定向，因此基本上“禁用”循迹，并且随后的向前运动使脚轮枢转回到有角度的循轨状态。如本文中使用的术语“垂直”可能并非精确地铅垂，或精确地垂直于水平面。取而代之，所述术语意味着垂直或近垂直(也被称作“大致垂直”或“大约垂直”等等)，以考虑施工容差和装置定位于其上的地形的水平度。类似地，术语“水平面”可不指示真实的水平面。

因此，在本文件中，脚轮的旋转角度将在极坐标系中标出，其中将零度定义为当连接的车辆正在向前的方向上行进(伴有偏移)且因此车轮指向向后方向时脚轮的位置；且将+/-180度定义为当连接的车辆正在向后的方向上行进(伴有偏移)且因此车轮指向向前方向时脚轮的位置。由于脚轮性能独立于旋转方向，因此将只考虑180度的半球。

双状态脚轮角度循迹的操纵特性至少部分独立于脚轮角度的枢转位置。可以证明，当轮胎在地面上的接地面直接在与后脚轮的枢转轴线相交的横向水平线下方时，倾向于发生脚轮角度的状态改变。在一个实施例中，当脚轮处于其有角度的状态中时，这条轴线的位置在胎面接地面正上方，并从其向前行进位置旋转大致90度。该枢转位置允许脚轮角度循迹在向前行进的任一侧上相对稳定到90度。对于处于该有角度状态的脚轮，车辆通常倾向于沿向前方向循迹，并且即使当车辆被侧向推动时，通常也将恢复该向前循迹。当如本文其他地方所述，当在向后方向上在这个180度或自由回转弧外推动时，将发生状态改变，并且由于角度的转向轴而导致的循迹将被“禁用”，从而允许车辆基本上向后移动，很少或没有循迹。

对于多数配置，在轮胎与地面的胎面接地面前方的枢转位置将有利于脚轮枢转到其有角度的状态，而在胎面接地面后的枢转位置将倾向于有利于脚轮枢转到其垂直状态。因此，当枢转轴线在轮胎接地面上方时，状态改变发生。另外，在从有角度改变到垂直状态过程中，因为接地面保持处于地面上基本上相同位置，所以车辆稍微向后移动，使枢转轴线与它一起向后。随着枢转轴线向后移动，这个位置现在有利于脚轮角度保持处于其垂直状态中。因此，具有处于垂直状态的后脚轮的车辆可以相对自由地在大于180度的范围内向后转向(精确的弧度由脚轮偏移确定)。举例来说，这可允许坐在此车辆中的乘客从工作表面推开，相对自由地侧向移动，然后返回到工作表面不同位置处，具有极少或没有在侧向或稍微向前运动期间参加循迹的风险。仅当使车辆在向前方向上移动阈值量时，脚轮将改变回到有角度的状态。

脚轮枢轴轴线在地面上方的高度还影响状态改变发生的方式。靠近车轮的顶部的低位置允许状态改变不费力地发生，而较高位置需要更大的努力。另外，枢轴轴线的位置越高，整个变化期间轴距长度的变化越大。由于这些原因，对于大多数目的，枢轴轴线高度理想地应该是低的。说明性范围在车轮的顶部上方的一个轮直径内。当希望不太容易实现状态变化时，或者如果优选在状态变化之间改变轴距，则可以使用2-3个车轮直径之间的较高位置。

图1描绘常规脚轮100，其具有围绕水平转向轴线a 112转向的车轮110。脚轮的向前方向在图上由箭头指示。叉形件114连接到在枢轴112与对置的枢轴(未展示)之间延伸的轮轴。脚轮头部116由叉形件114延伸。叉形件114相对于脚轮头部116围绕垂直轴线122枢转，垂直轴线将被称作“转向轴线”。因此，常规脚轮，不管是展示的类型还是其他，具有围绕水平轴线旋转的车轮与允许车辆围绕垂直轴线转向的脚轮头部的共同特征。穿过脚轮头部116的中心a的垂直旋转轴线与穿过枢轴112的垂直线偏移距离o，即，或车轮110的中心b和轮胎与地面的轮胎接地面(tire contact patch)c 111。对于常规脚轮，穿过点a和b的垂直线之间的垂直距离为偏移o。除了使用术语“偏移”作为距离之外，所述术语还用来描述跨越所述偏移距离的线或分量，例如，通过参考偏移旋转、拖尾(trailing)等。

脚轮头部116高出地面一定高度h。当脚轮围绕其转向轴旋转时，h保持不变，因为偏移在水平面上旋转。在这个条件下，脚轮将在所有方向上自由地转向，其偏移位于转向轴线之后。

图2描绘有角度的脚轮200的说明性实施例，其中与常规脚轮不同，转向轴线从垂直面v倾斜。向前方向在图上由箭头指示。车轮210围绕水平轴线在枢轴212处枢转。叉形件214连接到在枢轴212与对置枢轴(未展示)之间延伸的轮轴。脚轮头部216从叉形件214延伸。叉形件214相对于脚轮头部216围绕非垂直转向轴线222枢转。转向轴线222与垂直面的成θ角度。针对这个脚轮配置的脚轮偏移是从非垂直转向轴线到车轮的中心b的垂直距离。因为偏移不再在水平面上旋转，而是与其成角度，所以高度h不再是恒定的，而是在整个脚轮旋转中变化。在图2中展示的定向上，脚轮头部216的中心a现在比高度h低的量为x。(这个量通过公式x＝sinθx o来确定，其中x是距地平面的提升距离，θ是头部角度，且o是偏移)。因此，在这种配置中，由于转向轴线216的倾斜，当车轮210绕非垂直转向轴线222旋转时，即当它从前向运动转向反向运动时，车轮210受到“提升力”。

图3展示在与图2中展示的方向相对的方向上行进的有角度的脚轮200，其偏移位于转向轴线222后面180度(围绕转向轴线测量)到其如在图2中展示的位置。脚轮头部216的中心a现在比高度h高的量为x。总高度改变为2x。

对应地，有角度的脚轮200将通常展示在于图2中指示的方向上转向的趋势，因为为了它旋转到图3中展示的位置，它必须升高脚轮头部216和连接的车辆更远离地面。此类转向偏置将被称作“循迹”，因为装备到车辆的脚轮在允许其在任一方向上转向时将使那个车辆优选地在所要的方向上转向或循迹。循迹的量受到脚轮角度和偏移影响。在地面上的接地块的大小和转向头部摩擦也将影响循迹，但通常在较小的程度上。车轮直径自身将不显著地改变所述效应，这是由于轮胎接地块垂直地处于车轮轮轴下方，但随着接地块长度增大，有效的偏移将减小。例如陀螺效应的高速假象(High-speed artefacts)也可相关。

当沿图3所示的方向(此后称为向后行进方向)推动时，有角度的脚轮200可能表现出不稳定的转向。这是因为脚轮头部216和连接的车辆处于其旋转中的最高点，从而使偏移倾向于在朝向其优选的向前行进定向的任一方向上转向离开。虽然装备有这些有角度的脚轮中的一个或多个的车辆可在向前方向上很好地循迹，但侧向和向后操纵将有可能证明为困难的。

图4展示装备有状态改变枢轴p 302的双状态有角度的脚轮300，所述状态改变枢轴允许所述脚轮在其有角度的状态与垂直状态之间改变。当脚轮在向前行进定向(展示具有将车轮310指向后的偏移)上时，状态改变枢轴302应定位于车轮310的轮胎接地面c 311的前方，用于脚轮稳定地处于有角度的状态中。

图5展示双状态有角度的脚轮300，具有其从图4中展示的位置旋转90度的偏移。在一个实施例中，当将偏移从向前行进定向旋转90度时，轴线p 302的位置可放置于沿着与地面上的轮胎接地面c311相交的垂直线的选定点处，且脚轮处于其有角度的状态中，如图所示。当向后推动时，这个脚轮将旋转90度，在所述点，轮胎接地面c311处于枢轴轴线正下方：到垂直的状态改变将要发生。因此，在大致90度下，可达成向前循迹与向后机动性之间的最适宜平衡。因此，在示范性实施例中，当车轮旋转到为大致或处于距向前行进位置90度的位置时(当转向轴线与回转轴线成角度时)，状态改变枢轴在接地面上方的垂直线上。有角度的车轮位置的说明性范围包含45度到135，和75度到105度。

图6描绘在状态改变到垂直后的双状态有角度的脚轮300。在从有角度到垂直的状态改变期间，接地面保持实质上在地面上的相同位置，同时脚轮围绕那个点旋转。这使脚轮枢轴轴线p 302相对于轮胎接地面c 311向后移动，因此在状态改变后，这个状态稳定。

图7展示在其垂直状态中的双状态有角度的脚轮300。在这个定向上，脚轮展现极少或没有优选转向或循迹方向，因此连接的车辆将相对自由地在任何向后方向上转向。

图8展示仍然在其垂直状态中的双状态有角度的脚轮300，但现在被向前推。任何进一步的向前运动将使脚轮改变回到其有角度的状态。与图5中不一样，将脚轮偏移旋转多于90度到其向后方向。这意味着脚轮将保持在这个向后方向的大于180的弧上自由转向。如本文中所使用，“自由转向”指具有与垂直重合的回转轴线的脚轮装置。当装置不是“自由转向”时，将其朝向在特定方向上移动偏置。虽然始终超过180度，但精确弧由偏移o的程度确定。

图9A-B描绘体现以上描述的脚轮特征的说明性双状态脚轮装置400。图9A展示双状态脚轮装置400的正视图，且图9B描绘双状态脚轮装置400的向前运动侧视图。双状态脚轮装置400具有在枢轴430、432围绕水平轴线旋转的车轮410。叉形件414通过枢轴连接到轮轴。脚轮头部416连接到叉形件414和推车框架426，并且提供关于非垂直转向轴线的旋转。脚轮头部416包括上部枢转组件418和下部外壳420。上部枢转组件418围绕状态改变枢轴422向后和向前枢转。上部枢转组件418和下部外壳420在其界面424处并不相互齐平。取而代之，如可在图9B中看出，沿着界面424的一部分存在间隙，其允许上部枢转组件418围绕状态改变枢轴422旋转，直到上部枢转组件418与外壳420接地。上部枢转组件418围绕状态改变枢轴422枢转，间隙与图9A中展示的间隙相对地打开。也可使用允许围绕枢轴状态改变422的旋转且提供对旋转量的限制的其他结构配置和机构，诸如，固定到下部外壳420的外壳。举例来说，脚轮头部416因此可垂直地或按倚靠在相反的行进方向上的非垂直角度定位。

图10A-10D描绘在各种回转度下的在向前运动中的双状态脚轮装置400。图10A、10B描绘双状态脚轮装置400的向前运动，其中叉形件414已相对于外壳420回转45度。图10A描绘双状态脚轮装置400的后视图，其中反向运动进入页面。图10B展示在如由方向箭头展示的向右的向前运动中的双状态脚轮装置400的侧视图。图10C、10D描绘双状态脚轮装置400的向前运动，其中叉形件414已相对于外壳420回转90度。图10C描绘双状态脚轮装置400的后视图，其中运动进入页面。图10D展示在如由方向箭头展示的向右的向前运动中的双状态脚轮装置400的侧视图。

图11A-11H描绘在各种回转度下的在反向运动中的双状态脚轮装置400。图11A、11B描绘双状态脚轮装置400的反向运动，其中叉形件414已相对于外壳420回转90度。图11A描绘双状态脚轮装置400的后视图，其中反向运动离开页面。图11B展示在如由方向箭头展示的向左的反向运动中的双状态脚轮装置400的侧视图。图11C、11D描绘双状态脚轮装置400的反向运动，其中叉形件414已相对于外壳420回转135度。图11C描绘双状态脚轮装置400的后视图，其中反向运动离开页面。图11D展示在如由方向箭头展示的向左的反向运动中的双状态脚轮装置400的侧视图。图11E、11F描绘双状态脚轮装置400的反向运动，其中叉形件414已相对于外壳420回转180度。图11E描绘双状态脚轮装置400的后视图，其中反向运动离开页面。图11F展示在如由方向箭头展示的向左的反向运动中的双状态脚轮装置400的侧视图。图11G、11H描绘双状态脚轮装置400的反向运动，其中叉形件414已相对于外壳420回转180度。图11A描绘双状态脚轮装置400的后视图，其中反向运动离开页面。图11B展示在如由方向箭头展示的向左的反向运动中的双状态脚轮装置400的穿过图11G的F-F剖面的侧面剖视图。

图12A-12B、图13A-13B和图14A、14B描绘展示制动系统440的双状态脚轮装置400。图12A为双状态脚轮装置400的正视图。图12B是沿着图12A的剖面E-E截取的横截面。图12B展示包括上部枢转组件418和下部外壳420的脚轮头部416。上部枢转组件418相对于下部外壳420围绕状态改变枢轴422旋转。上部枢转组件418与下部外壳420在界面424处不相互齐平以允许上部枢转组件418围绕状态改变枢轴422旋转。

制动系统440包含穿过推车框架426、且进一步穿过下部外壳420中的回转枢轴454中的开口444、且再进一步穿过车轮整流罩(wheel faring)448中的开口446安置的制动控制线缆442。制动控制线缆442经由制动线缆回转轴承452固定于制动杆450中。制动控制线缆442安置于在制动杆450上方延伸的压缩弹簧460内。制动控制线缆442可按以下任一方式螺纹穿过和连接到脚轮装置，所述方式允许其通过车轮410的制动运动来充当制动控制线缆，且仍然确保其将不干扰脚轮功能，且脚轮功能不干扰制动动作。

下部外壳420围绕回转枢轴454的旋转受到上部球轴承456、下部球轴承458和内回转套圈462促进。紧固螺钉460将上部枢转组件418固定到下部外壳420。

当制动控制线缆442被拉离车轮410时，制动杆450围绕制动枢轴464旋转，由此与车轮410接合且减缓或制动旋转运动。当制动控制线缆442被拉离车轮410时，将压缩弹簧460压缩。当释放制动控制线缆时，压缩弹簧460扩张到它的自然位置，这将使制动杆450围绕制动枢轴460旋转回到释放车轮410上的力或与车轮410的摩擦的位置。

图13A描绘双状态脚轮装置400的正视图，图13B是沿着图13A的剖面G-G截取的横截面图。图13B展示在其自然扩张状态中的弹簧460。制动杆450因此不与车轮410接合。

图14A描绘双状态脚轮装置400的正视图。图14B是沿着图14A的剖面H-H截取的横截面图。图14B展示在压缩状态中的弹簧460，压缩状态指示制动控制线缆442已被拉离车轮410。这使制动杆450旋转以与车轮410接合，且因此产生制动效应。

图15是上部枢转组件418的分解图。上部枢转组件418的上部枢转组件基底466位于下部外壳420中。一个或多个螺钉468将上部枢转组件基底466紧固到下部外壳420。枢转框架478配合于状态枢转支撑件472上。状态枢转螺栓470延伸穿过状态枢转支撑件472、第一状态枢转轴套474和第二状态枢转轴套476。制动控制线缆442延伸穿过下部外壳420中的开口444。图15进一步展示车轮整流罩448和叉形件414。

图16和17分别描绘具有或没有包括车轮整流罩448和叉形件414的组合件的双状态脚轮装置400。图16展示穿过下部外壳420中的开口444安置的制动控制线缆442。还展示的是枢转框架478、状态枢转螺栓470和穿过下部外壳420中的开口444安置的制动控制线缆442。

在图17中，车轮整流罩支撑件480可见。车轮整流罩支撑件480支撑车轮整流罩448，并提供下部外壳420和脚轮头部416相对于车轮整流罩448和叉形件414的恰当定位。

图18描绘双状态脚轮装置400的说明性应用。图18描绘升高助行椅500。升高助行椅500具有双状态脚轮装置502A-502D，其分别将车轮504A-504D分别连接到框架组件506A-506D。展示搁脚板508A安置于双状态脚轮装置502A与框架组件506A之间。展示搁脚板508B安置于双状态脚轮装置502B与框架组件506B之间。搁脚板504A、504B是可选的，且可并入到具有其它组件配置的升高助行椅500内。框架组件506A-506D也可不同地配置。搁脚板、框架510和其组件(例如，框架组件506A-D)和其它升高助行椅组件可变化，只要其满足允许用户坐在椅中或将其用作支撑以使用户在变化的座位高度中凭自己的腿力行走的既定功能。

图18展示四个双状态脚轮装置502A-502D——两个前双状态脚轮装置502A、502B和两个后双状态脚轮装置502C、502D。可在仅前部位置或仅后部位置中并入双状态脚轮装置502。单个的，任何形式的后双状态脚轮装置502也是可能的。

图19是升高助行椅500的一部分的特写透视图。每一双状态脚轮装置502A、502C、502D具有分别在界面524A、524C、524D处连接到上部枢转组件518A、518C、518D的下部外壳520A、502C、502D。注意，界面524A包含定位于下部外壳520A与上部枢转组件518A之间的搁脚板508A。

图20A、20B描绘在降低的位置中的升高助行椅500的两个视图，其中扶手缩回。图20A是升高助行椅500的后视图，且图20B是升高助行椅500的左侧视图。如用以描述升高助行椅500，“左”和“右”是从使用者在坐在装置中时的视野。图20A、20B展示在其最低位置处的座位524。扶手526R、526L处于缩回的位置中。

图21A、21B描绘在降低的位置中的升高助行椅500的两个视图，其中扶手伸展开。图21A是升高助行椅500的后视图，且图21B是升高助行椅500的左侧视图。座位524处于其最低位置处。扶手526R、526L处于伸展开的位置中。

图22A、22B描绘在上升的位置中的升高助行椅500的两个视图，其中扶手伸展开。图22A是升高助行椅500的正视图，且图22B是升高助行椅500的左侧视图。如与图20A、20B和21A、21B中展示的降低的位置相比，座位524处于升高的位置处。扶手526R、526L处于伸展开的位置中。

各种其它类型的推车可包含根据本文中描述的实施例的多个脚轮装置。具有双状态脚轮的推车可为人力推进或由电动机推进。在电动的实施例中，电动机被配置成对向车轮施加运动。电子控制单元功能地连接到电动机并被配置成将运动施加到脚轮装置的车轮和控制所述脚轮装置的车轮的方向。电子控制单元可包括一个或多个处理器、存储器、传感器和可由所述处理器执行以经由脚轮装置对推车提供所要的移动的计算机代码。

进一步说明性的推车包括意图由人或动物装置提供动力的单轮或多轮推车，例如但不限于购物车、折叠式婴儿车、行李推车、轮椅、平板推车或推车；和自走式推车，例如但不限于助行器、轮椅或踏板车；或任何动力车辆，特别是那些转向特性可能受益于双状态有角度的脚轮的动力车辆。本发明的实施例包含具有如本文中描述的一个或多个脚轮的前述装置。在说明性实施例中，两个或多个脚轮用于美国专利申请15/326,113名称为“升高助行椅”中描述的升降助行器椅的任何实施例，该专利申请通过引用结合于此。

图23A是升高助行椅600的正视图，其具有制动系统且具有包含至少602A、602B的双状态脚轮装置。双状态脚轮装置602A、602B可具有与图9A-17中展示的双状态脚轮装置相同或类似的结构。

图23B是沿着图23A的A-A截取的横截面。将如从升高助行椅600的左侧查看来描述制动控制线缆642。类似的制动控制线缆可并入到右侧上的升高助行椅600内。制动控制线缆642操作性地连接到扶手626L，使得扶手626L的移动可操作制动系统。制动系统可以被配置成使得例如扶手626L的缩回，伸展或可枢转运动可以通过接合或释放制动器来操作制动系统以阻止或允许升高助行椅600的轮子的运动。各种路径可用于制动控制线缆642，只要其不妨碍制动控制线缆642的操作。

在图23B中，制动控制线缆642从扶手626L延伸到上部框架组件644，并可螺纹穿过上部框架组件644，如果中空或沿着其外部连接。上部框架组件644是扶手626与座椅安装块658之间的连杆。座椅安装块658支撑座位628。制动控制线缆642从在上部框架组件644与座椅安装块658的连接附近的上部框架组件644过渡到上部提升臂646。制动控制线缆642进一步螺纹穿过框架610的附加组件或在所述附加组件周围螺纹穿过，直到其固定于制动线缆回转轴承处，例如，由图12B、13B和14B中的制动线缆回转轴承452展示。

图24B是穿过如在图24A中展示的升高助行椅600的C-C的横截面图。图24B展示制动输入臂648的两个位置a、b。图24C是展示制动输入臂648的位置a、b的另一剖视图。制动输入臂648的旋转经由制动控制线缆642控制制动杆，例如，在图13B和14B中展示的制动杆450。制动输入臂648可通过制动控制杆650或与制动输入臂648接合以控制其旋转位置的其它制动控制组件或机构操作。制动控制组件也可直接控制制动控制线缆642。可使用各种类型的手柄。可使用实行对制动系统的必要动作的任何装置，且未必为手操作式的。还应注意，操作制动杆的其他配置包括在本公开内，只要它们不干扰它们所属的装置的操作。

进一步在图24B中展示的是扶手制动外壳652，其覆盖制动输入臂648。扶手下部连杆板654部分覆盖制动控制线缆642，且提供制动控制线缆642可穿过的开口656。

图24C展示连接到制动输入臂648的制动控制杆650。通过对制动控制杆650向上拉，制动输入臂648旋转，由此将制动控制线缆642拉离其在脚轮处的位置，且因此接合制动。举例来说，弹簧460(例如图13B，C中所示)可以通过制动控制杆650的作用被压缩，制动控制杆650又将制动杆450与车轮410接合。

图25描绘扶手626。扶手626具有在适当位置的扶手制动外壳652。扶手下部连杆板654展示具有螺纹穿过开口656的制动控制线缆。展示制动控制线缆642穿过上部框架组件644中的开口670安置。类似的扶手626R，626L可用于操作右轮和左轮上的制动器。

应注意制动杆，例如图1和2中所示的部件450，如图13B和14B所示，可以用其他制动机构代替，该制动机构可以由电缆642控制并且可以阻止车轮的运动。例子包括卡钳制动器，具有夹紧轮或轮辋的相对部件，以及直拉式悬臂制动器。

转回到操作或接合制动控制线缆642的机构，图32和33展示扶手660L、660R。在这个说明性实施例中，扶手660L、660R包括两个段—相对于彼此枢转的上部段664R、664L和下部段666R、666L。制动控制线缆部分662R、662L是相对于扶手660R、660L配置，使得上部扶手段664R、664L的移动将制动控制线缆部分662R、662L移位，因此控制连接到制动控制线缆部分662R、662L为其一部分的制动控制线缆的任一制动机构。

现将提供两状态改变条件的说明性描述。关于图26和图27A-27D，描述当从向前运动转变到向后运动，开始于成7度角度的转向回转轴线，且转变到垂直时的状态改变。关于图28和图29A-29D描述当从向后运动转变到向前运动，开始于在垂直位置的转向回转轴线，且转变到7度轴线时的状态改变。

该状态改变脚轮布置和任何连接的车辆的操纵特性至少部分地由发生状态改变的枢转位置确定，例如，分别在图13B和26B中的枢轴422或622。在说明性实例中，当将偏移从向前行进定向旋转90度时，枢转位置沿着与地面上的接地面相交的垂直线定位，且脚轮处于其有角度的状态中。状态改变枢轴422的位置不限于如所展示的脚轮配置，例如，在图2或12B中，而可在那条垂直线上别处，因为沿着这条线升高或降低枢转位置也将影响操纵特性。举例来说，枢轴可定位到脚轮头部的中心的后面。

当将脚轮向后推时，偏移使轮胎旋转，直到接地面基本上处于枢转轴线正下方。在这个接合点，通常需要比继续围绕转向轴线旋转脚轮将需要的力少的力来起始从脚轮的有角度到垂直的状态改变—归因于围绕转向轴线旋转车轮使车辆上升得更远。因此，如果枢转轴线在垂直线上，那么连接的车辆将展现在向前方向上的循迹，并且即使在从其向前方向被扰动到90度时也将恢复该向前方向。

在说明性实施例中，一旦到垂直的状态改变已发生，那么位于任何数目个状态改变脚轮上的车辆将自由地向后或侧向转向。侧向转向稳定性可因以下事实而增强：在从有角度到垂直的状态改变期间，枢轴轴线向轮胎在地面上的接地面后方移动，并且这样，针对大于180度的旋转保持向后，直到它再次越过接地面，从而起始状态改变回到有角度。

图26A、26B展示状态改变枢转轴线672，上部枢转组件618围绕状态改变枢转轴线672相对于框架610围绕转向轴线旋转。图26A为双状态脚轮装置602的后视图，且图26B是侧视图。

图27A-27D展示从底部看的双状态脚轮装置602在其围绕转向轴线旋转以从向前运动转变到向后运动时的视图。图27A突出车轮604，其中叉形件614在位置零可见。在这个位置中，车轮604与向前运动方向成直线。接地面由标号674标识。接地块面674在状态改变枢转轴线672所驻留的垂直平面“显著”的后方。如将由以下图27A-27D看出，接地面674相对于状态改变枢转轴线672的位置随着双状态脚轮装置602围绕其转向轴线旋转而改变。图27B突出处于45度角度的车轮604。在45度位置处，接地面674仍然在状态改变枢转轴线672后方，但移位得不如在零位置处时距其远。图27C突出在90度角度的车轮604。在90度，接地面674尚未在状态改变枢转轴线672之下，但是已移动得“显著”更靠近。图27D突出在104度角度的车轮604。在104度，接地面674在状态改变枢轴轴线672之下，即，与其对准。因此，围绕转向轴的旋转的零位置到104度构成了限定具有七度的最大转向轴角度的这种特定双状态脚轮装置602的“自由旋转状态”的弧。

图28A、28B展示状态改变枢转轴线672，上部枢转组件618围绕状态改变枢转轴线672相对于框架610围绕转向轴线旋转。图28A为双状态脚轮装置602的后视图，且图28B是侧视图。

图29A-29D展示从底部看的双状态脚轮装置602在其围绕转向轴线旋转以从向后运动转变到向前运动时的视图。图29A突出车轮604，其中叉形件614在位置180度可见。在这个位置中，车轮604与向前运动方向成直线。接地面由标号674标识。接地面674在状态改变枢转轴线672所驻留的垂直平面“显著”前方。如将由以下图29A-29D看出，接地面674相对于状态改变枢轴轴线672的位置随着双状态脚轮装置602围绕其转向轴线旋转而改变。图29B突出处于135度角度的车轮604。在这个位置处，接地面674仍然在状态改变枢转轴线672前方，但移位得不如在180度位置处时距其远。图29C突出在90度角度的车轮604。在90度，接地面674尚未在状态改变枢轴轴线672之下，但是已移动得“显著”更靠近。图29D突出在68度角度的车轮604。在68度，接地面674在状态改变枢转轴线672之下。因此，围绕转向轴线的180度旋转位置到正和负68度构成了限定具有最大转向轴角度7度的这种特定双状态脚轮装置602的“自由旋转状态”的弧。因此，当其它参数相同时，在向后运动期间的自由回转状态弧的大小比在向前运动期间的自由回转状态弧大。

影响自由回转状态弧的大小的其它因素包括例如车轮是圆形还是正方形剖面(squarer profile)(如下将描述)、脚轮偏移的大小和(在一些情况下)车轮的坚固性。

图30描绘针对从向前运动到向后运动的转变的双状态脚轮装置702。图30展示正方形剖面轮胎704当其处于93度的角度，当围绕转向轴线旋转时的接地面774。在93度旋转下，接地面774处于状态改变枢转轴线772正下方。

图31描绘针对从向后运动到向前运动的转变的从下方看的双状态脚轮装置702。图30展示正方形剖面轮胎704当其处于84度的角度，当围绕转向轴线旋转时的接地面774。在围绕转向轴线的84度旋转下，接地面774处于状态改变枢转轴线772正下方。

本文中描述的双状态脚轮实施例可保持前轮转向，但使后端更灵活。此外，车轮可像常规脚轮一样旋转，但在所要的方向上循迹，并允许连接不同类型和大小的轮胎以应对不同表面。另外，车轮可像常规脚轮一样旋转且在所要的方向上循迹，但方向却可反向，没有或具有最小的不想要的方向偏差。因此，双状态脚轮的实施例可提供较之常规脚轮的技术进步。

术语“向后”和“向前”被广义地使用，且包含除了直的向前或向后之外还有的运动。

已描述本发明的各种实施例，每一个具有元件的不同组合。本发明不限于公开的具体实施例，且可包含公开的元件的不同组合、一些元件的省略或元件由此类结构的等效物的替换。

虽然本发明已通过说明性实施例来描述，但额外优势和修改将被所属领域的技术人员想到。因此，本发明在其较宽泛的方面不限于本文中展示和描述的具体细节。举例来说，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可进行对尺寸、特征组合和其上可使用脚轮的装置的修改和等效组件的并入。因此，希望本发明不限于具体说明性实施例，而是在所附权利要求书和其等效内容的完全精神和范围内来解释。

Claims (20)

1.一种脚轮装置，其包括：

转向轴线；

脚轮头部，其被配置成旋转连接到车轮，其中所述车轮关于所述脚轮头部围绕所述转向轴线回转；

所述脚轮头部具有上部枢转组件，所述上部枢转组件围绕状态改变枢轴可枢转地连接到下部外壳；

其中所述状态改变枢轴被配置成改变所述脚轮装置的所述转向轴线；

在所述上部枢转组件与所述下部外壳之间的界面，其容纳并限制所述上部枢转组件围绕所述状态改变枢轴的旋转；以及

回转枢轴延伸穿过下部壳体，旋转枢轴构造成允许车轮相对于脚轮头部围绕旋转轴线旋转，其中所述车轮自所述回转轴线偏移。

2.根据权利要求1所述的脚轮装置，其中所述状态改变枢轴被配置成按在距垂直面3度到15度的范围中的角度改变所述脚轮装置的所述转向轴线。

3.根据权利要求2所述的脚轮装置，其中所述状态改变枢轴被配置成按在距垂直面5度到10度的范围中的角度改变所述脚轮装置的所述转向轴线。

4.根据权利要求1所述的脚轮装置，其中所述状态改变枢轴被配置成按在距垂直面6度到8度的范围中的角度改变所述脚轮装置的所述转向轴线。

5.根据权利要求1所述的脚轮装置，其中：

所述车轮具有接地面；

其中在所述脚轮的向前运动期间，所述接地面在所述状态改变枢轴后方，且随着所述脚轮装置转变到向后运动，所述接地面在所述状态改变枢轴下穿过，且在所述脚轮的向后运动期间，所述接地面在所述状态改变枢轴前方；且

其中当所述脚轮装置从向前运动转变到向后运动时，所述转向轴线穿过垂直面转变。

6.根据权利要求5所述的脚轮装置，其中当所述转向轴线与所述回转轴线成角度时，当所述车轮旋转到为大致90度的位置时，所述状态改变枢轴在所述接地面上方的垂直线上。

7.根据权利要求5所述的脚轮装置，其中当所述转向轴线与所述回转轴线成角度时，当所述车轮旋转到在45度到105度的范围中的位置时，所述状态改变枢轴在所述接地面上方的垂直线上。

8.根据权利要求7所述的脚轮装置，其中当所述转向轴线与所述回转轴线成角度时，当所述车轮旋转到在75度到105度的范围中的位置时，所述状态改变枢轴在所述接地面上方的垂直线上。

9.根据权利要求1所述的脚轮装置，其中所述回转枢轴安置于一个或多个轴承组件内以允许所述回转枢轴在所述下部外壳内的旋转。

10.根据权利要求1所述的脚轮装置，其进一步包括制动装置，所述制动装置被配置成允许所述车轮围绕所述回转轴的旋转和制动所述车轮在接合时的运动。

11.根据权利要求10所述的脚轮装置，其中所述制动装置包括：

制动控制线缆，其具有近端和远端；

制动线缆回转轴承；

所述制动控制线缆近端紧固到所述制动线缆回转轴承；且

所述制动控制线缆远端固定到制动控制组件。

12.根据权利要求10所述的脚轮装置，其中所述制动线缆回转轴承安置于制动杆内。

13.根据权利要求1所述的脚轮装置，其进一步包括具有至少两个脚轮装置的椅子。

14.根据权利要求13所述的脚轮装置，其进一步包括具有四个脚轮装置的椅子。

15.根据权利要求1所述的脚轮装置，其中所述转向轴线关于垂直位置的所述角度可选择性地调整。

16.根据权利要求5所述的脚轮装置，其中状态改变枢轴轴线在所述接地面上方的高度可在所述车轮上方3个车轮直径的范围内修改，以定制与状态改变动作相关联的阻力。

17.一种推车，其具有根据权利要求1所述的多个脚轮装置。

18.根据权利要求17所述的推车，其中所述推车由人力推进。

19.根据权利要求17所述的推车，其进一步包括电子控制单元，所述电子控制单元被配置成对所述脚轮装置的所述车轮施加运动并控制所述车轮的移动方向。

20.一种使装置移动的方法，其包括：

提供具有根据权利要求1所述的一个或多个脚轮的装置；

通过机械或电力使所述装置移动。