CN109998804A - 一种双履带自适应爬楼电动轮椅 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双履带自适应爬楼电动轮椅，包括座椅，座椅两侧对称安装有主动轮，座椅的底部安装有变形组件；变形组件包括第一支架，第一支架的后端支承有主轴，主轴的两端安装有第一主动轮，第一支架的前端两侧对称安装有从动轴，从动轴上安装第一从动轮，第一主动轮和第一从动轮之间安装第一履带，主轴上还同轴套装有一空心轴套，空心轴套的侧壁上开有两个缺口，主轴上还安装有两个第二主动轮，每个缺口对应放置第二主动轮，缺口处沿空心轴套径向向外延伸有第二支架，第二支架的外端部支承有第二从动轮，第二主动轮和第二从动轮之间安装第二履带，空心轴套上还固定安装有转向链轮和套装有第三支架；第一支架的前端还安装有行星从动轮组。

Description

一种双履带自适应爬楼电动轮椅

技术领域

本发明涉及轮椅技术域，尤其涉及一种双履带自适应爬楼电动轮椅。

背景技术

现今，我国的老龄化人群占总人口的比重愈来愈大，他们丧失了部分行动能力，但又有外出活动的需求，因此轮椅市场前景广阔。普通轮椅仅能作为平地行驶的代步工具，对于路障或是沟堑很难跨越，上下楼梯更是难于登天，这给轮椅乘坐者带来诸多不便，影响了他们正常的独立生活。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种性能优越的代步工具，解决障碍、楼梯等对轮椅乘坐者的困扰。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种双履带自适应爬楼电动轮椅，包括座椅和控制器，座椅两侧对称安装有主动轮，座椅的底部安装有变形组件；

所述变形组件包括第一支架，所述第一支架的后端支承有主轴，主轴的两端安装有第一主动轮，第一支架的前端两侧对称安装有从动轴，从动轴上安装第一从动轮，第一主动轮和第一从动轮之间安装第一履带，主轴上还同轴套装有一空心轴套，空心轴套的侧壁上开有两个缺口，主轴上还安装有两个第二主动轮，每个缺口对应放置一个第二主动轮，缺口处沿空心轴套径向向外延伸有第二支架，第二支架的外端部支承有第二从动轮，第二主动轮和第二从动轮之间安装第二履带，空心轴套上还固定安装有一转向链轮和套装有第三支架；转向链轮由转向链轮驱动机构驱动转动；

所述第三支架的外端与座椅的底部铰接，第一支架和座椅的底部之间通过第一液压缸连接，座椅、第三支架、第一支架和第一液压缸构成四杆机构，第一液压缸由第一液压系统驱动其伸缩；

第一支架的前端还安装有行星从动轮组；平路行进时，由主动轮和行星从动轮组提供支撑整个座椅，由主动轮驱动行进；爬楼时，由第一履带和第二履带提供支撑和驱动整个座椅行进；

转向链轮驱动机构和第一液压系统受控于控制器。

进一步的，所述转向链轮驱动机构包括转轴、主动链轮、从动链轮、第二液压缸、第二液压系统，所述转轴支承在座椅上，所述第三支架的外端与转轴铰接，主动链轮和从动链轮均安装在转轴上，第二液压系统驱动第二液压缸伸缩，第二液压缸的推杆端部安装有链条状齿条，链条状齿条驱动主动链轮转动；第二液压系统受控于控制器；从动链轮与转向链轮之间安装链条。

进一步的，所述第一液压系统和第二液压系统结构相同，均包括油箱、过滤器、液压泵、溢流阀、节流阀、三位四通换向阀、电控压力表；油箱和液压泵的入口之间设置过滤器，液压泵的出口分别与溢流阀和节流阀的入口相连通，溢流阀的出口通入油箱，节流阀的出口与三位四通换向阀的P口相连通，三位四通换向阀的T口通入油箱，三位四通换向阀的A口与电控压力表的入口相连通，电控压力表的出口和三位四通换向阀的B口作为第一液压缸和第二液压缸的有杆端、无杆端的连接口；三位四通换向阀和电控压力表均与控制器相连。

进一步的，所述行星从动轮组包括第三支架，第三支架上支承有基座，基座上沿圆周方向均匀分布有三个套筒，套筒一端封闭，套筒内具有液压油，液压油通过活塞进行密封，每个套筒中还安装一个弹簧，弹簧的一端与活塞连接，弹簧的另一端连接一个T形架，T形架的两侧对称安装一对行星轮，三个套筒具有液压油的一端通过油管相连通。

进一步的，所述套筒的侧壁开有导槽，T形架上的横线段滑动设置在导槽中。

进一步的，所述主动轮有电机驱动转动，电机受控于控制器。

进一步的，所述座椅的底部设有两个用于检测座椅水平度的双轴倾角传感器，双轴倾角传感器与控制器相连。

本发明的有益效果如下：本发明实例提供的一种双履带自适应爬楼电动轮椅其一是实现了爬上一定倾斜度范围内楼梯的功能：乘坐者操控轮椅，使车身倒车与楼梯台阶接触，经链轮控制的第二履带绕着空心轴套向楼梯侧转动。座椅水平度检测采用双轴倾角传感器，实时检测座椅与水平面的姿态以保证人在轮椅上的舒适与安全。该传感器释放的信号也可传至第一液压系统，在液压泵的驱动下，座椅底部第一液压缸的活塞杆适量伸出，一方面使椅面始终保持水平，另一方面使第一履带不断向台阶靠拢，直至完全贴合。在双履带的带动下，实现正常上楼过程。当第二履带完全超出最后一级楼梯后，向地面侧转动，至其端头接触地面。其后，第一履带的轴线与水平面的夹角逐渐变小，第一液压缸活塞杆不断缩回，一方面使椅面始终保持水平，另一方面使第一履带不断向椅面靠拢。当轮椅主体爬上楼梯后，第二履带绕空心轴套反方向收回，实现上楼。其二是实现了通过一定高度范围内障碍、一定宽度范围内沟堑的功能：如果障碍物尺寸较小，可利用行星从动轮组的尺寸优势直接通过；当前进的车轮碰到较高的障碍时，驱动轮系就演变成行星轮系，没有和障碍物接触的两个行星轮绕前轮的轴线回转，实现越障功能。在越障时，轮椅会发生倾斜，通过双轴倾角传感器检测水平偏离度，第一液压系统在液压泵作用下控制第一液压缸的活塞杆不断伸缩，使椅面始终保持水平。在沟堑宽度小于两倍行星轮直径时，驱动轮系演变成行星轮系，实现过沟，与越障一样，通过双轴倾角传感器保持椅面水平。

附图说明

图1为本发明的双履带自适应爬楼电动轮椅示意图；

图2为本发明的变形组件原理图；

图3为本发明的液压系统基本油路原理图；

图4为本发明的轮组液压减震图；

图5a-图5g为本发明的越障分步示意图；

图6a-图6e为本发明的过沟分步示意图；

图7a-图7i为本发明的爬楼分步示意图；

图中：座椅1、主动轮2、第一支架3、主轴4、第一主动轮5、从动轴6、第一从动轮7、第一履带8、空心轴套9、缺口10、第二主动轮11、第二支架12、第二从动轮13、第二履带14、转向链轮15、第三支架16、第一液压缸17、转轴18、主动链轮19、从动链轮20、第二液压缸21、链条状齿条22、油箱23、过滤器24、液压泵25、溢流阀26、节流阀27、三位四通换向阀28、电控压力表29、基座30、套筒31、弹簧32、T形架33、行星轮34、导槽35、活塞36、第四支架37、链条38。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步详细描述。

如图1-4所示，本发明提供一种双履带自适应爬楼电动轮椅，包括座椅1和控制器，座椅1两侧对称安装有主动轮2，座椅1的底部安装有变形组件；

所述变形组件包括第一支架3，所述第一支架3的后端支承有主轴4，主轴4的两端安装有第一主动轮5，第一支架3的前端两侧对称安装有从动轴6，从动轴6上安装第一从动轮7，第一主动轮5和第一从动轮7之间安装第一履带8，主轴4上还同轴套装有一空心轴套9，空心轴套9的侧壁上开有两个缺口10，主轴4上还安装有两个第二主动轮11，每个缺口10对应放置一个第二主动轮11，缺口10处沿空心轴套9径向向外延伸有第二支架12，第二支架12的外端部支承有第二从动轮13，第二主动轮11和第二从动轮13之间安装第二履带14，空心轴套9上还固定安装有一转向链轮15和套装有第三支架16；转向链轮15由转向链轮驱动机构驱动转动。

所述第三支架16的外端与座椅1的底部铰接，第一支架3和座椅1的底部之间通过第一液压缸17连接，座椅1、第三支架16、第一支架3和第一液压缸17构成四杆机构，第一液压缸17由第一液压系统驱动其伸缩；

第一支架3的前端还安装有行星从动轮组；平路行进时，由主动轮2和行星从动轮组提供支撑整个座椅1，由主动轮2驱动行进；爬楼时，由第一履带8和第二履带14提供支撑和驱动整个座椅1行进；

转向链轮驱动机构和第一液压系统受控于控制器。

进一步的技术方案是，所述转向链轮驱动机构包括转轴18、主动链轮19、从动链轮20、第二液压缸21、第二液压系统，所述转轴18支承在座椅1上，所述第三支架16的外端与转轴18铰接，主动链轮19和从动链轮20均安装在转轴18上，第二液压系统驱动第二液压缸21伸缩，第二液压缸21的推杆端部安装有链条状齿条22，链条状齿条22驱动主动链轮19转动；第二液压系统受控于控制器；从动链轮20与转向链轮15之间安装链条38。

进一步的技术方案是，所述第一液压系统和第二液压系统结构相同，均包括油箱23、过滤器24、液压泵25、溢流阀26、节流阀27、三位四通换向阀28、电控压力表29；油箱23和液压泵25的入口之间设置过滤器24，液压泵25的出口分别与溢流阀26和节流阀27的入口相连通，溢流阀26的出口通入油箱23，节流阀27的出口与三位四通换向阀28的P口相连通，三位四通换向阀28的T口通入油箱23，三位四通换向阀28的A口与电控压力表29的入口相连通，电控压力表29的出口和三位四通换向阀28的B口作为第一液压缸17和第二液压缸21的有杆端、无杆端的连接口；三位四通换向阀28和电控压力表29均与控制器相连。

第一液压系统和第二液压系统的工作原理相同，都是液压泵25从油箱23吸油，当三位四通换向阀28处于左位时，输出的压力油经节流阀27、三位四通换向阀28至液压缸左腔，推动活塞向外运动，此时液压缸右腔的油液经三位四通换向阀28回油箱23；当三位四通换向阀28处于右位时，输出的压力油经节流阀27、三位四通换向阀28至液压缸右腔，推动液压缸活塞向内运动，此时液压缸左腔的油液经三位四通换向阀28回油箱23。节流阀27的功能是调节工作速度。溢流阀26的功能是调节和稳定液压系统的最大工作压力。电控压力表29的功能是当压力小于下限时，保持液压缸油，推动活塞向外运动，始终保持电控压力表29的压力维持在上下限之间。

进一步的技术方案是，所述行星从动轮组包括第四支架37，第四支架37为T形架，第四支架37两侧上支承有基座30，基座30上沿圆周方向均匀分布有三个套筒31，套筒31一端封闭，套筒31内具有液压油，液压油通过活塞36进行密封，每个套筒31中还安装一个弹簧32，弹簧32的一端与活塞36连接，弹簧32的另一端连接一个T形架33，T形架33的两侧对称安装一对行星轮34，三个套筒31具有液压油的一端通过油管相连通。套筒31中的液压油可根据行星轮34的受力情况，在不同的套筒31间通过油管流动，以起到减震的作用。弹簧32的作用是避免油液运动过于剧烈，起缓冲作用。正常行驶中，应当有两个行星轮34与地面接触。当遇到高出地面的障碍物时，与障碍物接触的行星轮34在障碍物和地面的共同作用下，该行星轮34对应的套筒31里的液压油流入另外两个套筒31，使另两个套筒31中的T形架33向外伸出，在一定程度上增加了轮椅的越障最大高度。

为了保障运行安全，第一履带8和第二履带14的长度至少需同时和三个及以上的台阶端点接触，以常见楼梯为例，台阶高H＝15cm，宽度W＝30cm，履带总长L²≥9(H²+W²)，即L≥100cm，本发明履带，两轴中心点间距离为50cm，轴的直径为6cm。

进一步的技术方案是，所述套筒31的侧壁开有导槽35，T形架33上的横线段滑动设置在导槽35中。导槽35一方面防止T形架33转动，另一方面是提供T形架33的稳定性。

进一步的技术方案是，所述主动轮2有电机驱动转动，电机受控于控制器。

进一步的技术方案是，所述座椅1的底部设有两个用于检测座椅1水平度的双轴倾角传感器，双轴倾角传感器与控制器相连。所述控制器可以采用上海机电有限公司DK-PMB01型号的产品，但不限于此。

图5a-图5g：如果障碍物尺寸较小，可利用行星从动轮组的尺寸优势直接通过；当前进的车轮碰到较高的障碍时，驱动轮系就演变成行星轮系，没有和障碍物接触的两个行星轮34绕第四支架37回转，实现越障功能。在越障时，轮椅会发生倾斜，通过双轴倾角传感器检测水平偏离度，当此偏离度与水平0°相差大于等于±5°时，该信号传递到控制器，控制器控制第一液压系统液压泵25，第一液压系统液压泵25控制第一液压缸17的活塞杆伸缩，此后水平偏离度每变化±3°及以上，信号都将通过控制器控制第一液压系统液压泵25，控制第一液压缸17的活塞杆不断伸缩，使椅面始终保持水平。

图6a-图6e：在沟堑宽度小于两倍小轮直径时，驱动轮系演变成行星轮系，实现过沟，与越障一样，通过双轴倾角传感器保持椅面水平。

图7a：乘坐者操控轮椅，使车身倒车与楼梯台阶接触，启动“上楼”按钮。

图7b：电控压力表29控制是否进油，当电控压力表29压力小于下限时，该信号传递到控制器，控制器控制第二液压系统液压泵25工作，保持液压缸进油，推动液压缸活塞向外运动，经链轮控制的第二履带14绕着空心轴套9向楼梯侧转动。直至电控压力表29的压力上升至维持在预定的上、下限之间，该信号传递到控制器，控制器控制第二液压系统液压泵25停止工作，使活塞杆停止伸出并锁定位置。

图7c：开始时，第二履带14抬起的角速度为逆时针方向，转动角惯量越小，越易克服重力翻转力矩，故第二履带14运行速度较低。当重力在行进方向上超过了支点(第一台阶的端点)后，第二履带14运行速度较高，加快翻越过程。座椅水平度检测采用双轴倾角传感器，实时检测座椅与水平面的姿态以保证人在轮椅上的舒适与安全，当此偏离度与水平0°相差大于等于±5°时，该信号传递到控制器，控制器控制第一液压系统液压泵25，第一液压系统液压泵25控制第一液压缸17的活塞杆伸出，此后水平偏离度每变化±3°及以上，信号都将通过控制器控制第一液压系统液压泵25，控制第一液压缸17的活塞杆不断伸出，使椅面始终保持水平，此时第一履带8不断向台阶靠拢，直至完全贴合。

图7d：在第一履带8和第二履带14的带动下，实现正常上楼过程。

图7e：当快要结束上楼时，第二履带14部分超出最后一级楼梯，但扭矩还是一定的，所以电控压力表29的压力还是维持在上、下限之间，双履带正常运转。

图7f：当第二履带14完全超出最后一级楼梯，扭矩迅速下降，电控压力表29的压力低于预定的下限，该信号传递到控制器，控制器控制第二液压系统液压泵25工作，第二液压缸21的油缸进油，在第二液压缸21的活塞杆的作用下，主动链轮19转动，促使第二履带14向地面侧转动，当其端头接触地面后，扭矩再次上升，直至电控压力表29的压力上升至维持在预定的上、下限之间。

图7g：随着轮椅的继续上升，第二液压缸21的活塞杆一直处于运动状态，即第二履带14与水平面的倾角一直在变大，变化量以保持电控压力表29的压力上升至维持在预定的上、下限之间为准。

图7h：此时，第一履带8的轴线与水平面的夹角逐渐变小，通过双轴倾角传感器检测水平偏离度，当此偏离度与水平0°相差大于等于±5°时，该信号传递到控制器，控制器控制第一液压系统液压泵25，第一液压系统液压泵25控制第一液压缸17的活塞杆缩回，此后水平偏离度每变化±3°及以上，信号都将通过控制器控制第一液压系统液压泵25，控制第一液压缸17的活塞杆不断缩回，使椅面始终保持水平，且第一履带8不断向椅面靠拢。此时是第二履带14的末端和第一履带8的前端作为支撑，当轮椅主体爬上楼梯后，第二履带14绕空心轴套9反方向收回，实现上楼。

图7i：完成上楼过程，乘坐者关闭“上楼”按钮，继续其他操作。

Claims (7)

1.一种双履带自适应爬楼电动轮椅，其特征在于，包括座椅和控制器等，座椅两侧对称安装有主动轮，座椅的底部安装有变形组件；

所述变形组件包括第一支架，所述第一支架的后端支承有主轴，主轴的两端安装有第一主动轮，第一支架的前端两侧对称安装有从动轴，从动轴上安装第一从动轮，第一主动轮和第一从动轮之间安装第一履带，主轴上还同轴套装有一空心轴套，空心轴套的侧壁上开有两个缺口，主轴上还安装有两个第二主动轮，每个缺口对应放置一个第二主动轮，缺口处沿空心轴套径向向外延伸有第二支架，第二支架的外端部支承有第二从动轮，第二主动轮和第二从动轮之间安装第二履带，空心轴套上还固定安装有一转向链轮和套装有第三支架；转向链轮由转向链轮驱动机构驱动转动；

所述第三支架的外端与座椅的底部铰接，第一支架和座椅的底部之间通过第一液压缸连接，座椅、第三支架、第一支架和第一液压缸构成四杆机构，第一液压缸由第一液压系统驱动其伸缩；

第一支架的前端还安装有行星从动轮组；平路行进时，由主动轮和行星从动轮组提供支撑整个座椅，由主动轮驱动行进；爬楼时，由第一履带和第二履带提供支撑和驱动整个座椅行进；

转向链轮驱动机构和第一液压系统受控于控制器。

2.根据权利要求1所述的一种双履带自适应爬楼电动轮椅，其特征在于，所述转向链轮驱动机构包括转轴、主动链轮、从动链轮、第二液压缸、第二液压系统，所述转轴支承在座椅上，所述第三支架的外端与转轴铰接，主动链轮和从动链轮均安装在转轴上，第二液压系统驱动第二液压缸伸缩，第二液压缸的推杆端部安装有链条状齿条，链条状齿条驱动主动链轮转动；从动链轮与转向链轮之间安装链条；第二液压系统受控于控制器。

3.根据权利要求2所述的一种双履带自适应爬楼电动轮椅，其特征在于，所述第一液压系统和第二液压系统结构相同，均包括油箱、过滤器、液压泵、溢流阀、节流阀、三位四通换向阀、电控压力表；油箱和液压泵的入口之间设置过滤器，液压泵的出口分别与溢流阀和节流阀的入口相连通，溢流阀的出口通入油箱，节流阀的出口与三位四通换向阀的P口相连通，三位四通换向阀的T口通入油箱，三位四通换向阀的A口与电控压力表的入口相连通，电控压力表的出口和三位四通换向阀的B口作为第一液压缸和第二液压缸的有杆端、无杆端的连接口；三位四通换向阀和电控压力表均与控制器相连。

4.根据权利要求3所述的一种双履带自适应爬楼电动轮椅，其特征在于，所述行星从动轮组包括第三支架，第三支架上支承有基座，基座上沿圆周方向均匀分布有三个套筒，套筒一端封闭，套筒内具有液压油，液压油通过活塞进行密封，每个套筒中还安装一个弹簧，弹簧的一端与活塞连接，弹簧的另一端连接一个T形架，T形架的两侧对称安装一对行星轮，三个套筒具有液压油的一端通过油管相连通。

5.根据权利要求4所述的一种双履带自适应爬楼电动轮椅，其特征在于，所述套筒的侧壁开有导槽，T形架上的横线段滑动设置在导槽中。

6.根据权利要求5所述的一种双履带自适应爬楼电动轮椅，其特征在于，所述主动轮有电机驱动转动，电机受控于控制器。

7.根据权利要求6所述的一种双履带自适应爬楼电动轮椅，其特征在于，所述座椅的底部设有两个用于检测座椅水平度的双轴倾角传感器，双轴倾角传感器与控制器相连。