CN110179601A - 一种采用双向电源复合动力供电系统的轮椅 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用双向电源复合动力供电系统的轮椅，其技术方案要点包括有轮椅本体、移动机构、电池模组、控制器，电池模组包括有锂电池、超级电容、双向直流电源转换器DC/DC；移动机构包括有驱动轮、随动轮、履带本体，驱动轮设置有两个，并且两个驱动轮分别位于轮椅本体的前后两端，随动轮至少设置有两个，并且各个随动轮均位于两个驱动轮之间，轮椅本体的底部转动连接有摆动臂，摆动臂一端与轮椅本体铰接，另一端与随动轮转动连接，摆动臂与轮椅本体之间设置有用于驱动摆动臂绕与轮椅本体的铰接处转动的第一驱动器；履带本体包括有履带板和履带轴，履带板上设有钉齿，钉齿包括有长齿和短齿。该轮椅能够有效保障乘坐者的使用安全性和可靠性。

Description

一种采用双向电源复合动力供电系统的轮椅
技术领域
本发明涉及一种轮椅，更具体地说，它涉及一种采用双向电源复合动力供电系统的轮椅。
背景技术
我国是世界人口最多的国家，老龄化和残疾是我们不得不面对的重大问题。对于高龄人群以及部分由于伤残而影响腿部运动的残疾人士，其步行能力如果得不到有效的训练，会面临逐渐弱化的问题。为了给老年人和残障人士提供安全可靠、性能优越的代步工具，帮助他们提高行动自由度及重新融入社会，将智能机器人技术应用于电动轮椅的智能轮椅越来越引起全社会的重视和关注，对于这方面的基础研究和产品设备的开发也将是我国未来经济发展的重要课题。
目前，我国市场上所能见到的轮椅产品主要分为手动和电动两大类，其中手动轮椅因其价格低廉，得到市场青睐，但由于手动轮椅使用主要集中在上肢健全的青壮年范围内，从而限制了老年人和一部分残疾人的使用，在经济条件允许的状况下，电动轮椅成为了他们的必然选择。但是现在市场上出售的电动轮椅一般只是在手动轮椅的基础上增加动力源和控制单元，虽然解决了老人没体力自推轮椅行进问题，但现有电动轮椅不仅需要具有平地行走功能，而且具备跨越槽沟、地坎以及上下楼梯的爬楼功能，因此传统电动轮椅的动力源并不适应这种使用要求；并且电动轮椅在室外运行会不可避免遇到低洼、石块等障碍物，而老年人和残疾人由于反应能力比较差，如果不及时处置容易发生事故，因此从安全性、可靠性及功能性上均不能充分满足老年人、残疾人的实际需求。
因此研发安全、可靠的电动轮椅产品，给老年人、残疾人提供优越的代步工具，从而改善人群的生活质量，促进社会和谐发展具有重要意义并将产生巨大的社会效益。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种采用双向电源复合动力供电系统的轮椅，该轮椅能够有效保障乘坐者的使用安全性和可靠性。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种采用双向电源复合动力供电系统的轮椅，包括有轮椅本体和能够带动轮椅本体移动的移动机构、和用于对移动机构供电的电池模组、以及用于控制移动机构的控制器，所述电池模组包括有锂电池、和用于作为锂电池辅助电源的超级电容、以及连接于锂电池和超级电容之间的双向直流电源转换器DC/DC；
所述移动机构包括有转动连接在轮椅本体底部的驱动轮和随动轮、以及转动连接在驱动轮和随动轮上的履带本体，所述驱动轮与随动轮的转动轴向平行设置，所述驱动轮设置有两个，并且两个驱动轮分别位于轮椅本体的前后两端，所述随动轮至少设置有两个，并且各个随动轮均位于两个驱动轮之间，所述轮椅本体的底部转动连接有用于供驱动轮安装的摆动臂，所述摆动臂一端与轮椅本体铰接，另一端与随动轮转动连接，所述摆动臂与轮椅本体之间设置有用于驱动摆动臂绕与轮椅本体的铰接处转动的第一驱动器；当摆动臂向下展开后位于驱动轮和随动轮之间的履带本体能够与地面成夹角设置；当摆动臂向上收拢后位于驱动轮和随动轮之间的履带本体能够与地面贴合设置；
所述履带本体包括有若干履带板和铰接于相邻两履带板之间的履带轴，所述履带板上向外凸设有能够插入地面的钉齿，所述钉齿包括有间隔设置在相邻履带板上的长齿和短齿。
本发明进一步设置为：至少一驱动轮滑移连接在轮椅本体上，并且驱动轮在轮椅本体上的滑移方向为轮椅本体的长度方向，所述轮椅本体上设置有用于带动驱动轮滑移的第二驱动器，当摆动臂向下展开后第二驱动器带动驱动轮向另一驱动轮靠近滑移，当摆动臂向上收拢后第二驱动器带动驱动轮向另一驱动轮远离滑移。
本发明进一步设置为：所述第一驱动器包括有转动连接于摆动臂与轮椅本体之间的气缸，所述第二驱动器包括有设置在摆动臂上的驱动臂以及连接于驱动臂与驱动轮之间的连接臂，所述驱动臂与摆动臂固定成夹角设置，所述连接臂的两端分别与驱动臂和驱动轮转动连接，当摆动臂向下展开时驱动臂能够通过拉动连接臂带动驱动轮向另一驱动轮靠近滑移，当摆动臂向上收拢时驱动臂能够通过推动连接臂带动驱动轮向另一驱动轮远离滑移。
本发明进一步设置为：所述摆动臂远离轮椅本体的一端转动连接有用于供随动轮转动连接的安装架，所述安装架的中部与摆动臂的端部转动连接，所述安装架上沿其长度方向至少转动连接有两个随动轮。
本发明进一步设置为：所述轮椅本体上设置有能够在摆动臂向上收拢后按压在安装架上的按压臂，所述按压壁的端部设置有弹性按压块。
本发明进一步设置为：所述履带本体还包括有与履带板分体设置的钉板，所述钉齿与钉板成一体结构设置，所述钉板位于履带板的端部，所述钉板上开设有用于供履带轴铰接的铰接孔。
本发明进一步设置为：所述履带板上向外凸设有能够增加与地面摩擦力的弹性摩擦垫，所述弹性摩擦垫凸出于履带板上的高度小于钉齿凸出于履带板上的高度，所述弹性摩擦垫沿履带板的长度方向延伸设置。
本发明进一步设置为：所述履带板上凸设有用于供弹性摩擦垫安装的安装沿，所述安装沿设置有两个，并且两个安装沿沿履带板的长度方向平行设置，两安装沿之间留有供弹性摩擦垫嵌入的安装槽，所述弹性摩擦垫沿其长度方向的横截面成T字形结构设置，所述弹性摩擦垫包括有能够嵌入安装槽内的安装垫和能够遮盖住两侧安装沿的抵接垫。
综上所述，本发明具有以下有益效果：电池模组加入了超级电容，作为锂电池的辅助电源，超级电容经由双向直流电源转换器DC/DC后与动力电池连接。超级电容可以减小复杂工况下冲击电流对电池的冲击，延长电池的使用寿命。
移动机构具有两种工作形态，当第一驱动器带动摆动臂处于向上收拢的状态下，位于驱动轮和随动轮之间的履带本体与地面贴合设置，此时履带本体与地面接触的面积最大，能够轻松应对低洼、石块等障碍物，大大地提高了轮椅的通过性，和行驶安全程度，并且移动平稳，能够有效避免轮椅倾倒而引发事故，从而能够有效保障乘坐者的使用安全性和可靠性；或当第一驱动器带动摆动臂处于向下展开的状态下，位于驱动轮和随动轮之间的履带本体与地面成夹角设置，不仅能够保持履带本体与地面的接触面积，还能够抬高轮椅本体，增加履带本体两端的开口，从而方便令履带本体应对石块、台阶等障碍物，大大地提高了轮椅的通过性，和行驶安全程度，并且移动平稳，能够有效避免轮椅倾倒而引发事故，从而能够有效保障乘坐者的使用安全性和可靠性。
钉齿的设置能够通过履带本体在运行过程中插入地面，起到避免履带本体出现打滑现象，从而有效增强了履带本体的抓地性，进而有利于提高轮椅的稳定程度。
附图说明
图1为轮椅的结构示意图；
图2为移动机构中摆动臂展开状态下的结构示意图；
图3为移动机构中摆动臂收拢状态下的结构示意图；
图4为钉板的结构示意图；
图5为履带板的结构示意图。
附图标记：1、轮椅本体；2、移动机构；21、驱动轮；22、随动轮；23、履带本体；231、履带板；2311、安装沿；2312、安装槽；232、履带轴；233、钉板；2331、铰接孔；234、钉齿；2341、长齿；2342、短齿；235、弹性摩擦垫；2351、安装垫；2352、抵接垫；24、摆动臂；241、驱动臂；25、气缸；26、连接臂；27、安装架；28、按压臂；281、弹性按压块。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
参照图1-5所示，一种采用双向电源复合动力供电系统的轮椅，包括有轮椅本体1和能够带动轮椅本体1移动的移动机构2、和用于对移动机构2供电的电池模组、以及用于控制移动机构2的控制器，电池模组包括有锂电池、和用于作为锂电池辅助电源的超级电容、以及连接于锂电池和超级电容之间的双向直流电源转换器DC/DC；上述控制器为公知技术，采用通常设计，其中电池模组中用于动力锂电池的正极材料主要有锰酸锂、镍酸锂和磷酸亚铁锂等，以上材料均面临高倍率充放电循环性能不理想等问题，尤其是瞬间大电流的吸收和释放更是严重降低了其使用寿命。超级电容有比电池高的高比功率和更长的使用寿命，但其比能量较低，不能存储足够的能量。结合两种电源的优缺点的动力锂电池和超级电容混合电池组是解决高功率和高能量密度的合理装置。电池模组加入了超级电容，作为锂电池的辅助电源，超级电容经由双向直流电源转换器DC/DC后与动力电池连接。超级电容可以减小复杂工况下冲击电流对电池的冲击，延长电池的使用寿命。
超级电容电量不足时则由锂电池带动电机利用输出的多余电功率来补充，锂电池带动超级电容只提供车辆加速和爬坡所需的峰值功率，同时制动能量回收。大功率动力锂电池和高电压超级电容通过双向开关连接在一起，可以充分发挥超级电容的特点，达到高能量和高功率的非常好的结合。既充分利用了锂动力电池的高能量密度和高循环使用寿命，又充分利用了超级电容的高功率密度及超常的充放电使用次数。使便携式混和电池组具有高功率、大能量输出能力。可承受充电电压和电流相当程度的波动。由于超级电容可作为能量滤波使用，使得瞬间的电网波动及电动车辆能量反馈的波动电流，完全被电容所储存。可有效地保护动力锂电池，提高电池组整体安全性。可充分保证电能提供的稳定性和便捷性。由于超级电容的存在，可以完全克服对于负载的变动或电压的波动。启动过程或与电网连接的过程，可在十几秒内达到满功率输出。
电池模组在使用过程中，当负载增大功率时，此时电池和电容处于放电状态，满足负载大功率时对电流的需要，当负载逐步降低功率或者突然停止工作时，此时负载会发出电流，给电池和电容充电。因此通过设置双向直流电源转换器DC/DC，提高了系统充放电的动态响应，同时便于灵活调整充放电电压和电流参数，减小复杂工况下冲击电流对电池的冲击；采用双向电源动态响应限流系统，可以对电池模组在放电状态和充电状态下的电流分别进行限制，更好的保护电池模组和延长其使用寿命。
移动机构2包括有转动连接在轮椅本体1底部的驱动轮21和随动轮22、以及转动连接在驱动轮21和随动轮22上的履带本体23，驱动轮21与随动轮22的转动轴向平行设置，驱动轮21设置有两个，并且两个驱动轮21分别位于轮椅本体1的前后两端，随动轮22至少设置有两个，并且各个随动轮22均位于两个驱动轮21之间，轮椅本体1的底部转动连接有用于供驱动轮21安装的摆动臂24，摆动臂24一端与轮椅本体1铰接，另一端与随动轮22转动连接，摆动臂24与轮椅本体1之间设置有用于驱动摆动臂24绕与轮椅本体1的铰接处转动的第一驱动器；当摆动臂24向下展开后位于驱动轮21和随动轮22之间的履带本体23能够与地面成夹角设置；当摆动臂24向上收拢后位于驱动轮21和随动轮22之间的履带本体23能够与地面贴合设置；
上述移动机构2具有两种工作形态，当第一驱动器带动摆动臂24处于向上收拢的状态下，位于驱动轮21和随动轮22之间的履带本体23与地面贴合设置，此时履带本体23与地面接触的面积最大，能够轻松应对低洼、石块等障碍物，大大地提高了轮椅的通过性，和行驶安全程度，并且移动平稳，能够有效避免轮椅倾倒而引发事故，从而能够有效保障乘坐者的使用安全性和可靠性；或当第一驱动器带动摆动臂24处于向下展开的状态下，位于驱动轮21和随动轮22之间的履带本体23与地面成夹角设置，不仅能够保持履带本体23与地面的接触面积，还能够抬高轮椅本体1，增加履带本体23两端的开口，从而方便令履带本体23应对石块、台阶等障碍物，大大地提高了轮椅的通过性，和行驶安全程度，并且移动平稳，能够有效避免轮椅倾倒而引发事故，从而能够有效保障乘坐者的使用安全性和可靠性。
履带本体23包括有若干履带板231和铰接于相邻两履带板231之间的履带轴232，履带板231上向外凸设有能够插入地面的钉齿234，钉齿234包括有间隔设置在相邻履带板231上的长齿2341和短齿2342。钉齿234的设置能够通过履带本体23在运行过程中插入地面，起到避免履带本体23出现打滑现象，从而有效增强了履带本体23的抓地性，进而有利于提高轮椅的稳定程度。此外，该钉齿234的设置还特别适合通过履带机构实现轮椅爬楼梯的作用，通过钉齿234扣接在台阶边缘处能够有效避免履带本体23在台阶上打滑，从而用于提高履带机构爬楼梯的安全程度。
至少一驱动轮21滑移连接在轮椅本体1上，并且驱动轮21在轮椅本体1上的滑移方向为轮椅本体1的长度方向，轮椅本体1上设置有用于带动驱动轮21滑移的第二驱动器，当摆动臂24向下展开后第二驱动器带动驱动轮21向另一驱动轮21靠近滑移，当摆动臂24向上收拢后第二驱动器带动驱动轮21向另一驱动轮21远离滑移。摆动臂24从向下展开转化成向上收拢的状态时改变了履带本体23的设置方式，此时履带本体23处于松弛状态，为避免履带本体23脱落，因此设置第二驱动器带动驱动轮21向远离另一驱动轮21的方向移动，从而能够实现将履带本体23张紧，有效避免履带本体23脱落，有利于提高移动机构2在摆动臂24向上收拢时的运行稳定程度。
此外，该避免履带本体23脱落的设计结构还可以通过在驱动轮21与履带本体23连接处做限位防脱设计，也能够用于避免履带本体23的脱落。
第一驱动器包括有转动连接于摆动臂24与轮椅本体1之间的气缸25，第二驱动器包括有设置在摆动臂24上的驱动臂241以及连接于驱动臂241与驱动轮21之间的连接臂26，驱动臂241与摆动臂24固定成夹角设置，连接臂26的两端分别与驱动臂241和驱动轮21转动连接，当摆动臂24向下展开时驱动臂241能够通过拉动连接臂26带动驱动轮21向另一驱动轮21靠近滑移，当摆动臂24向上收拢时驱动臂241能够通过推动连接臂26带动驱动轮21向另一驱动轮21远离滑移。上述结构设计巧妙，能够将第一驱动器与第二驱动器做有效结合，实现摆动臂24的两种作业形态与驱动轮21的两种作业形态做有效结合，并且仅需一个气缸25就能实现，不仅有利于提高移动机构2的使用稳定程度，也大大降低了移动机构2的组装成本以及维修成本。
摆动臂24远离轮椅本体1的一端转动连接有用于供随动轮22转动连接的安装架27，安装架27的中部与摆动臂24的端部转动连接，安装架27上沿其长度方向至少转动连接有两个随动轮22。安装架27的设置能够通过减少摆动臂24数量的同时还能够增加随动轮22的数量，有利于提高移动机构2运行时的稳定程度。
轮椅本体1上设置有能够在摆动臂24向上收拢后按压在安装架27上的按压臂28，按压壁的端部设置有弹性按压块281。按压臂28能够用于限制安装架27的上移行程，使随动轮22在摆动臂24向上收拢的状态下还能够与履带本体23有效抵接，从而有利于提高移动机构2运行时的稳定程度；同时该弹性按压块281可由橡胶制成，能够起到缓冲、减震的作用。
履带本体23还包括有与履带板231分体设置的钉板233，钉齿234与钉板233成一体结构设置，钉板233位于履带板231的端部，钉板233上开设有用于供履带轴232铰接的铰接孔2331。履带本体23与钉板233分体设置，便于钉齿234在磨损后能够通过更换该钉板233来延长其余配件的使用寿命，而将钉板233设置在履带板231的两端，也就是履带本体23的两侧，能够有效提高履带机构的移动稳定程度，有效避免打滑。
履带板231上向外凸设有能够增加与地面摩擦力的弹性摩擦垫235，弹性摩擦垫235凸出于履带板231上的高度小于钉齿234凸出于履带板231上的高度，弹性摩擦垫235沿履带板231的长度方向延伸设置。该弹性摩擦垫235可选用由橡胶制成，并且位于履带板231两端的钉板233之间，起到增强履带板231与地面摩擦力的作用，令履带本体23在运行过程中能够避免其产生打滑。
履带板231上凸设有用于供弹性摩擦垫235安装的安装沿2311，安装沿2311设置有两个，并且两个安装沿2311沿履带板231的长度方向平行设置，两安装沿2311之间留有供弹性摩擦垫235嵌入的安装槽2312，弹性摩擦垫235沿其长度方向的横截面成T字形结构设置，弹性摩擦垫235包括有能够嵌入安装槽2312内的安装垫2351和能够遮盖住两侧安装沿2311的抵接垫2352。弹性摩擦垫235与履带板231的安装方式可通过螺钉穿过两安装沿2311将安装垫2351固定在安装槽2312内，也可通过螺钉沿弹性摩擦垫235厚度方向将其穿过与履带板231连接。而安装沿2311不仅能够用于供弹性摩擦垫235实现限位安装，有效提高了弹性摩擦垫235的安装牢固程度，还能够在弹性摩擦垫235受到挤压时通过安装沿2311对其产生刚性支撑，有利于延长弹性摩擦垫235的使用寿命。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种采用双向电源复合动力供电系统的轮椅，包括有轮椅本体(1)和能够带动轮椅本体(1)移动的移动机构(2)、和用于对移动机构(2)供电的电池模组、以及用于控制移动机构(2)的控制器，其特征是：所述电池模组包括有锂电池、和用于作为锂电池辅助电源的超级电容、以及连接于锂电池和超级电容之间的双向直流电源转换器DC/DC；
所述移动机构(2)包括有转动连接在轮椅本体(1)底部的驱动轮(21)和随动轮(22)、以及转动连接在驱动轮(21)和随动轮(22)上的履带本体(23)，所述驱动轮(21)与随动轮(22)的转动轴向平行设置，所述驱动轮(21)设置有两个，并且两个驱动轮(21)分别位于轮椅本体(1)的前后两端，所述随动轮(22)至少设置有两个，并且各个随动轮(22)均位于两个驱动轮(21)之间，所述轮椅本体(1)的底部转动连接有用于供驱动轮(21)安装的摆动臂(24)，所述摆动臂(24)一端与轮椅本体(1)铰接，另一端与随动轮(22)转动连接，所述摆动臂(24)与轮椅本体(1)之间设置有用于驱动摆动臂(24)绕与轮椅本体(1)的铰接处转动的第一驱动器；当摆动臂(24)向下展开后位于驱动轮(21)和随动轮(22)之间的履带本体(23)能够与地面成夹角设置；当摆动臂(24)向上收拢后位于驱动轮(21)和随动轮(22)之间的履带本体(23)能够与地面贴合设置；
所述履带本体(23)包括有若干履带板(231)和铰接于相邻两履带板(231)之间的履带轴(232)，所述履带板(231)上向外凸设有能够插入地面的钉齿(234)，所述钉齿(234)包括有间隔设置在相邻履带板(231)上的长齿(2341)和短齿(2342)。
2.根据权利要求1所述的一种采用双向电源复合动力供电系统的轮椅，其特征是：至少一驱动轮(21)滑移连接在轮椅本体(1)上，并且驱动轮(21)在轮椅本体(1)上的滑移方向为轮椅本体(1)的长度方向，所述轮椅本体(1)上设置有用于带动驱动轮(21)滑移的第二驱动器，当摆动臂(24)向下展开后第二驱动器带动驱动轮(21)向另一驱动轮(21)靠近滑移，当摆动臂(24)向上收拢后第二驱动器带动驱动轮(21)向另一驱动轮(21)远离滑移。
3.根据权利要求2所述的一种采用双向电源复合动力供电系统的轮椅，其特征是：所述第一驱动器包括有转动连接于摆动臂(24)与轮椅本体(1)之间的气缸(25)，所述第二驱动器包括有设置在摆动臂(24)上的驱动臂(241)以及连接于驱动臂(241)与驱动轮(21)之间的连接臂(26)，所述驱动臂(241)与摆动臂(24)固定成夹角设置，所述连接臂(26)的两端分别与驱动臂(241)和驱动轮(21)转动连接，当摆动臂(24)向下展开时驱动臂(241)能够通过拉动连接臂(26)带动驱动轮(21)向另一驱动轮(21)靠近滑移，当摆动臂(24)向上收拢时驱动臂(241)能够通过推动连接臂(26)带动驱动轮(21)向另一驱动轮(21)远离滑移。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种采用双向电源复合动力供电系统的轮椅，其特征是：所述摆动臂(24)远离轮椅本体(1)的一端转动连接有用于供随动轮(22)转动连接的安装架(27)，所述安装架(27)的中部与摆动臂(24)的端部转动连接，所述安装架(27)上沿其长度方向至少转动连接有两个随动轮(22)。
5.根据权利要求4所述的一种采用双向电源复合动力供电系统的轮椅，其特征是：所述轮椅本体(1)上设置有能够在摆动臂(24)向上收拢后按压在安装架(27)上的按压臂(28)，所述按压壁的端部设置有弹性按压块(281)。
6.根据权利要求1所述的一种采用双向电源复合动力供电系统的轮椅，其特征是：所述履带本体(23)还包括有与履带板(231)分体设置的钉板(233)，所述钉齿(234)与钉板(233)成一体结构设置，所述钉板(233)位于履带板(231)的端部，所述钉板(233)上开设有用于供履带轴(232)铰接的铰接孔(2331)。
7.根据权利要求1或6所述的一种采用双向电源复合动力供电系统的轮椅，其特征是：所述履带板(231)上向外凸设有能够增加与地面摩擦力的弹性摩擦垫(235)，所述弹性摩擦垫(235)凸出于履带板(231)上的高度小于钉齿(234)凸出于履带板(231)上的高度，所述弹性摩擦垫(235)沿履带板(231)的长度方向延伸设置。
8.根据权利要求7所述的一种采用双向电源复合动力供电系统的轮椅，其特征是：所述履带板(231)上凸设有用于供弹性摩擦垫(235)安装的安装沿(2311)，所述安装沿(2311)设置有两个，并且两个安装沿(2311)沿履带板(231)的长度方向平行设置，两安装沿(2311)之间留有供弹性摩擦垫(235)嵌入的安装槽(2312)，所述弹性摩擦垫(235)沿其长度方向的横截面成T字形结构设置，所述弹性摩擦垫(235)包括有能够嵌入安装槽(2312)内的安装垫(2351)和能够遮盖住两侧安装沿(2311)的抵接垫(2352)。
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