CN110353900A - 一种可拆解式新型轮椅牵引装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于智能控制技术领域，尤其涉及一种可拆解式的新型轮椅牵引装置，包括牵引机构和摇杆控制器，其中牵引机构主要由抬升架、连接架、前叉、前叉套筒、电动升降推杆、第一控制主板、陀螺仪、磁力计和速度传感器等构成，各部件之间通过螺纹紧固件或夹紧锁连接，便于拆卸和组装；通过陀螺仪、磁力计和速度传感器检测牵引机构运行状态，便于系统对机构进行控制；摇杆控制器主要由摇杆、第二控制主板和控制按键构成，第二控制主板和第一控制主板通过无线信号进行连接通信，使用者通过摇杆和控制按键操控牵引机构进行各种动作。本发明具有操作简单、安全性高、便于拆卸和携带的优势。

Description

一种可拆解式新型轮椅牵引装置

技术领域

本发明属于智能控制技术领域，尤其涉及一种可拆解式新型轮椅牵引装置。

背景技术

随着经济发展、医疗条件的提高和人们生活方式的改变，世界人口正经历一个老龄化过程。目前65岁以上的人口大约占欧洲总人口的15％，超过1亿。预计2035年后将会突破25％；日本未来5年内65岁以上人口的比例也可能超过25％。而我国由于长期计划生育的影响，中国从1999年进入老龄化以来，老龄人口每年以3.28％的速度增加，大超总人口0.57％的增速。截止2013年，中国现有老龄人口1.85亿，占总人口的13.7％，成为世界老龄人口最多国家，另外我国目前存在肢体残疾达2000万人以上。面对老龄化社会的大趋势，随着人们经济水平的提高，电动轮椅作为提升老年人和下肢不便人群生活水平和出行便利并具有高度安全保障的交通工具将具有极其广阔的市场前景和重大的社会意义。

目前国内企业生产的性能优良的电动轮椅一般都采用国外进口的电动轮椅控制器，如美国的柯蒂斯、PG与丹尼贝克公司的控制器。依赖购买国外进口控制器不利于自主产品的升级和维修，而且导致产品成本居高不下，使得一般性能较好的电动轮椅价格偏贵，由于技术性能限制，其安全性能的研究不够深入，导致电动轮椅不被普通用户接受，进而阻碍了国内电动轮椅市场的发展。由于电动轮椅设计开发涉及到各个学科领域的交叉，主要包括机械工程学、电子信息学、电机控制驱动技术、生物医学技术、产品设计学等作为支撑，所以其研发设计过程存在周期性长的困难。

随着我国老龄化人口的增加，行动不便的老年人越来越多，而且下肢残疾病人在我国也占有相当大的比重。轮椅作为下肢残疾者及行动不便的老年人的代步工具，越来越受到市场的欢迎。国内市场上普遍存在的轮椅主要分为手动轮椅和电动轮椅两大类。手动轮椅多用手轮圈驱动，对使用者的体力消耗比较大。因此，手动轮椅适合老年人和下肢残障者在室内或者室外小范围内使用，不适合远距离行走。而电动轮椅由电机和电池配合为使用者提供充足动力，更加适合远距离行走，为使用者室外活动提供了很好的辅助作用，对于老年人和下肢残障者更具有实用价值，但是唯一的缺点就是价格高昂和不方便携带。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种可拆解式新型轮椅牵引装置，以解决上述技术问题。

一种可拆解式新型轮椅牵引装置，由牵引机构和摇杆控制构成，所述牵引机构主要由抬升架、前叉、电动升降推杆和电池构成，其中抬升架前方设有前叉套筒，抬升架后方设有连接架；所述电动升降推杆一端与前叉套筒底端活动连接，另一端与抬升架底部活动连接，三者构成三角结构；

所述前叉活动嵌入于前叉套筒，所述前叉底部设有牵引轮，顶部设有前叉顶盖，且顶部与设置在前叉套筒顶部的舵机连接；所述舵机设有第一控制主板，且第一控制主板上设有与电池、牵引轮、电动升降推杆和舵机连接的STM32单片机；

所述摇杆控制器主要由摇杆和底座构成，摇杆活动设置于底座顶部，底座内部设有第二控制主板；所述第二控制主板上设有AT89C52单片机，且所述AT89C52单片机与STM32单片机无线连接；所述摇杆底部设有与AT89C52单片机连接的电位器。

进一步地，所述抬升架后端对称设有若干连接杆，所述连接杆前端为方杆，后端为圆杆；所述连接架前端对称设有若干与圆杆相匹配的圆管，布置于圆杆的相对侧；所述圆管前方设有与方杆相匹配的方管；所述圆管端口设有开口，且开口处套合有锁紧架。

进一步地，所述第一控制主板上设有与STM32单片机连接的2.4G无线接收模块、稳压模块和驱动模块，其中牵引轮、电动升降推杆和舵机均通过驱动模块与STM32单片机连接。

进一步地，所述前叉设有与STM32单片机连接的陀螺仪、磁力计和速度传感器，布置于牵引轮上方；所述陀螺仪内结合有加速度传感器；所述牵引轮一侧设有与STM32单片机连接的制动机构。

进一步地，所述第二控制主板上设有与AT89C52单片机连接的稳压模块和2.4G无线发送模块。

进一步地，所述前叉套筒顶部设有位于舵机下方的前叉顶盖，所述前叉顶部嵌入前叉顶盖的底部，两者通过销连接；所述前叉顶部与前叉顶盖顶部均与舵机传动轴固定连接。

进一步地，所述舵机上方覆盖有车头罩，车头罩顶部设有与STM32单片机连接的显示屏和船型开关，前端设有STM32单片机连接的照明灯和喇叭；所述电池设置在车头罩内部。

进一步地，所述摇杆顶部设有与AT89C52单片机连接的第一控制按键；所述底座一侧设有轮椅扶手相匹配的安装圆孔；所述底座顶部设有与AT89C52单片机连接的第二控制按键。

进一步地，所述连接架左右两侧设有连接扣，且所述连接扣设有凹槽；所述连接扣与连接架通过螺纹紧固件连接。

进一步地，所述电池与STM32单片机之间通过稳压模块连接，所述电源模块与AT89C52单片机之间通过稳压模块连接。

本发明的有益效果是：本发明一种可拆解式新型轮椅牵引装置，由牵引机构和摇杆控制器构成，其中摇杆控制器便于使用者对牵引机构进行操作，能够控制牵引机构进行前进、制动和转弯等动作；牵引机构由若干零部件通过螺纹紧固件和夹紧锁组装而成，能够快速进行拆卸和组装，拆卸后放置到收纳箱后方便携带；抬升架与前叉的角度能够通过电动升降推杆调整位置，抬升架与连接架能够通过夹紧锁调整位置；第一控制主板与陀螺仪等传感器共同作用控制牵引机构自动回正和控制速度，提高使用的安全性。

附图说明

附图1为本发明安装于轮椅上的立体结构视图；

附图2为本发明牵引机构的立体结构视图；

附图3为本发明牵引机构的爆炸结构视图；

附图4为本发明图3中P处放大视图；

附图5为本发明图3中O处放大视图；

附图6为本发明控制系统原理框图；

附图7为本发明摇杆控制器的立体结构视图；

附图8为本发明摇杆控制器内部的立体结构视图。

图中：1、牵引机构；2、摇杆控制器；A、轮椅；101、车头罩；102、显示屏；103、船型开关；104、抬升架；105、连接架；105a、连接扣；105b、夹紧锁；105c、方管；105d、圆管；106、前叉套筒；107、前叉；108、电动升降推杆；109、牵引轮；110、舵机；110a、转向轴；111、第一控制主板；111a、STM32单片机；111b、2.4G无线接收模块；111c、稳压模块；111d、驱动模块；112、前叉顶盖；113、陀螺仪；114、磁力计；115、连接杆；115a、方杆；115b、圆杆；116、速度传感器；117、电池；201、第二控制主板；201a、AT89C52单片机；201b、2.4G无线发送模块；201c、稳压模块；201d、电源模块；202、底座；203、第二控制按键；204、摇杆；205、第一控制按键；206、电位器。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的描述，以便于更清楚的理解本发明要求保护的技术思想。

一种可拆解式新型轮椅牵引装置，参考附图1，由牵引机构1和摇杆控制器2构成，其中牵引机构1安装于轮椅的前方，通过连接架105和连接扣105a与轮椅的支架连接，通过螺纹紧固件进行固定；摇杆控制器2固定安装在轮椅侧边扶手支架上，便于使用者进行操作。

参考附图2、附图3和附图4，牵引机构1中，由抬升架104、连接架105、前叉套筒106、前叉107和电动升降推杆108构成主要结构，其中抬升架104、电动升降推杆108和前叉套筒106构成三角结构，三角结构更有利与机构的稳定性。在本实施例中，电动升降推杆108、抬升架104和前叉套筒106三者之间均是通过螺纹紧固件铰接，实际运用中根据具体情况能够使用其他不同的活动连接方式。

驱动电动升降推杆108可调节前叉套筒106与抬升架104的角度,便于牵引机构1在不同型号的轮椅上能够对轮椅的前轮进行抬升或者下降，从而在安全的范围内调节轮椅前轮的高度，为使用者提供舒适的靠背角度和为驱动轮椅行进创造一定的条件。

参考附图5，抬升架104后端的连接杆115嵌入连接架105前端的方管105c和圆管105d，圆管105d端口处设有开口，在开口处安装夹紧锁105b，通过夹紧锁105b调整开口处的松紧度，进而实现抬升架104与连接架105之间相对位置的调节，适应不同型号的轮椅。连接杆115前端采用方杆115a有助于加强架构强度，后端采用圆杆115b目的是可使用夹紧锁105b进行固定，便于调节。

前叉套筒106、抬升架104与电动升降推杆108 之间通过螺纹紧固件铰接，前叉顶盖112与前叉107通过销连接，抬升架104与连接架105通过夹紧锁105b连接，以上所述连接方式均可快速进行拆卸，便于在不使用时对牵引机构1进行拆卸，再同一放置到收纳箱内，方便携带。

前叉107活动嵌入在前叉套筒106，通过舵机110对前叉107进行驱动，使得牵引机构1能够进行转向。前叉107底部设置有牵引轮109，牵引轮109内设有轮毂电机进行驱动。

参考附图6，牵引轮109的轮毂电机与STM32单片机111a连接，由STM32单片机111a控制。牵引轮109上方设置的陀螺仪113与磁力计114分别用于检测牵引轮109转向时的角速度和角度信息，而陀螺仪113内的加速度传感器用于检测牵引轮109的角加速度。

STM32单片机111a将上述的角速度、角加速度和角度信息进行函数运算之后，根据运算的结果判断牵引轮109的状态，进而控制舵机110，使得牵引轮109在转向之后能够自动回正。在牵引轮109的回正过程中，陀螺仪113与磁力计114以一定频率不断地检测牵引轮运动的信息，以保证回正控制过程中信息的准确性。

STM32单片机111a对电池进行电压采集，再通过A/D转换实现对电池电量的测量，通过程序自动处理，可实现过充保护、过放保护、过温保护、过流保护、短路保护及声光报警等功能。

前叉顶盖112的作用是对前叉107进行限位，防止前叉107脱离前叉套筒106。舵机110通过转向轴110a与前叉107和前叉套筒106连接，控制前叉107进行转向和回正。

参考附图7和附图8，第一控制主板111与控制副板201通过2.4G无线接收模块111b和2.4G无线发送模块201b进行无线连接，以实现摇杆控制器2与牵引机构1的连接。使用者通过操作摇杆控制器2对牵引机构1的前进、加速、后退、制动、左转弯和右转弯等动作进行操控。

摇杆控制器2安装在轮椅的扶手处，便于使用者进行操作。摇杆204底部与底座202的连接处设置有若干电位器206，该电位器206用于检测摇杆204的向前、向后、向左以及向右的动作，分别对应牵引机构1前进、后退、左转弯和右转弯等动作。

摇杆204上的第一控制按键205主要用于控制加速和制动，当使用者想要提高前进的速度时，按下第一控制按键205的加速按钮，信号由AT89C52单片机201a通过2.4G无线发送模块201b和2.4G无线接收模块111b传输至STM32单片机111a，STM32单片机111a通过驱动模块111d驱动牵引轮109提高转速；当使用者想要停车时，按下第一控制按键205的制动按钮，信号由AT89C52单片机201a通过2.4G无线发送模块201b和2.4G无线接收模块111b传输至STM32单片机111a，STM32单片机111a通过驱动模块111d驱动牵引轮109降低转速，同时驱动制动机构工作，对牵引轮109进行制动。

在使用者控制牵引机构1进行加速时，速度传感器116对行驶速度进行检测，保证行驶速度控制在一个数值内，防止因行驶速度过快造成意外事故，提高安全性。

底座202上的第二控制按键203主要是用于控制电动升降推杆108、照明灯和喇叭。此外，车头罩101上的船型开关103适用于开启电源和开启显示屏102，显示屏102能够显示电量、行驶速度、照明灯信息，方便使用者获取相关信息。

以上仅为本发明的具体实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种可拆解式新型轮椅牵引装置，由牵引机构（1）和摇杆控制器（2）构成，其特征在于：所述牵引机构（1）主要由抬升架（104）、前叉（107）、电动升降推杆（108）和电池（117）构成，其中抬升架（104）前方设有前叉套筒（106），抬升架（104）后方设有连接架（105）；所述电动升降推杆（108）一端与前叉套筒（106）底端活动连接，另一端与抬升架（104）底部活动连接，三者构成三角结构；

所述前叉（107）活动嵌入于前叉套筒（106），所述前叉（107）底部设有牵引轮（109），顶部设有前叉顶盖（112），且顶部与设置在前叉套筒（106）顶部的舵机（110）连接；

所述舵机（110）设有第一控制主板（111），且第一控制主板（111）上设有与电池（117,）、牵引轮（109）、电动升降推杆（108）和舵机（110）连接的STM32单片机（111a）；

所述摇杆控制器（2）主要由摇杆（204）和底座（202）构成，摇杆（204）活动设置于底座（202）顶部，底座（202）内部设有第二控制主板（201）；所述第二控制主板（201）上设有AT89C52单片机（201a），且所述AT89C52单片机（201a）与STM32单片机（111a）无线连接；所述摇杆（204）底部设有与AT89C52单片机（201a）连接的电位器（206）。

2.根据权利要求1所述的一种可拆解式新型轮椅牵引装置，其特征在于：所述抬升架（104）后端对称设有若干连接杆（115），所述连接杆（115）前端为方杆（115a），后端为圆杆（115b）；所述连接架（105）前端对称设有若干与圆杆（115b）相匹配的圆管（105d），布置于圆杆（115b）的相对侧；所述圆管（105d）前方设有与方杆（115a）相匹配的方管（105c）；所述圆管（105d）端口设有开口，且开口处套合有锁紧架（105b）。

3.根据权利要求1所述的一种可拆解式新型轮椅牵引装置，其特征在于：所述第一控制主板（111）上设有与STM32单片机（111a）连接的2.4G无线接收模块（111b）、稳压模块（111c）和驱动模块（111d），其中牵引轮（109）、电动升降推杆（108）和舵机（110）均通过驱动模块（111d）与STM32单片机（111a）连接。

4.根据权利要求1所述的一种可拆解式新型轮椅牵引装置，其特征在于：所述前叉（107）设有与STM32单片机（111a）连接的陀螺仪（113）、磁力计（114）和速度传感器（116），布置于牵引轮（109）上方；所述陀螺仪（113）内结合有加速度传感器；所述牵引轮（109）一侧设有与STM32单片机（111a）连接的制动机构。

5.根据权利要求1所述的一种可拆解式新型轮椅牵引装置，其特征在于：所述第二控制主板（201）上设有与AT89C52单片机（201a）连接的稳压模块（201c）和2.4G无线发送模块（201b）。

6.根据权利要求1所述的一种可拆解式新型轮椅牵引装置，其特征在于：所述前叉套筒（106）顶部设有位于舵机（110）下方的前叉顶盖（112），所述前叉（107）顶部嵌入前叉顶盖（112）的底部，两者通过销连接；所述前叉（107）顶部与前叉顶盖（112）顶部均与舵机传动轴（110a）固定连接。

7.根据权利要求1所述的一种可拆解式新型轮椅牵引装置，其特征在于：所述舵机（110）上方覆盖有车头罩（101），车头罩（101）顶部设有与STM32单片机（111a）连接的显示屏（102）和船型开关（103），前端设有STM32单片机（111a）连接的照明灯和喇叭；所述电池（117）设置在车头罩（101）内部。

8.根据权利要求1所述的一种可拆解式新型轮椅牵引装置，其特征在于：所述摇杆（204）顶部设有与AT89C52单片机（201a）连接的第一控制按键（205）；所述底座（202）一侧设有轮椅扶手相匹配的安装圆孔；所述底座（202）顶部设有与AT89C52单片机（201a）连接的第二控制按键（203）。

9.根据权利要求1所述的一种可拆解式新型轮椅牵引装置，其特征在于：所述连接架（105）左右两侧设有连接扣（105a），且所述连接扣（105a）设有凹槽；所述连接扣（105a）与连接架（105）通过螺纹紧固件连接。

10.根据权利要求1所述的一种可拆解式新型轮椅牵引装置，其特征在于：所述电池（117）与STM32单片机（111a）之间通过稳压模块（111c）连接，所述电源模块（201d）与AT89C52单片机（201a）之间通过稳压模块（201c）连接。