CN110353902A - 一种可上下楼梯的轮椅 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可上下楼梯的轮椅，包括靠椅、扶手、座椅、脚托、履带、平地行走轮、蜗杆大力电机、伸缩杆、单片机、控制箱、陀螺仪，座椅一侧转动连接有靠椅，座椅另一侧连接有脚托，扶手对称设于座椅的左右两端，座椅下表面固定安装有伸缩杆，伸缩杆底端转动连接有履带架，履带套设在履带架上，履带架内侧连接蜗杆大力电机、蜗杆大力电机给履带提供动力，平地行走轮可转动连接在履带架内侧，单片机、控制箱、陀螺仪均设于座椅下表面，陀螺仪、控制箱均与单片机电性连接，单片机自主控制座椅的调平；方向控制杆与控制箱电性连接，按钮与单片机电性连接，单片机可控制座椅的升降、靠椅的倾斜角、轮椅的行走速度。

Description

一种可上下楼梯的轮椅
技术领域
本发明涉及轮椅技术领域，特别是涉及一种可上下楼梯的轮椅。
背景技术
随着医疗水平的发展，中国人的平均寿命逐渐延长，老年人所占比重也越来越大，研发一种方便代步工具对老人和残障人士来说是显得尤为重要的，目前的轮椅活动大多只能在水平路面上活动，无法上下台阶，严重限制其使用范围，给使用者造成很大的不便。
经调查，目前对轮椅类设备主要包括以下几种：德国一款电动载人爬楼机，通过凸轮机构撑杆实现轮椅对上下楼功能，上下楼速度可调，但需要有陪护人员操纵和保持平衡；日本一款电动爬楼机，通过下部一个较大对齿条式行走机构与车架分开一个角度，实现爬楼功能，但也必须有陪护人员进行操纵和帮助，且操作较为繁琐；苏黎世联邦李工学院研发另一款名为SCEWO对电动轮椅，通过三个陀螺仪保持平衡，可独立操作。但上述三款价格都非常高，大多数国人难以接受，国内也有两轮式、三轮式和五轮式结构对爬楼轮椅，但存在上下楼颠簸，只能倒向下楼等问题，且一般都需要陪同人员帮助。本设计旨在设计一款可由乘坐者自行控制平稳上下楼梯电动轮椅，本设计结构也可推广到相关车辆中去。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种可上下楼梯的轮椅。
本发明采用如下技术方案：一种可上下楼梯的轮椅，包括靠椅、扶手、座椅、脚托、履带、平地行走轮、蜗杆大力电机、伸缩杆、单片机、控制箱、陀螺仪，所述座椅一侧转动连接有靠椅，座椅另一侧连接有脚托，所述扶手对称设于座椅的左右两端，座椅下表面四直角位置均固定安装有伸缩杆，所述伸缩杆底端转动连接有履带架，所述履带套设在履带架上，所述履带架内侧均连接有蜗杆大力电机、蜗杆大力电机给履带提供动力，所述平地行走轮可转动连接在履带架内侧，所述单片机、控制箱、陀螺仪均设于座椅下表面，陀螺仪、控制箱均与单片机电性连接，单片机通过自主控制伸缩杆的伸长与缩短来进行座椅的调平；
位于座椅一端的扶手上设有方向控制杆，位于座椅另一端的扶手上设有按钮，所述方向控制杆与控制箱电性连接，控制箱可控制轮椅的前、后、左、右移动，所述按钮与单片机电性连接，单片机可控制座椅的升降、靠椅的倾斜角、轮椅的行走速度。
进一步的，所述扶手通过支撑杆与座椅固定连接，所述。
进一步的，所述座椅内部设有步进电机，所述靠椅通过旋转轴套设在座椅的外侧，且旋转轴与步进电机连接。
进一步的，所述座椅另一侧设有连接杆，所述连接杆一端连接有脚托，所述座椅下表面固定安装有固定座，所述固定座内设有电源、单片机、控制箱、陀螺仪，电源为轮椅提供电量。
进一步的，所述伸缩杆上端内部均设有步进电机，所述步进电机、直流电机、蜗杆大力电机均与控制箱电性连接。
进一步的，所述履带架包括两块铝板，所述铝板之间通过柱形件连接，所述柱形件上均设有轴承，所述轴承上套设有履带轮。
进一步的，所述伸缩杆包括第一伸缩杆、第二伸缩杆，所述第一伸缩杆对称设于座椅前端两侧，第二伸缩杆对称设于座椅后端两侧，且第一伸缩杆设于第二伸缩杆内侧，伸缩杆底端套设在履带架外侧，且伸缩杆通过转轴与履带架转动连接。
进一步的，所述履带架内侧通过固定杆转动连接有连接杆，所述连接杆一侧固定连接在固定块上，固定块通过转轴转动连接有平地行走轮，平地行走轮与固定块之间设有第二齿轮，所述固定块通过丝杆连接有28贯通轴式步进电机，所述28贯通轴式步进电机固定安装在履带架上，且28贯通轴式步进电机与控制箱电性连接，所述履带架内侧转动连接有第一齿轮，所述第一齿轮与位于中间的履带轮共轴，且第一齿轮可与第二齿轮啮合。
进一步的，所述蜗杆大力电机输出端延伸至履带架内侧，并套设有主动齿轮，所述履带依次套设在主动齿轮、履带轮上。
与现有技术相比，本发明具有的优点：本发明采用履带传动行走结构，通过前后伸缩撑杆结构、控制系统、伺服机构提高爬楼抓地力，可适应各种地面行走，上下楼梯不打滑，不仅结构简单，成本低，且乘员重心保持在支点范围以内，且保证座椅平稳运行，防止上下楼梯时颠簸，在水平路面时采用平地行走轮前进，提高安全性、节能性和舒适性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的平地行走轮连接示意图。
图3是本发明的履带连接示意图。
图4是本发明的轮椅上楼梯示意图。
附图标记说明:1、靠椅 2、扶手 3、方向控制杆 4、座椅 5、脚托 6、履带轮 7、平地行走轮 8、转轴 9、履带架 10、蜗杆大力电机 11、第一伸缩杆 12、第二伸缩杆 13、旋转轴14、按钮 15、第一齿轮 16、第二齿轮 17、28贯通轴式步进电机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
在本实施例中，需要理解的是，术语“中间”、“上”、“下”、“顶部”、“右侧”、“左端”、“上方”、“背面”、“中部”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
一种可上下楼梯的轮椅，包括靠椅(1)、扶手(2)、座椅(4)、脚托(5)、履带、平地行走轮(7)、蜗杆大力电机(10)、伸缩杆、单片机、控制箱、陀螺仪，所述座椅(4)一侧转动连接有靠椅(1)，座椅(4)另一侧连接有脚托(5)，所述扶手(2)对称设于座椅(4)的左右两端，座椅(4)下表面四直角位置均固定安装有伸缩杆，所述伸缩杆底端转动连接有履带架(9)，所述履带套设在履带架(9)上，所述履带架(9)内侧均连接有蜗杆大力电机(10)、蜗杆大力电机(10)给履带提供动力，所述平地行走轮(7)可转动连接在履带架(9)内侧，所述单片机、控制箱、陀螺仪均设于座椅(4)下表面，陀螺仪、控制箱均与单片机电性连接，单片机自主控制伸缩杆的伸长与缩短来进行座椅(4)的调平；
位于座椅(4)一端的扶手(2)上设有方向控制杆(3)，位于座椅(4)另一端的扶手(2)上设有按钮(14)，所述方向控制杆(3)与控制箱电性连接，控制箱可控制轮椅的前、后、左、右移动，所述按钮(14)与单片机电性连接，单片机可控制座椅(4)的升降、靠椅(1)的倾斜角、轮椅的行走速度。
进一步的，所述扶手(2)通过支撑杆与座椅(4)固定连接，所述。
进一步的，所述座椅(4)内部设有步进电机，所述靠椅(1)通过旋转轴(13)套设在座椅(4)的外侧，且旋转轴(13)与步进电机连接。
进一步的，所述座椅(4)另一侧设有连接杆，所述连接杆一端连接有脚托(5)，所述座椅(4)下表面固定安装有固定座，所述固定座内设有电源、单片机、控制箱、陀螺仪，电源为轮椅提供电量。
进一步的，所述伸缩杆上端内部均设有步进电机，所述步进电机、直流电机、蜗杆大力电机(10)均与控制箱电性连接。
进一步的，所述履带架(9)包括两块铝板，所述铝板之间通过柱形件连接，所述柱形件上均设有轴承，所述轴承上套设有履带轮(6)。
进一步的，所述伸缩杆包括第一伸缩杆(11)、第二伸缩杆(12)，所述第一伸缩杆(11)对称设于座椅(4)前端两侧，第二伸缩杆(12)对称设于座椅(4)后端两侧，且第一伸缩杆(11)设于第二伸缩杆(12)内侧，伸缩杆底端套设在履带架(9)外侧，且伸缩杆通过转轴(8)与履带架(9)转动连接。
进一步的，所述履带架(9)内侧通过固定杆转动连接有连接杆，所述连接杆一侧固定连接在固定块上，固定块通过转轴转动连接有平地行走轮(7)，平地行走轮(7)与固定块之间设有第二齿轮(16)，所述固定块通过丝杆连接有28贯通轴式步进电机(17)，所述28贯通轴式步进电机(17)固定安装在履带架(9)上，且28贯通轴式步进电机(17)与控制箱电性连接，所述履带架(9)内侧转动连接有第一齿轮(15)，所述第一齿轮(15)与位于中间的履带轮(6)共轴，且第一齿轮(15)可与第二齿轮(16)啮合。
进一步的，所述蜗杆大力电机(10)输出端延伸至履带架(9)内侧，并套设有主动齿轮，所述履带依次套设在主动齿轮、履带轮上。
本发明采用履带传动与轮子结合行走机构，履带提高爬楼抓地力，轮子提高平地行走效率，可适应各种地面行走，上下楼梯不打滑，通过前后伸缩腿结构，通过控制系统和伺服机构，不仅结构简单，成本低，且乘员重心保持在支点范围以内，且每个履带架⑼的长度可跨三个台阶，保证座椅(4)平稳运行，防止上下楼梯时的颠簸，提高安全性和舒适性。爬坡原理如下：
前进原理:前进的动力来自每个履带，通过主动轮的蜗杆大力电机(10)驱带动履带行走，通过两侧蜗杆大力电机(10)差动，实现方向变化。
行走原理:该轮椅有平地行走和爬楼行走两种模式
楼梯模式:
平地行走轮(7)收起，当走到台阶前时，由于履带前端的作用，前端会慢慢往上爬，整个履带轮(6)绕转轴(8)缓慢旋转，随着履带的抬高，转轴(8)也会缓慢抬高，同时四条腿上的步进电机配合工作，通过后腿伸长，前腿缩短，使得座椅(4)始终处于水平位置此时履带与地面所成角度就为楼梯的斜边与地面所成角度，走了一段距离后，后轮会偏转与前履带相同的角度，此时，轮椅的四个角均在楼梯上，通过蜗杆大力电机(10)使整个轮椅向上爬，当爬到最后一个台阶时，前履带由于重力会自动恢复水平位置，后轮也类似，在此过程中，步进电机使得座椅(4)始终处于水平位置，下楼梯为逆过程，这里便不再解释，给定步进电机信号的是轮椅下的单片机。
平地行走模式：
四个平地行走轮(7)通过28贯通轴式步进电机(17)放下，将四个履带撑起来，此时履带离地，由四个平地行走轮(7)撑起整个轮椅，后两个平地行走轮(7)为动力轮，与履带轮(6)通过传动装置连接，提供前进动力，前两个为方向轮，不提供动力，用于控制方向，通过加速模块，使平地速度控制在1—2m/s。
细节部分原理：
本发明本着操作简单的目标，将方向控制设立为右扶手(2)前端的方向控制杆(3)，调节按钮(14)设置在左扶手(2)，分别为速度调节按钮，靠背倾角调节按钮，座椅高低调节按钮。其中，速度调节按钮设置轮椅的最快速度，设置后，芯片会控制最大电流实现功能，以满足使用者对速度的需求。靠椅倾角调节按钮是调节靠背与座位的角度，通过旋转轴(13)中的步进电机实现，以保证使用者的舒适感。座椅高低调节按钮能够调节座椅(4)的高度，通过同时控制四个伸缩杆内的步进电机驱动，调低座椅(4)能使腿脚不便之人轻松登上轮椅，调高座椅(4)能够使使用者与交谈之人视线水平，减轻使用者压抑感。
轮椅上可设有折叠平桌，供使用者书写或放置物品。
本发明设有三个自动锁死装置：
1：断电时蜗杆大力电机(10)自动锁死，不会出现滑坡危险。
2：断电时步进电机伸缩腿锁死，维持平台平衡。
3：上下楼梯时，左右转向失效，防止侧翻。
不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种可上下楼梯的轮椅，其特征在于，包括靠椅(1)、扶手(2)、座椅(4)、脚托(5)、履带、平地行走轮(7)、蜗杆大力电机(10)、伸缩杆、单片机、控制箱、陀螺仪，所述座椅(4)一侧转动连接有靠椅(1)，座椅(4)另一侧连接有脚托(5)，所述扶手(2)对称设于座椅(4)的左右两端，座椅(4)下表面四直角位置均固定安装有伸缩杆，所述伸缩杆底端转动连接有履带架(9)，所述履带套设在履带架(9)上，所述履带架(9)内侧均连接有蜗杆大力电机(10)、蜗杆大力电机(10)给履带提供动力，所述平地行走轮(7)可转动连接在履带架(9)内侧，所述单片机、控制箱、陀螺仪均设于座椅(4)下表面，陀螺仪、控制箱均与单片机电性连接，单片机自主控制伸缩杆的伸长与缩短来进行座椅(4)的调平；
位于座椅(4)一端的扶手(2)上设有方向控制杆(3)，位于座椅(4)另一端的扶手(2)上设有按钮(14)，所述方向控制杆(3)与控制箱电性连接，控制箱可控制轮椅的前、后、左、右移动，所述按钮(14)与单片机电性连接，单片机可控制座椅(4)的升降、靠椅(1)的倾斜角、轮椅的行走速度。
2.根据权利要求1所述的可上下楼梯的轮椅，其特征在于，所述扶手(2)通过支撑杆与座椅(4)固定连接，所述。
3.根据权利要求1所述的可上下楼梯的轮椅，其特征在于，所述座椅(4)内部设有步进电机，所述靠椅(1)通过旋转轴(13)套设在座椅(4)的外侧，且旋转轴(13)与步进电机连接。
4.根据权利要求1所述的可上下楼梯的轮椅，其特征在于，所述座椅(4)另一侧设有连接杆，所述连接杆一端连接有脚托(5)，所述座椅(4)下表面固定安装有固定座，所述固定座内设有电源、单片机、控制箱、陀螺仪，电源为轮椅提供电量。
5.根据权利要求1所述的可上下楼梯的轮椅，其特征在于，所述伸缩杆上端内部均设有步进电机，所述步进电机、直流电机、蜗杆大力电机(10)均与控制箱电性连接。
6.根据权利要求1所述的可上下楼梯的轮椅，其特征在于，所述履带架(9)包括两块铝板，所述铝板之间通过柱形件连接，所述柱形件上均设有轴承，所述轴承上套设有履带轮(6)。
7.根据权利要求1所述的可上下楼梯的轮椅，其特征在于，所述伸缩杆包括第一伸缩杆(11)、第二伸缩杆(12)，所述第一伸缩杆(11)对称设于座椅(4)前端两侧，第二伸缩杆(12)对称设于座椅(4)后端两侧，且第一伸缩杆(11)设于第二伸缩杆(12)内侧，伸缩杆底端套设在履带架(9)外侧，且伸缩杆通过转轴(8)与履带架(9)转动连接。
8.根据权利要求1所述的可上下楼梯的轮椅，其特征在于，所述履带架(9)内侧通过固定杆转动连接有连接杆，所述连接杆一侧固定连接在固定块上，固定块通过转轴转动连接有平地行走轮(7)，平地行走轮(7)与固定块之间设有第二齿轮(16)，所述固定块通过丝杆连接有28贯通轴式步进电机(17)，所述28贯通轴式步进电机(17)固定安装在履带架(9)上，且28贯通轴式步进电机(17)与控制箱电性连接，所述履带架(9)内侧转动连接有第一齿轮(15)，所述第一齿轮(15)与位于中间的履带轮(6)共轴，且第一齿轮(15)可与第二齿轮(16)啮合。
9.根据权利要求1或6所述的可上下楼梯的轮椅，其特征在于，所述蜗杆大力电机(10)输出端延伸至履带架(9)内侧，并套设有主动齿轮，所述履带依次套设在主动齿轮、履带轮上。
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