CN110725490A - 一种助力楼梯系统及其辅助上下楼的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种助力楼梯系统及其辅助上下楼的方法，包括楼梯平台及一组助力楼梯装置，所述助力楼梯装置包括第一支架、第二支架及设置在第一支架与第二支架之间的踏板，所述第一支架及第二支架内分别设有踏板升降控制装置，所述踏板升降控制装置包括弹簧、锁扣及锁扣控制装置，所述弹簧分别设置在踏板两侧，所述弹簧一端与踏板固定，另一端分别与第一支架及第二支架顶部固定；所述锁扣设置在踏板的两侧端部，且与锁扣控制装置限位配合；本发明的有益效果是：该助力楼梯系统，通过弹簧、踏板及锁扣控制装置的共同作用，能够储存和释放关节能量，在下楼时压缩内置的弹簧，减少部分的脚踝部位施力，从而也就避免了下楼过快的问题。
Description
技术领域
本发明涉及助力楼梯技术领域，具体涉及一种助力楼梯系统及其辅助上下楼的方法。
背景技术
助力楼梯系统是用于使用者对位置较高处的物品进行取放的一种辅助提升装置，目前的市面上的楼梯系统的踏板都是固定的，均没有设置助力结构，对位置较高处的物品进行取放时比较费力，特别对于年纪较大的使用者更为吃力。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供了结构简单的一种助力楼梯系统及其辅助上下楼的方法。
本发明的技术方案如下：
一种助力楼梯系统，其特征在于，包括楼梯平台及一组助力楼梯装置，所述助力楼梯装置包括第一支架、第二支架及设置在第一支架与第二支架之间的踏板，所述第一支架及第二支架内分别设有踏板升降控制装置，所述踏板升降控制装置包括弹簧及锁扣控制装置，所述弹簧分别设置在踏板上两侧位置处，所述弹簧一端与踏板固定，另一端分别与第一支架及第二支架顶部固定；所述锁扣控制装置设置在踏板的两侧，且与踏板限位配合；所述踏板上安装有压力采集装置及信号分析装置，所述压力传感装置与信号分析装置信号相连，所述信号分析装置与锁扣控制装置信号相连。
所述的一种助力楼梯系统，其特征在于，所述助力楼梯装置相邻之间及助力楼梯装置与楼梯平台之间固定连接，且上一级助力楼梯装置通过在其底部设置底架与下一级助力楼梯装置之间形成高度差。
所述的一种助力楼梯系统，其特征在于，所述锁扣控制装置包括电机、锁扣及锁舌，所述锁扣分别设置在电机的两侧位置，所述锁扣上分别穿设有锁柱，所述锁柱上设有皮带轮，所述电机上设有转轴，且转轴上设有皮带轮，所述转轴与锁柱之间通过皮带传动连接，从而通过电机实现锁舌的伸缩。
所述的一种助力楼梯系统，其特征在于，所述压力采集装置设置在踏板的上表面，压力采集装置采用薄膜压力传感器，用于持续采集踏板上压力并通过电阻变化转化为电压变化并输出至信号分析装置。
所述的一种助力楼梯系统，其特征在于，所述信号分析装置设置在踏板的下表面，信号分析装置采用单片机，用于接收压力采集装置输出的电压信号并分析压力变化的图像，从而判断是否有人员踩在踏板上以及人员是上楼或下楼状态。
所述的一种助力楼梯系统，其特征在于，所述楼梯平台及助力楼梯装置底部设有滚轮，并通过滚轮进行移动。
所述的一种助力楼梯系统，其特征在于，所述楼梯平台、第一支架、第二支架及底架均采用铝型材拼接构成，且铝型材之间均采用角码固定连接。
8.根据权利要求1所述的一种助力楼梯系统辅助上下楼的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）压力采集装置采集踏板上的压力并输出电压信号至信号分析装置；
2）信号分析装置接收压力采集装置的信号，并通过信号分析装置内部的图像分析程序对压力采集装置采集的踏板上的压力进行分析；
3）信号分析装置内部的图像分析程序对踏板上的压力进行分析识别，根据上下楼梯时踏板上的压力图像变化不同，来判断踏板上是否有人员以及人员上下楼状态；
4）当信号分析装置判断为人员上楼时，电机转动通过皮带和皮带轮的传动，实现锁舌收缩，踏板解除锁定，踏板在弹簧拉力作用下上升；当信号分析装置判断踏板上无人员时，锁舌自动复位；当判断为人员下楼时，电机不工作，踏板侧边挤压锁舌实现自锁。
本发明的有益效果是：该助力楼梯系统，通过弹簧、踏板及锁扣控制装置的共同作用，能够储存和释放关节能量，在下楼时压缩内置的弹簧，减少部分的脚踝部位施力，从而也就避免了下楼过快的问题；而在上楼时，弹簧会释放之前储存的能量，从而让膝关节也减少部分的用力，让上楼也变得更加轻松。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的踏板升降控制装置结构示意图；
图3为本发明的踏板进入自锁状态；
图4为本发明的踏板自锁状态；
图5为本发明的流程图；
图6为本发明的上楼压力变化图；
图7为本发明的下楼压力变化图。
具体实施方式
以下结合说明书附图，对本发明作进一步描述。
如图1-7所示，一种助力楼梯系统，包括楼梯平台2及一组助力楼梯装置3，助力楼梯装置包括第一支架6、第二支架7及设置在第一支架6与第二支架7之间的踏板4，第一支架6及第二支架7内分别设有踏板升降控制装置5。助力楼梯装置3相邻之间及助力楼梯装置3与楼梯平台2之间固定连接，且上一级助力楼梯装置3通过在其底部设置底架8与下一级助力楼梯装置3之间形成高度差；其中楼梯平台2、第一支架6、第二支架7及底架8均采用铝型材拼接构成，且铝型材之间均采用角码固定连接。其中踏板4采用松木材料，厚度为20mm，尺寸为580mm*200mm,并与铝型材的光面相配合，更精确的上下移动。
踏板升降控制装置5包括弹簧508、锁扣501及锁扣控制装置，弹簧508分别设置在踏板4两侧，弹簧508一端通过羊眼钉与踏板4固定，另一端分别与第一支架6及第二支架7顶部的角码或角件固定（利用角码或角件上的安装孔来穿设安装弹簧）；锁扣控制装置设置在踏板4的两侧，且踏板4与锁扣控制装置限位配合；踏板4上安装有压力采集装置及信号分析装置，压力传感装置与信号分析装置信号相连，信号分析装置与锁扣控制装置信号相连。本实施例中弹簧508的长度为150mm，平均螺旋直径(中径) D为7mm，线材直径(线径) d为1mm，劲度系数K的值为425.17g/mm。其中弹簧材质为SUS304-WPB；压簧总圈数为8；横弹性系数G：7000 kg/mm2。
锁扣控制装置包括电机505、锁扣501及锁舌507，锁扣501分别设置在电机505的两侧位置，锁扣501上分别穿设有锁柱502，锁柱502上设有皮带轮503，电机505上设有转轴506，且转轴506上设有皮带轮503，转轴506与锁柱502之间通过皮带504传动连接，从而通过电机505实现锁舌507的伸缩。
压力采集装置设置在踏板4的上表面，压力采集装置采用薄膜压力传感器，用于持续采集踏板上压力并通过电阻变化转化为电压变化并输出至信号分析装置。
信号分析装置设置在踏板4的下表面。信号分析装置采用单片机，用于接收压力采集装置输出的电压信号并分析压力变化的图像，从而判断是否有人踩在踏板上以及人是上楼或下楼状态，如图6、7所示。其中单片机采用Arduino单片机开源式的环境；型号：ArduinoUNO R3；工作电压：5V；输入电压：接上USB时无须外部供电或外部7V~12V DC输入；微处理器：ATmega328P；时钟频率：16 MHz；14路数字IO出口，最大电流为40mA，实验时不要超过该电流；6路模拟输入A0到A5：10位的分辨率，默认输入信号为0到5V；AREF：模拟输入信号的参考电压。
楼梯平台2及助力楼梯装置3底部还设有滚轮1，并通过滚轮1对楼梯系统整体进行移动，操作方便。
一种助力楼梯系统辅助上下楼的方法，踏板在初始状态时处于锁定状态，具体步骤如下：
1）压力采集装置采集踏板上的压力并输出电压信号至信号分析装置；
2）信号分析装置接收压力采集装置的信号，并通过信号分析装置内部的图像分析程序对压力采集装置采集的踏板上的压力进行分析；
3）信号分析装置内部的图像分析程序对踏板上的压力进行分析识别，根据上下楼梯时踏板上的压力图像变化不同，来判断踏板上是否有人员以及人员上下楼状态；
4）当信号分析装置判断为人员上楼时，电机转动通过皮带和皮带轮的传动，实现锁舌收缩，踏板解除锁定，踏板在弹簧拉力作用下上升；当信号分析装置判断踏板上无人员时，锁舌自动复位；当判断为人员下楼时，电机不工作，踏板侧边挤压锁舌实现自锁。
整个楼梯系统，通过能量存储：将下楼梯时平衡身体的能力以及重力势能储存起来；通过运动限位：对踏板的运动位置进行限制；通过传感识别，利用传感器识别用户使用情况；从而实现上楼梯时减少膝关节约37%的膝关节用力，并能让体重小于等于80kg的人正常使用。
Claims (8)
1.一种助力楼梯系统，其特征在于，包括楼梯平台（2）及一组助力楼梯装置（3），所述助力楼梯装置包括第一支架（6）、第二支架（7）及设置在第一支架（6）与第二支架（7）之间的踏板（4），所述第一支架（6）及第二支架（7）内分别设有踏板升降控制装置（5），所述踏板升降控制装置（5）包括弹簧（508）及锁扣控制装置，所述弹簧（508）分别设置在踏板（4）上两侧位置处，所述弹簧（508）一端与踏板（4）固定，另一端分别与第一支架（6）及第二支架（7）顶部固定；所述锁扣控制装置设置在踏板（4）的两侧，且与踏板（4）限位配合；所述踏板（4）上安装有压力采集装置及信号分析装置，所述压力传感装置与信号分析装置信号相连，所述信号分析装置与锁扣控制装置信号相连。
2.根据权利要求1所述的一种助力楼梯系统，其特征在于，所述助力楼梯装置（3）相邻之间及助力楼梯装置（3）与楼梯平台（2）之间固定连接，且上一级助力楼梯装置（3）通过在其底部设置底架（8）与下一级助力楼梯装置（3）之间形成高度差。
3.根据权利要求1所述的一种助力楼梯系统，其特征在于，所述锁扣控制装置包括电机（505）、锁扣（501）及锁舌（507），所述锁扣（501）分别设置在电机（505）的两侧位置，所述锁扣（501）上分别穿设有锁柱（502），所述锁柱（502）上设有皮带轮（503），所述电机（505）上设有转轴（506），且转轴（506）上设有皮带轮（503），所述转轴（506）与锁柱（502）之间通过皮带（504）传动连接，从而通过电机（505）实现锁舌（507）的伸缩。
4.根据权利要求1所述的一种助力楼梯系统，其特征在于，所述压力采集装置设置在踏板（4）的上表面，压力采集装置采用薄膜压力传感器，用于持续采集踏板上压力并通过电阻变化转化为电压变化并输出至信号分析装置。
5.根据权利要求1所述的一种助力楼梯系统，其特征在于，所述信号分析装置设置在踏板（4）的下表面，信号分析装置采用单片机，用于接收压力采集装置输出的电压信号并分析压力变化的图像，从而判断是否有人员踩在踏板上以及人员是上楼或下楼状态。
6.根据权利要求1所述的一种助力楼梯系统，其特征在于，所述楼梯平台（2）及助力楼梯装置（3）底部设有滚轮（1），并通过滚轮（1）进行移动。
7.根据权利要求2所述的一种助力楼梯系统，其特征在于，所述楼梯平台（2）、第一支架（6）、第二支架（7）及底架（8）均采用铝型材拼接构成，且铝型材之间均采用角码固定连接。
8.根据权利要求1所述的一种助力楼梯系统辅助上下楼的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）压力采集装置采集踏板上的压力并输出电压信号至信号分析装置；
2）信号分析装置接收压力采集装置的信号，并通过信号分析装置内部的图像分析程序对压力采集装置采集的踏板上的压力进行分析；
3）信号分析装置内部的图像分析程序对踏板上的压力进行分析识别，根据上下楼梯时踏板上的压力图像变化不同，来判断踏板上是否有人员以及人员上下楼状态；
4）当信号分析装置判断为人员上楼时，电机转动通过皮带和皮带轮的传动，实现锁舌收缩，踏板解除锁定，踏板在弹簧拉力作用下上升；当信号分析装置判断踏板上无人员时，锁舌自动复位；当判断为人员下楼时，电机不工作，踏板侧边挤压锁舌实现自锁。
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