CN111110465A - 爬楼轮椅机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轮椅辅助用品领域，公开了一种爬楼轮椅机器人，包括轮椅，还包括安放轮椅的支撑底板、通过变形适应平地行走和爬楼动作的四个变形轮以及两个提供爬楼动力和变形轮变形动力的悬挂，两个悬挂分别安装于支撑底板底面的左右两侧，每个悬挂的两端各安装有一个变形轮。本发明爬楼轮椅机器人，在不同的需求下将轮的形态在圆形和越障两种姿态中切换，且使人坐在轮椅上面保持水平状态，便于老年使用者控制机器人爬楼。

Description

爬楼轮椅机器人

技术领域

本发明涉及轮椅辅助用品领域，具体涉及一种爬楼轮椅机器人。

背景技术

由于针对助老助残服务机器人的需求量大幅度地增长，此外由其它原因如自然灾害、环境污染、工伤、交通事故等导致的下肢残疾也占有一定的基数。虽然己开始提倡无障碍通行的理念，但低层居民楼、商场、公园、火车站等公共场所依然出现大量楼梯等障碍物。然而老年人和残疾人借助普通的电动或非电动轮椅只能在家中或户外平地活动，很难自己克服从家中到户外的楼梯障碍，并且在一定程度上加重了家庭和护理人员的人力负担。

老年人和残疾人越来越需要现代科技来改善他们的生活质量和生活自由度，因此具有平地行驶和爬楼功能的服务机器人逐渐成为研究热点。爬楼智能轮椅在老年人和残疾人领域具有广阔的应用前景，发展潜力巨大，是服务机器人产业发展的一次重大机遇。为了适应服务机器人发展形势，针对老龄化社会对助老助残服务机器人的需求，探索一条具有平地运行和爬楼梯功能的助老助残机器人研究途径，既能扩展老年人和伤残人的户外运动范围，又能减轻看护者的负担，具有巨大的经济价值和社会效益。

发明内容

本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种爬楼轮椅机器人，在不同的需求下将轮的形态在圆形和越障两种姿态中切换，且使人坐在轮椅上面保持水平状态，便于老年使用者控制机器人爬楼。

为实现上述目的，本发明所设计的爬楼轮椅机器人，包括轮椅，还包括安放所述轮椅的支撑底板、通过变形适应平地行走和爬楼动作的四个变形轮以及两个提供爬楼动力和所述变形轮变形动力的悬挂，两个所述悬挂分别安装于所述支撑底板底面的左右两侧，每个所述悬挂的两端各安装有一个变形轮。

优选地，所述悬挂包括第一电机和第二电机，所述第一电机连有第一传动轴，所述第一传动轴的两端均咬合有电磁离合器的锥齿轮，所述电磁离合器的正齿轮均与固定套置在第一转轴上的第一转动齿轮咬合，所述第一转轴上固定套置有第二转动齿轮，所述第二转动齿轮咬合有第三传动齿轮，所述第三传动齿轮通过螺栓固定连接在变形轮的内法兰上，所述变形轮内法兰中心套置有第二转轴，所述第二电机连有第二传动轴，所述第二传动轴的两端均通过齿轮与所述第二转轴咬合，且所述第二转轴上设有花键与所述电磁离合器的牙嵌相连。

优选地，所述变形轮包括至少三个变形结构件，所述变形结构件的外侧围合为圆形，所述变形结构件的内侧中心处通过安装柱活动安装在所述变形轮的内法兰上，且所述安装柱绕所述内法兰的中心位置均匀分布，所述第二转轴的端部固定安装有中心齿轮，所述变形结构件的内侧设有齿且与所述中心齿轮咬合，两个相邻的所述变形结构件的外侧互相接触，内侧向内切除使所述变形结构件绕所述安装柱转动时不会与相邻的变形结构件发生干涉。

优选地，所述支撑底板上设有自平衡装置，所述轮椅安装在所述自平衡装置上，所述自平衡装置包括固定安装在所述支撑底板上的两条相同的轨道槽，所述轨道槽为半圆形，所述轮椅的四个车轮分别位于两个轨道槽内。

优选地，所述轮椅的后部连有弹簧阻尼，所述弹簧阻尼的另一端固定安装在所述支撑底板上。

优选地，所述自平衡装置的前端设有前灯，后端设有后灯，所述轮椅的扶手上设有控制装置，所述控制装置与所述第一电机及第二电机电连。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1、通过在不同的需求下将轮的形态在圆形和越障两种姿态中切换，便于机器人爬楼；

2、通过自平衡装置使人坐在轮椅上面保持水平状态，舒适度和安全性高，让老人或残疾人乘坐时更加安心；

3、变形轮结构可靠，且可以自由调整上楼的斜度和跨度；

4、在爬楼的过程中如果突然断电，由于电磁离合器在断电时无法脱开，变形轮不会再发生形变，因此能够维持变形轮在断电前的变形状态，从而避免轮椅在上下楼时由于断电而发生翻滚。

附图说明

图1为本发明爬楼轮椅机器人的立体结构示意图；

图2为本发明爬楼轮椅机器人的悬挂的结构示意图；

图3为图1中变形轮的结构示意图；

图4为图1中变形轮展开后的结构示意图；

图5为本发明爬楼轮椅机器人的侧视图。

图中各部件标号如下：

轮椅1、支撑底板2、变形轮3、悬挂4、第一电机5、第二电机 6、第一传动轴7、电磁离合器8、锥齿轮9、正齿轮10、第一转轴 11、第一转动齿轮12、第二转动齿轮13、第三传动齿轮14、内法兰 15、第二转轴16、第二传动轴17、变形结构件18、安装柱19、中心齿轮20、自平衡装置21、轨道槽22、车轮23、弹簧阻尼24、前灯25、后灯26、控制装置27。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1、图2及图4所示，本发明爬楼轮椅机器人，包括轮椅1，还包括安放轮椅1的支撑底板2、通过变形适应平地行走和爬楼动作的四个变形轮3以及两个提供爬楼动力和变形轮3变形动力的悬挂4，两个悬挂4分别安装于支撑底板2底面的左右两侧，每个悬挂4的两端各安装有一个变形轮3。

如图2所示，其中，悬挂4包括第一电机5和第二电机6，第一电机5连有第一传动轴7，第一传动轴7的两端均咬合有电磁离合器 8的锥齿轮9，电磁离合器8的正齿轮10均与固定套置在第一转轴 11上的第一转动齿轮12咬合，第一转轴11上固定套置有第二转动齿轮13，第二转动齿轮13咬合有第三传动齿轮14，第三传动齿轮 14通过螺栓固定连接在变形轮3的内法兰15上，变形轮3内法兰 15中心套置有第二转轴16，第二电机6连有第二传动轴17，第二传动轴17的两端均通过齿轮与第二转轴16咬合，且第二转轴16上设有花键与电磁离合器8的牙嵌相连。

如图3及图4所示，变形轮3包括至少三个变形结构件18，变形结构件18的外侧围合为圆形，变形结构件18的内侧中心处通过安装柱19活动安装在变形轮3的内法兰15上，且安装柱19绕内法兰15的中心位置均匀分布，第二转轴16的端部固定安装有中心齿轮20，变形结构件18的内侧设有齿且与中心齿轮20咬合，两个相邻的变形结构件18的外侧互相接触，内侧向内切除使变形结构件18 绕安装柱19转动时不会与相邻的变形结构件18发生干涉。

如图1及图5所示，支撑底板2上设有自平衡装置21，轮椅1 安装在自平衡装置21上，自平衡装置21包括固定安装在支撑底板2 上的两条相同的轨道槽22，轨道槽22为半圆形，轮椅1的四个车轮 23分别位于两个轨道槽22内，轮椅1的后部连有弹簧阻尼24，弹簧阻尼24的另一端固定安装在支撑底板2上。

另外，自平衡装置的前端设有前灯25，后端设有后灯26，轮椅的扶手上设有控制装置27，控制装置27与第一电机5及第二电机6 电连。

本实施例使用时，第一电机5和第二电机6启动，当电磁离合器8的牙嵌咬合在一起时，内法兰15和第二转轴16具有相同的角速度，中心齿轮20与变形结构件18上设有的齿的咬合部分不会发生相对运动，因此齿轮建业不会有相对钻洞，变形轮3不会发生变形，变形轮3保持圆形形态前进，且这样既可保证上楼时由两电机提供更大的扭矩，也可以保证在电池没有电的情况下保证变形轮3 的稳定。当电磁离合器8的牙嵌处于分离状态时，调整第一电机5 和第二电机6的转速，使内法兰15和第二转轴16具有不同的角速度，内法兰15通过安装柱19带动变形结构件18与中心齿轮20发生相对转动，进而使变形结构件20内侧的齿绕中心齿轮20转动，咬合的齿会发生改变，使变形轮3变形，通过楼梯的高度，控制装置27自动调节变形结构件20张开的大小，以控制可爬的跨度，变形轮3通过采用差速变形的结构，在断电的情况下，通过保证内法兰15与中心齿轮20保持无相对运动，保证变形轮3的状态不改变。

在上述操作中，第一电机5带动第一传动轴7转动，第一传动轴7带动电磁离合器8的锥齿轮9转动，电磁离合器8的正齿轮10 带动第一转轴11转动，第一转轴11带动第二转动齿轮13转动，进而带动变形轮的内法兰转动；第二电机6带动第二传动轴17转动，第二传动轴17带动第二转轴16转动，第二转轴16带动。

另外，变形轮3通过采用差速变形的结构，也可以通过控制两个悬挂4上的电机的转速，进行差速转向，进而调整车辆的行进方向，即通过轮椅1左半部分的电机与右半部分的电机差速转动，可使轮椅1转向，而且可以在一个很小的角度转向。

本实施例中，自平衡装置21采用的是重力自平衡结构，利用轮椅1和使用者的重心，让自身的重力调整轮椅1的位置，保持轮椅1 上的座垫平面趋向水平。在自动调平过程中，重心向最低点偏移，弹簧阻尼24会使调整过程更加稳定，消耗在调节过程中产生的重力势能，让轮椅1平面不会一直上下晃动。通过自平衡装置21，构造简单，不需外力，可自动调节，还可以使车辆重心偏移角度减小，保持车辆运行的稳定性。

本实施例使用时，通过控制四个电机的转速和旋向，达到轮椅1 的前后左右转向等运动控制，并能对变形轮3的变形状态和程度进行控制。同时，通过对电磁离合器8的控制，能够起到安全控制的作用。

本发明爬楼轮椅机器人，通过在不同的需求下将轮的形态在圆形和越障两种姿态中切换，便于机器人爬楼；通过自平衡装置21使人坐在轮椅1上面保持水平状态，舒适度和安全性高，让老人或残疾人乘坐时更加安心；而且变形轮3结构可靠，且可以自由调整上楼的斜度和跨度；另外，在爬楼的过程中如果突然断电，由于电磁离合器8在断电时无法脱开，变形轮3不会再发生形变，因此能够维持变形轮3在断电前的变形状态，从而避免轮椅1在上下楼时由于断电而发生翻滚。

Claims (6)

1.一种爬楼轮椅机器人，包括轮椅(1)，其特征在于：还包括安放所述轮椅(1)的支撑底板(2)、通过变形适应平地行走和爬楼动作的四个变形轮(3)以及两个提供爬楼动力和所述变形轮(3)变形动力的悬挂(4)，两个所述悬挂(4)分别安装于所述支撑底板(2)底面的左右两侧，每个所述悬挂(4)的两端各安装有一个变形轮(3)。

2.根据权利要求1所述爬楼轮椅机器人，其特征在于：所述悬挂(4)包括第一电机(5)和第二电机(6)，所述第一电机(5)连有第一传动轴(7)，所述第一传动轴(7)的两端均咬合有电磁离合器(8)的锥齿轮(9)，所述电磁离合器(8)的正齿轮(10)均与固定套置在第一转轴(11)上的第一转动齿轮(12)咬合，所述第一转轴(11)上固定套置有第二转动齿轮(13)，所述第二转动齿轮(13)咬合有第三传动齿轮(14)，所述第三传动齿轮(14)通过螺栓固定连接在变形轮(3)的内法兰(15)上，所述变形轮(3)内法兰(15)中心套置有第二转轴(16)，所述第二电机(6)连有第二传动轴(17)，所述第二传动轴(17)的两端均通过齿轮与所述第二转轴(16)咬合，且所述第二转轴(16)上设有花键与所述电磁离合器(8)的牙嵌相连。

3.根据权利要求2所述爬楼轮椅机器人，其特征在于：所述变形轮(3)包括至少三个变形结构件(18)，所述变形结构件(18)的外侧围合为圆形，所述变形结构件(18)的内侧中心处通过安装柱(19)活动安装在所述变形轮(3)的内法兰(15)上，且所述安装柱(19)绕所述内法兰(15)的中心位置均匀分布，所述第二转轴(16)的端部固定安装有中心齿轮(20)，所述变形结构件(18)的内侧设有齿且与所述中心齿轮(20)咬合，两个相邻的所述变形结构件(18)的外侧互相接触，内侧向内切除使所述变形结构件(18)绕所述安装柱(19)转动时不会与相邻的变形结构件(18)发生干涉。

4.根据权利要求3所述爬楼轮椅机器人，其特征在于：所述支撑底板(2)上设有自平衡装置(21)，所述轮椅(1)安装在所述自平衡装置(21)上，所述自平衡装置(21)包括固定安装在所述支撑底板(2)上的两条相同的轨道槽(22)，所述轨道槽(22)为半圆形，所述轮椅(1)的四个车轮(23)分别位于两个轨道槽(22)内。

5.根据权利要求4所述爬楼轮椅机器人，其特征在于：所述轮椅(1)的后部连有弹簧阻尼(24)，所述弹簧阻尼(24)的另一端固定安装在所述支撑底板(2)上。

6.根据权利要求5所述爬楼轮椅机器人，其特征在于：所述自平衡装置的前端设有前灯(25)，后端设有后灯(26)，所述轮椅的扶手上设有控制装置(27)，所述控制装置(27)与所述第一电机(5)及第二电机(6)电连。

Images