CN111343956B - 跨越障碍物的运输工具 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于跨越障碍物的运输工具，包括：第一地面接合装置和第二地面接合装置；第一地面接合装置和第二地面接合装置可操作为以交替的运动顺序运动，以使运输工具能够跨越障碍物；在整个运动顺序中，通过一个与另一个地面接合装置交替地实现运输工具的静态平衡；每个地面接合装置包括彼此间隔开的向前布置的部分和向后布置的部分；每个地面接合装置还包括位于向前布置的部分和向后布置的部分之间的障碍物容纳区域，该障碍物容纳区域能够容纳在使用中正在被跨越的障碍物的部分。

Description

跨越障碍物的运输工具

技术领域

本发明涉及一种跨越障碍物的运输工具。本发明的实施例在运送人员上下楼梯方面找到了特定的应用。但是，本发明不限于此应用。

背景技术

已知轮椅形式的运输工具用于运输行动不便的人。传统的轮椅是一种众所周知的装置，其包括乘坐者可以用手转动的两个较大的后轮，以及两个可以旋转的较小的前轮。众所周知，传统的轮椅不适用于上下楼梯。

在设计建筑物或公共空间时，在楼梯旁边或代替楼梯处提供出入坡道以供轮椅使用者出入，这已成为一种普遍做法。然而，在某些情况下，使用传统轮椅的人将面临他们无法通过的楼梯或其他障碍物，该楼梯或其他障碍物包括例如在没有电梯、门阶或路缘的建筑物中的楼梯。

已经尝试提供其他类型的运输工具，以使行动不便的人通过楼梯。先前的尝试包括利用基于驱动系统的轨道的运输工具。一个或更多个轨道设有外齿。该轨道被驱动，该齿压在台阶的角上，以将运输工具提升到楼梯上，或控制其下降到楼梯上。但是，这样的系统会严重损坏楼梯的角。

还已经尝试向运输工具提供轮组，该轮组包括围绕同一中心在同一平面内均匀分布的多个轮。驱动该组旋转以上下楼梯。但是，单独的轮组在楼梯上行驶时缺乏稳定性。它需要防止倾倒的附件。而且，轮组系统最适合于特定几何范围内的楼梯，并且容易损坏该范围以外的楼梯。

仍然需要提供改进的运输工具以跨越障碍物。

发明内容

在第一方面，本发明提供了一种用于跨越障碍物的运输工具，包括：第一地面接合装置和第二地面接合装置；第一地面接合装置和第二地面接合装置可操作为以交替的运动顺序运动，以使运输工具跨越障碍物；在整个运动顺序中，通过一个与另一个地面接合装置交替地实现运输工具的静态平衡；每个地面接合装置包括彼此间隔开的向前布置的部分和向后布置的部分；每个地面接合装置还包括位于向前布置的部分和向后布置的部分之间的障碍物容纳区域，该障碍物容纳区域能够容纳在使用中正在被跨越的障碍物的部分。

至少一个地面接合装置的向前布置的部分和向后布置的部分可通过安装在梁的相对端而彼此间隔开。

梁可以是弯曲的。

第一地面接合装置和第二地面接合装置可以连接至旋转连杆，该旋转连杆实现地面接合装置的交替运动。

旋转连杆可包括至少一个行星齿轮组。

旋转连杆可包括与运输工具的底盘相关联的至少一个行星齿轮组和与地面接合装置中的至少一个相关联的另一个行星齿轮组。

地面接合装置的姿势可以调节。

地面接合装置可以包括轮。

至少一些轮可以是驱动轮。

至少一些轮可以是可操作轮。

该运输工具还可以包括运输人的座椅。

该运输工具还可以包括一对手动推动轮。

该手动推动轮可以是可拆卸的。

该运输工具可以是可控制的，以采用多个不同的操作高度。

该运输工具可以是可控制的，以采用多个不同大小的足迹。

该运输工具倾斜度可调以补偿在倾斜地面上的行驶。

该运输工具可以关于平行于该运输工具的行驶方向的中心线基本对称。

附图说明

现在将参考附图仅以示例的方式描述本发明的实施例，其中：

图1是机动轮椅的透视图；

图2是图1的轮椅的底侧透视图；

图3是图1的轮椅的侧视图；

图4是图1的轮椅的底侧视图；

图5是图1的轮椅的驱动单元之一的详细视图；

图6是图5的驱动单元的剖视图；

图6A是图5的驱动单元的行星齿轮装置的透视剖视图；

图7是图1的轮椅的底盘的示意图，其具有行星齿轮组的剖视图；

图8a至图8c为图1的轮椅在不同工作高度上调节的示意图；

图9示出了图1的轮椅下楼梯的一系列运动；

图10示出了图1的轮椅跨过挡块障碍物的一系列运动；

图11示出了表示图1的轮椅的倾斜度调节功能的一系列配置；

图12是示出将一对手动推动轮附接到图1的轮椅上的一系列视图；以及

图13是具有旋转座椅的轮椅的替代实施例的透视图。

具体实施方式

参照图1至3，以机动轮椅10的形式示出了用于跨越障碍物的运输工具。轮椅10包括外部转向架20、22形式的第一地面接合装置和内部转向架30形式的第二地面接合装置。第一地面接合装置和第二地面接合装置可操作为以交替的运动顺序运动，以使运输工具能够跨越如下文所述的楼梯等障碍物。

轮椅10还包括座椅50和用户控制面板52。该控制面板包括操纵杆和其他控件，以允许轮椅乘坐者控制轮椅的运动。座椅50通过附接到驱动单元40、42而安装在底盘上。座椅通过可调节机构附接到底盘，该可调节机构允许相对于底盘向前或向后调节座椅50的位置，以实现对轮椅和乘坐者的组合的重心的控制。

如图3最佳所示，外部转向架22包括可控驱动轮26形式的向前布置的部分和被动轮28形式的向后布置的部分。轮26、28通过安装在弯曲梁24的相对端而彼此隔开。梁24的曲率限定了位于轮26、28之间的梁下方的障碍物容纳区域，该区域容纳要跨越的障碍物的部分(例如楼梯)将变得显而易见。

类似地，内部转向架30包括一对被动轮38形式的向前布置的部分和一对可控驱动轮36形式的向后布置的部分。轮36、38通过安装在横向构件上而彼此隔开，该横向构件附接在弯曲梁34的相对端。梁34的曲率限定了位于轮36、38之间的梁下方的障碍物容纳区域，该区域容纳要跨越的障碍物的部分。

现在参考图4，梁24通过行星齿轮组60安装到驱动单元42的托架臂。类似地，梁21通过行星齿轮组62安装到驱动单元40的托架臂。驱动单元40、42两者都包含双小齿轮行星齿轮组。每个行星齿轮组都与两个离合器相关联，以控制如下所述的齿轮组的操作。合适的离合器包括可从制造商奥古拉工业公司(Ogura Industrial Corp)(www.ogura-clutch.com)获得的用于机器人的电磁式离合器。

现在参照图5、6和6A，驱动单元40包括马达A和马达B。每个马达包括驱动输出齿轮43的内部蜗杆传动减速齿轮箱。马达B的输出齿轮43如图5所示。每个输出齿轮驱动相关的主齿轮45，该主齿轮45在双小齿轮行星齿轮组的中心轴上自由旋转。双小齿轮行星齿轮组的轴上设有齿，以形成太阳轮48。环形齿轮49粘附在驱动单元40的机箱内部。行星齿轮47、47a安装在托架上，该托架可通过离合器选择性地与主齿轮45接合。臂46与太阳轮48一体成型。臂46还承载转向架齿轮63，该转向架齿轮63可旋转地安装至臂46并且与主齿轮45啮合。

由于齿轮组的双小齿轮性质，环形齿轮49和太阳轮48沿相反的方向旋转。同样，双小齿轮齿轮组配置成使得环形齿轮49和太阳轮48沿相反方向相等地旋转。也就是说，减少1到负1的比例。在本实施例中，双小齿轮行星齿轮组的齿轮配置如下：

主齿轮45–齿数130

行星齿轮47–是一种复合齿轮，该复合齿轮包括在公共轴上连接在一起的12个齿和48个齿的齿轮。

行星齿轮47a–齿数26

太阳轮48–齿数66

环形齿轮49–齿数132

转向架齿轮63–齿数130

现在参照图7，转向架齿轮63与行星齿轮组60的轴一体成型，该轴设有齿以形成行星齿轮组60的太阳轮68。环形齿轮69附接在梁24上。行星齿轮67安装在托架上。托架可以通过离合器a相对于梁24可旋转地固定。当轮椅与地面接合时，这使轮椅在转向架上达到静态平衡。托架可以通过离合器b相对于臂46可旋转地固定。这允许以合适的输出扭矩调节转向架的俯仰。在本实施例中，确定行星齿轮组的尺寸以在环形齿轮69和太阳轮68之间提供2:1的有效减速比。该比率旨在将转速减半，以使输出扭矩加倍。在本实施例中，行星齿轮组60的齿轮配置如下：

行星齿轮67–齿数20

太阳轮68–齿数40

环形齿轮69–齿数80

与梁21相关联的行星齿轮组62具有与行星齿轮组60类似的构造。它由离合器k和m的操作来控制。驱动单元40具有与驱动单元42相同的构造。它包括马达C和D以及离合器i和j。中央转向架的梁34与两个行星齿轮组相关联，这两个行星齿轮组的构造与行星齿轮组60、62类似。它们与离合器e、f、g和h的操作相关联。在一些实施例中，可以省略与梁34相关联的行星齿轮组之一。

轮椅10包括激光雷达系统，该激光雷达系统在使用中检测障碍物的存在、形状和位置，并用于控制轮椅的运动。轮椅10还包括可充电电池形式的车载电源，用于操作轮椅的电子和电气部件。电子部件包括基于控制系统的计算机，其被编程为响应于用户输入来执行轮椅的一系列运动。电气部件包括马达、离合器和转向设备。

现在参考图8，将描述轮椅的高度和足迹调节。在图8a中，示出了轮椅10处于其默认的中高度配置，具有默认尺寸的足迹(该足迹是指由轮接触地面所限定的区域的面积)。此配置用于沿人行道正常行驶。为了调节轮椅的高度和足迹，离合器b、e、h和k被接合，所有其他离合器均被松开。马达B、D一起操作以单向转动，并且马达A、C一起操作以反向转动。这导致该机构根据成对马达的旋转方向向上或向下剪。电机内的蜗杆传动防止打滑。

剪式运动允许轮椅从图8所示的配置运动到如图8b所示的具有较小足迹的高高度配置。此配置适用于酒吧或零售柜台以及通过狭窄的空间，例如在狭窄的走廊中转弯。可替代地，轮椅可以运动到具有更大足迹的低高度配置，如图8c所示。此配置非常适合与标准高度的桌子一起使用。这也是轮椅在开始爬楼梯操作时所采用的配置。

参照图9，示出了轮椅10的一系列步骤，这些步骤用于执行爬楼梯操作。为了便于说明，未示出轮椅上的乘坐者。在步骤01，轮椅10已经到达楼梯的顶部附近，并且轮椅乘坐者希望下楼梯。轮椅乘坐者从用户控制面板中选择相关操作。这使车载控制系统进行一系列的运动。

轮椅首先运动到图8c的低配置。然后轮椅向前移动，直到激光雷达系统指示前轮26与顶部楼梯的边缘相距预定距离为止，如步骤02所示。

然后将外部转向架20、22稍微抬离地面。这是通过接合离合器b、d、f、g、i和k以及驱动马达A和C来实现的。在外部转向架离地的情况下，可以通过驱动马达B和D来调节转向架的俯仰来调整转向架的姿势。根据电机B、D的驱动方向，可以沿顺时针或逆时针方向调节外部转向架的俯仰。当外部转向架抬离地面时，内部转向架的动力轮36被驱动以向前移动轮椅，直到激光雷达系统指示内部转向架的轮38与顶部楼梯的边缘相距预定距离为止，如步骤03所示。

然后通过驱动马达A、C降低外部转向架20、22，并通过驱动马达B、D调节它们的俯仰，直到检测到车轮26已经与第二楼梯接触并且车轮28已经与顶部楼梯接触，如步骤04所示。顶部楼梯容纳在梁24下方以及外部转向架的轮26、28之间的区域中。

在任何时候，当外部转向架20、22抬离地面时，轮椅都由内部转向架30进行静态平衡。轮椅和乘坐者的组合的重心位于由内部转向架的成对的轮36、38所限定的足迹的边界内。

在抬升过程中使离合器d和i接合的目的是操作双小齿轮行星齿轮组，该齿轮组使驱动单元40和42反向于臂的旋转而转动。这样可以“抵消”旋转，保持驱动单元和乘客座椅水平。

现在启动离合器以准备抬升内部转向架30。离合器a、c、e、h、j和m接合，其余离合器松开。现在，马达B、D控制内部转向架30的升高或下降，而马达A、C控制内部转向架30的俯仰。抬升内部转向架30，向前驱动外部转向架的驱动轮26，直到激光雷达系统指示轮26与第二楼梯的边缘相距预定距离。

马达B、D的持续旋转会导致内部转向架30“越过”外部转向架20、22并降低内部转向架30，使轮38与第三楼梯接触，而轮36与顶部楼梯接触，如步骤05所示。顶部楼梯和第二楼梯容纳在梁34下方以及内部转向架的轮36、38之间的区域内。

同样，在任何时候，当内部转向架30抬离地面时，轮椅都由外部转向架20、22进行静态平衡。轮椅和乘坐者组合的重心位于由外部转向架的成对的轮26、28所限定的足迹的边界内。

同样，双小齿轮行星齿轮组使驱动单元40和42反向于臂的旋转而转动，以保持驱动单元和乘客座椅水平。

现在，轮椅继续进行重复的一系列运动，在这些运动中，转向架交替操作，一步一步地跨下楼梯。作为每个步进操作的部分，与地面接触的转向架向前驱动到它所倚靠的楼梯边缘。在步骤09到13中，随着轮椅逐渐踩到平坦的地面上，对转向架的俯仰进行调整。

在步骤14，轮椅已经完成了下楼梯，并且以图8c的低配置处于平坦的地面上。然后将轮椅升高到图8a的正常高度配置，乘坐者可以以平常的方式继续在平坦的地面上行驶。

在下楼梯操作期间，控制座椅的向前和向后运动以使乘坐者向前或向后移动，以影响轮椅和乘坐者的组合的重心位置。

爬楼梯的操作与下降操作相反。轮椅乘坐者控制轮椅，将轮椅带到楼梯的底部，使座椅的背面面向楼梯。然后可以开始爬楼梯操作，轮椅向后爬楼梯，使乘坐者面向外。

参照图10，示出了轮椅10跨越挡块障碍物的一系列运动。所作的动作与爬楼梯操作的动作相似。激光雷达系统检测挡块障碍物的形状和位置，并按顺序控制转向架以越过障碍物。

参照图11，示出了轮椅10的一系列配置，以阐明在倾斜地面上行驶时的倾斜度调节功能。在离合器a、b、e、f、g、h、k、m接合且离合器c、d、i、j松开的情况下，如果所有电机A、B、C、D朝同一方向运行，则具有调整轮椅的座椅相对于轮的倾斜度的作用。座椅根据马达的驱动方向向前或向后倾斜。这种调节模式补偿在倾斜地面上的行驶，并允许轮椅乘坐者在上坡或下坡行驶时保持直立坐姿。

参照图12，可选地，可以将一对较大的手动操作轮70附接到轮椅上，以将轮椅转换为混合手动轮椅。首先将轮椅运动至图8b所示的高配置。然后可以将轮70附接到外部转向架20、22。然后降低轮椅10，以使轮70与地面接触。手动操作轮允许乘坐者用手推动轮椅以节约电池寿命。

参照图13，示出了轮椅100的替代实施例。该实施例与上述实施例的不同之处在于，座椅以可枢转的方式安装至底盘。使用者可以旋转座椅，以使其能够在上下楼梯或跨越其他类型障碍物时面向侧面。

尽管已经参照轮椅描述了本发明，但是本发明也可以应用于其他类型的运输工具。例如，运输工具可以设计为承载货物，而不是乘坐者。可以自主控制运输工具来运送货物或其他物品或携带物品。该运输工具可用于崎岖地形的勘探。该运输工具可用于安装其他设备，例如机械臂。运输工具的一个实施例可以是微型形式的玩具。

在上述实施例中，双小齿轮行星齿轮组与运输工具的底盘相关联，而单个小齿轮行星齿轮组与地面接合装置中的至少一个相关联。在其他实施例中，单个小齿轮行星齿轮组可以与运输工具的底盘相关联。在这样的实施例中，可以在主齿轮和转向架齿轮之间提供惰轮。

可以看出，本发明的实施例至少具有以下优点之一：

·在跨越障碍物时，运输工具始终通过地面接合装置中的至少一个保持静态平衡。这允许非常柔和、可控的运动，以避免损坏楼梯等。它还允许运输工具随时停止移动，同时也保持稳定和直立。

·通过控制底盘的方向，使运输工具能够保持运输工具上负载的稳定性。

·运输工具相对于平行于运输工具行驶方向的中心线基本对称。这有助于平衡和稳定，也可以减少扭转应力。

·在未展开以跨越障碍物时，轮距可以折叠成紧凑的四轮形式。这提高了灵活性，特别是在狭窄的室内空间中，因此运输工具可以避免撞到家具等。

·高度可调以适应多种不同用途。

·倾斜度可调，以补偿在倾斜地面上的行驶。

·审美上谨慎。紧凑且对日常普通家具具有视觉暗示。熟悉的感觉提高了用户的社交包容性。

·可以转换为混合手动轮椅，无需两把座椅，也无需在不同座椅之间移动。

除非另有说明，否则本文所包含的对现有技术的任何引用均不应视为该信息是公知常识。

最后，应当理解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以对先前描述的部件进行各种改变或增加。

Claims (15)

1.一种跨越障碍物的运输工具，包括：

第一地面接合装置；和

第二地面接合装置；

所述第一地面接合装置和所述第二地面接合装置可操作为以交替的运动顺序运动，以使所述运输工具能够跨越障碍物；

在整个所述运动顺序中，当第一地面接合装置和第二地面接合装置的其中一个抬离地面时，由另一个保持所述运输工具的静态平衡；每个地面接合装置包括彼此间隔开的向前布置的部分和向后布置的部分；以及

每个地面接合装置还包括位于所述向前布置的部分和所述向后布置的部分之间的障碍物容纳区域，所述障碍物容纳区域能够在使用中容纳正在被跨越的障碍物的部分；

其中，所述地面接合装置包括轮；

其中，所述轮中的至少一些是驱动轮。

2.根据权利要求1所述的运输工具，其中，所述地面接合装置中的至少一个的所述向前布置的部分和所述向后布置的部分通过安装在梁的相对端而彼此间隔开。

3.根据权利要求2所述的运输工具，其中，所述梁是弯曲的。

4.根据前述权利要求中任一项所述的运输工具，其中，所述第一地面接合装置和所述第二地面接合装置连接至旋转连杆，所述旋转连杆实现所述地面接合装置的交替运动。

5.根据权利要求4所述的运输工具，其中，所述旋转连杆包括至少一个行星齿轮组。

6.根据权利要求5所述的运输工具，其中，所述旋转连杆包括与所述运输工具的底盘相关联的至少一个行星齿轮组和与所述地面接合装置中的至少一个相关联的另一行星齿轮组。

7.根据权利要求1、2或3所述的运输工具，其中，所述地面接合装置的姿势是可调的。

8.根据权利要求1所述的运输工具，其中，所述轮中的至少一些是可操作轮。

9.根据权利要求1、2或3所述的运输工具，还包括用于运输人的座椅。

10.根据权利要求1、2或3所述的运输工具，还包括一对手动推动轮。

11.根据权利要求10所述的运输工具，其中，所述手动推动轮是可拆卸的。

12.根据权利要求1、2或3所述的运输工具，其可控制为采用多个不同的操作高度。

13.根据权利要求1、2或3所述的运输工具，其可控制为采用多个不同大小的足迹。

14.根据权利要求1、2或3所述的运输工具，其倾斜度可调以补偿在倾斜地面上的行驶。

15.根据权利要求1、2或3所述的运输工具，其关于平行于所述运输工具的行驶方向的中心线基本对称。

Images