CN111746676A - 用于无障碍移动平衡车的轮组以及平衡车 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于无障碍移动平衡车的轮组，包括履带层和轮子层，履带层和轮子层并排布置，履带层包括窄端和宽端，轮子层包括行走轮和麦克纳姆轮，行走轮和麦克娜姆轮分别靠近履带层的两端，轮组还包括行走电机和动力传动装置，行走电机通过动力传动装置可选择地驱动履带层的履带、行走轮或者麦克纳姆轮运动。该轮组使得平衡车能够在平路、崎岖路面、狭窄空间及楼梯上安全平稳的通行，且操作简单方便、行走效率高。

Description

用于无障碍移动平衡车的轮组以及平衡车

技术领域

本发明涉及一种用于无障碍移动平衡车的轮组以及平衡车，该无障碍移动平衡车适于在平地、崎岖道路、楼梯等各种地形上无障碍地通行。

背景技术

无障碍移动平衡车适用于载物和载人，载物的无障碍移动平衡车通常被用于物流搬运领域，载人的无障碍移动平衡车通常用于帮助残疾人和老年人在各种场所无障碍通行，尤其是帮助他们上下楼梯。

现有的无障碍移动平衡车大致分为两种：一种是轮式，另一种是履带和轮的组合式。轮式的平衡车在行走过程中抖动较大，在上下楼梯过程中抓地能力不强，存在倾倒的风险；履带和轮的组合式平衡车在平地行走时，轮子与地面接触，利用轮子行走，在通过楼梯时，履带着地，利用履带上下楼梯。与轮式平衡车相比，组合式平衡车在上下楼梯时抓地能力更强，行走更加平稳。

然而，现有的组合式平衡车存在不足：

第一，平衡车左右两侧的履带为整体式，在跨过楼梯与平台的结合部时，由于车体后部缺少支撑，仅仅依靠履带无法到达平台，需要配置辅助支撑装置，例如安装可收放的辅助轮，这样，在到达楼梯与平台的结合部时，放下辅助轮，支撑车体的后部，帮助履带到达平台上，当到达平台时，再将辅助轮收起，这样的设计存在操作繁琐、爬楼效率低的问题；

第二，平衡车在爬楼过程中会出现摆动的情况，如图1a和图1b所示，当履带接触到楼梯台阶准备爬楼时，履带与地面之间的夹角为a，在履带爬上该楼梯台阶的过程中，履带前端逐渐向上抬起，其与地面之间的夹角逐渐变大，当履带即将到达该楼梯台阶的平面时，履带与地面之间的夹角增大到b，当角度过大时，容易造成履带打滑，同时导致，在整个爬楼过程中，平衡车不断地摆动，同理，在下楼过程中，平衡车同样存在摆动的情况，这就使得承载平台无法保持水平，乘坐者感觉到颠簸和不平稳；

第三，现有的组合式平衡车只能单向爬楼，对于双跑楼梯以及多跑楼梯而言，相邻两个梯段的方向相反，因此，当平衡车到达中间平台时需要掉头，而要完成掉头就需要将平衡车的履带着地切换成轮子着地，待掉头完成后，再将轮子着地切换成履带着地，这样的设计使得爬楼时的操作更加繁琐，爬行效率更低；

另外，通常中间平台的空间狭窄，平衡车调转方向较为困难，对于残疾人和老年人而言，存在安全隐患。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明提出一种用于无障碍移动平衡车的轮组以及平衡车，该平衡车能够在平路、崎岖路面以及楼梯上平稳、安全的行走，其操作简单方便，尤其是在上下楼梯时，无需另外设置辅助支撑装置。

为实现上述目的，本发明提出如下的技术方案：

用于无障碍移动平衡车的轮组，包括：

履带层和轮子层，履带层和轮子层并排布置，履带层包括窄端和宽端，轮子层包括行走轮和麦克纳姆轮，行走轮和麦克娜姆轮分别靠近履带层的两端，

轮组还包括行走电机和动力传动装置，行走电机通过动力传动装置可选择地驱动履带层的履带、行走轮或者麦克纳姆轮运动。

本发明还提出如下的技术方案：

无障碍移动平衡车，包括：

框架部分；

承载平台，被支撑于框架部分上方，用于承载物体或者人体；

轮组部分，连接于框架部分，轮组部分包括4个独立的如上所述的轮组，4个轮组两两一组，通过横轴连接；

摆动控制机构，用于控制轮组的倾斜角度，摆动控制机构与横轴连接。

本发明具有如下有益效果：

(1)4个独立的轮组为平衡车提供了分段式履带，在上下楼梯时，分段式履带的行走方式无需另外设置辅助支撑装置，在行走过程中，也省去了辅助支撑装置的切换步骤；另外，履带的改进设计使得平衡车在轮组倾斜一定角度行驶或爬楼时，履带以平面段与楼梯台阶或者楼梯的中间平台接触，一方面，在爬楼过程中，该平面段与台阶平面接触，有效避免了打滑问题，另一方面，该平面段外侧至少分布两个履带齿，这样，当轮组倾斜一定角度准备爬楼或者行走到楼梯的中间平台上时，至少两个履带齿与地面接触，保证了车体的平稳性，而在现有技术中，履带的圆弧段与地面接触，圆弧段外侧的齿形分布，会出现左右两个轮组中的一个轮组以履带相邻两个齿之间的凹处着地，而另一个轮组以齿着地，导致车体左右具有高度差，引起车体抖动，本发明的轮组设计有效地解决了现有技术中存在的该问题。

(2)4个独立的轮组通过悬挂机构连接至框架部分，该悬挂机构使得平衡车在遇到障碍物时，4个轮组都能接触地面，提升了平衡车行驶的平稳性，并且，该悬挂机构具有减震的功能，进一步提升了行驶平稳性和舒适性。

(3)摆动控制机构与轮组的动力传输切换机构联动，操作者在调整轮组摆动角度的同时也实现了轮组行走工具的选择，操作方便，结构巧妙。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步描写和阐述。

图1a是现有技术中平衡车在爬楼过程中的示意图。

图1b是图1a中的平衡车在爬楼过程中的另一示意图。

图2是本发明首选实施方式的无障碍移动平衡车的示意图。

图3是图2中无障碍移动平衡车的框架部分的示意图。

图4a是图3中框架部分的另一示意图。

图4b是图4a中的框架部分在遇到障碍物时发生变形的示意图。

图5是图3中框架部分的基座的示意图。

图6是图2中无障碍移动平衡车的平衡控制机构的示意图。

图7是图2中无障碍移动平衡车的悬挂机构的示意图，为清楚地显示构造，其中一个轮组被拆去。

图8是图2中无障碍移动平衡车的摆动控制机构的示意图。

图9是图2中无障碍移动平衡车的轮组一侧的内部结构示意图。

图10是图2中无障碍移动平衡车的轮组另一侧的内部结构示意图。

图11是图2中无障碍移动平衡车的轮组在爬楼梯时的示意图。

图12是无障碍移动平衡车轮组部分的动力传输切换机构的剖视图。

图13是无障碍移动平衡车在崎岖路面行走模式下的示意图。

图14是无障碍移动平衡车在楼梯行走模式下的示意图。

图15是无障碍移动平衡车在狭窄空间行走模式下的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图、通过对本发明的优选实施方式的描述，更加清楚、完整地阐述本发明的技术方案。

如图2所示，本发明首选实施方式的无障碍移动平衡车包括承载平台1、框架部分2、平衡控制机构3、悬挂机构4、摆动控制机构5、轮组部分6。

以下对无障碍移动平衡车的各个部分的构造和工作原理进行详细描述。

承载平台

如图2所示，承载平台1被支撑于框架部分2的上方，其用于承载物体或者人体。当用于承载物体时，承载平台1可以是容纳物体的一个容器或装置；当用于承载人体时，承载平台1可以是一个轮椅。承载平台1的形状和构造可以根据实际需要进行设计。

框架部分

如图3所示，框架部分2主要包括一对上连杆21、一对下连杆22、一对中心竖杆24、一对基座25，以及连接于一对上连杆21、一对下连杆22两端之间的轴杆23。

结合图3和图4a所示，上连杆21与下连杆22的长度相等、位置相对。两根轴杆23分别可旋转地连接在两个上连杆21的两端之间，构成第一四边形A1；另外两根轴杆23分别可旋转地连接在两个下连杆22的两端之间，构成第二四边形A2。第一四边形A1位于第二四边形A2的上方。

一对中心竖杆24分别与位于同一侧的上连杆21和下连杆22可旋转地连接。进一步地，中心竖杆24与上连杆21的中点M和下连杆22的中点N可旋转地连接。更进一步地，中心竖杆24的下端与下连杆22的中点N可旋转连接。两个上连杆21的中点M之间连接第一中间连接杆210，两个下连杆22的中点N之间连接第二中间连接杆220，第一中间连接杆210位于第二中间连接杆220的上方。第一中间连接杆210的两端分别与上连杆21、中心竖杆24可旋转地连接，第二中间连接杆220的两端分别与下连杆22、中心竖杆24可旋转地连接。

如图3至图5所示，一对基座25分别设置在框架部分2的前后两端处。具体地，基座25包括上部251、下部252、中间部253。中间部253从第二四边形A2延伸至第一四边形A1。上部251和下部252分别连接于中间部253的上下两端，位于框架部分2前端的基座上部251和下部252向着车体的前方延伸，位于框架部分2后端的基座上部251和下部252向着车体的后方延伸，这样的结构设计使得基座25大致为C型形状。在本实施方式中，上部251为一块板，下部252为两根杆。在其他实施方式中，上部251和下部252也可以采用其他形状，并不限于本实施方式，基座的整体形状也不限于C型。

在装配状态下，位于框架部分2前后两端处的基座25的开口分别朝向平衡车的前方和后方。基座25与轴杆23固定或旋转连接，具体地，基座上部251位于上连杆21的上面，其下表面与第一四边形A1的轴杆23固定或旋转连接；基座下部252的两根杆的自由端与第二四边形A2的轴杆23固定或旋转连接。

上述的结构设计使得位于框架部分同一侧的一个上连杆21、一个下连杆22和一对基座25构成一个平行四边形B1，整个框架部分2则具有左右两个平行四边形B1、B2，一对基座25充当平行四边形B1、B2的两个侧边。

在上述首选实施方式中，轴杆23为4根独立的连接轴，分别可旋转地连接在一对上连杆21的两端和一对下连杆22的两端之间，同时还与基座25固定或旋转连接。在其他实施方式中，轴杆23也可以与基座25为一体构件，或者是基座25的一部分；另外，轴杆23可以是从框架部分一侧的上、下连杆21、22延伸至框架部分另一侧的上、下连杆21、22，也可以是连接于基座上部251、下部252两侧的较短轴杆，两侧较短轴杆分别与一对上连杆21、一对下连杆旋转连接，这样的结构设计仍然能构成上述的具有上下两个四边形A1、A2以及左右两个平行四边形B1、B2的框架部分。

框架部分2的工作原理为：

如图4b所示，当平衡车遇到障碍物时，下连杆22发生倾斜，此时，调整中心竖杆24与下连杆22之间的夹角，使得平行四边形B1、B2发生变形(这里的变形指内角发生变化)，从而保持中心竖杆24处于竖直位置。根据平行四边形的特性，基座25始终保持与中心竖杆24平行，因此，基座25也保持竖直。由于承载平台1连接于中心竖杆24的顶部，中心竖杆24保持竖直，那么承载平台1将保持在水平位置，从而保证了承载平台1上的物体或人体的平稳性，不会因为路面的崎岖、坑洼而发生倾斜。

平衡控制机构

如图6所示，平衡控制机构3安装在框架部分2上，用于感知承载平台1的倾斜，并调整中心竖杆24与下连杆22之间的夹角，使得中心竖杆24始终保持在竖直位置，整个平衡车保持在一个平衡的状态。

平衡控制机构3包括平衡电机31、传动副32、平衡传动轴33、一对平衡齿轮34、一对弧形齿轮35和平衡模块(图未示)。平衡传动轴33可旋转地连接在两个中心竖杆24之间，且与第一中间连接杆210和第二中间连接杆220平行。平衡电机31和传动副32设置在框架部分2内，具体地，平衡电机31设置在一对中心竖杆24之间，并位于平衡传动轴33的下方。在本实施方案中，优选地，传动副32为第一蜗轮蜗杆传动副，蜗杆322与平衡电机31的输出轴固定连接，蜗轮321固定安装在平衡传动轴33上。一对平衡齿轮34分别安装在平衡传动轴33的两端，且分别位于两个中心竖杆24的外侧。一对弧形齿轮35分别与两个下连杆22固定连接，或者与下连杆22为一体构件。弧形齿轮35与下连杆22的中间部位连接，并以下连杆22的中心N为圆心，其齿面位于下连杆22的上方，与平衡齿轮34啮合。

平衡模块用于感应承载平台的倾斜，其可以采用现有技术中常用的倾斜传感器，例如陀螺仪传感器。平衡模块可以设置在承载平台1或者中心竖杆24上。

平衡控制机构3的工作原理为：

当平衡车在前进过程中遇到障碍物时，框架部分2的前端抬高，框架部分的下连杆22向后倾斜，中心竖杆24以及承载平台1向后略微倾斜，此倾斜角度非常小，约为1°～2°，并不会引起承载平台上的物体或人体的较大倾斜和不适感。此时，平衡模块感应到倾斜，并对感应到的倾斜数据进行处理，然后反馈给平衡电机31，平衡电机31接收到信号并开始工作，带动蜗杆322转动，通过第一蜗轮蜗杆传动副带动平衡传动轴33转动，继而带动安装在平衡传动轴33上的平衡齿轮34转动，平衡齿轮34与弧形齿轮35啮合，带动中心竖杆24绕下连杆22的中心N转动，从而改变中心竖杆24与下连杆22之间的夹角，使得中心竖杆24保持在竖直位置，承载平台1保持在水平位置，整个平衡车处于平衡状态。反之，当框架部分2的后端抬高时，平衡控制机构3同样也能保持整个平衡车处于平衡状态。

在其他实施方式中，第一蜗轮蜗杆传动副也可以采用其他动力传动机构替代，例如齿轮传动机构，但是蜗轮蜗杆传动副具有自锁功能，当平衡电机停止工作时，平行四边形B1、B2将保持在所调整的状态，不会发生变化。

悬挂机构

结合图2、图7、图8所示，悬挂机构4连接于框架部分2和轮组部分6之间，用于将轮组部分6连接至框架部分2上。

轮组部分6包括4个独立的轮组，位于平衡车前端的两个前轮组和位于平衡车后端的两个后轮组之间分别通过横轴7连接，横轴7的外部设置横轴壳70，横轴7能相对于横轴壳70旋转。前后轮组分别通过悬挂机构4连接于框架部分2上。每个悬挂机构4包括一对减震器41、4个悬挂连杆42。减震器41和悬挂连杆42分别设置在轮组处，且位于轮组的内侧。减震器41和悬挂连杆42的一端与横轴壳70连接，另一端与基座25连接。具体地，减震器41的一端与基座上部251固定连接，减震器41的另一端与横轴壳70固定连接；每个悬挂连杆42的两端均安装球头420，4个悬挂连杆42中的2个其一端通过球头420与基座的中间部253连接，另一端通过球头420与横轴壳70连接，构成一对上悬挂连杆，另外2个悬挂连杆42位于上悬挂连杆的下方，为下悬挂连杆，其一端通过球头420与基座的下部252连接，另一端通过球头420与横轴壳70连接。球头420的设置使得悬挂连杆42既能多角度的旋转，又能绕自身轴线旋转。

悬挂机构4的工作原理为：

当车体左侧遇到障碍物而抬高时，与横轴7左侧连接的轮组被抬高，横轴壳70的左侧抬高，左侧的减震器41被压缩，4个悬挂连杆42绕球头420旋转，从而保证了4个轮组都接触地面。反之，当车体右侧遇到障碍物而抬高时，悬挂机构4同样能保证4个轮组都接触地面。

当车体前后两端同时遇到障碍物时，与横轴7连接的前后轮组同时抬高，横轴壳70抬高，前后两端的减震器41同时被压缩，悬挂连杆42绕球头420转动，从而保证了4个轮组都接触地面。

本发明的悬挂机构使得前面两个轮组、后面两个轮组与框架部分之间的相对位置可以独立调整，从而保证了4个轮组同时接触地面，而不会发生其中一个或多个轮组悬空的问题，并且，该悬挂机构的减震器能有效减小各个轮组的震动，提高了平衡车的行驶平稳性。

摆动控制机构

结合图2和图8所示，摆动控制机构5与轮组部分6连接，用于控制轮组的摆动角度。

摆动控制机构5包括一对摆动电机51、一对第二蜗轮蜗杆传动副。一个摆动电机51和一个第二蜗轮蜗杆传动副构成一个摆动控制子机构。摆动控制机构5的两个摆动控制子机构分别设置在前轮组和后轮组处，分别控制前轮组和后轮组的摆动角度。

两个摆动控制子机构的结构和工作原理相同，现以其中一个摆动控制子机构为例介绍其构造。第二蜗轮蜗杆传动副设置在横轴壳70内，其中，蜗轮521固定安装在横轴7上，与蜗轮521啮合的蜗杆522与摆动电机51的输出轴固定连接。优选地，摆动电机51设置在横轴壳70的上方，第二蜗轮蜗杆传动副52的蜗轮蜗杆箱与横轴壳70为一体结构。

摆动控制机构5的工作原理为：

当摆动电机51接收到开始工作的信号后执行转动，带动蜗杆522旋转，继而通过第二蜗轮蜗杆传动副带动蜗轮521以及横轴7一起旋转，由于横轴7与两侧的轮组固定连接，因而两侧的轮组随着横轴7一起转动，即实现了摆动。

这里的信号可以是操作者或乘坐者通过车体上的按钮、遥控器、手机APP、获知自动驾驶控件等方式向摆动电机51发出的控制信号。

摆动电机51能正反向旋转，其旋转方向不同，轮组摆动的方向也不同，即轮组既可以向前摆动也可以向后摆动，以适应不同的楼梯倾斜方向。

摆动控制机构的第二蜗轮蜗杆传动副具有自锁功能，当轮组被转动到某个角度时，即被锁定在该角度位置。此时，轮组与横轴壳70之间的角度固定，由于横轴壳70与基座25之间为悬挂连接，两者之间不能相对转动，因此，轮组与基座25之间的角度保持不变，无论上、下连杆21、22前后倾斜角度如何变化，只要中心竖杆保持竖直，根据平行四边形的特性，基座与中心竖杆始终平行，所以轮组与地面之间的角度也保持不变，这样使得平衡车上下楼梯时轮组与楼梯台阶之间的夹角保持不变，不会出现轮组上下摆动的现象，上下楼梯更加稳定。

轮组的不同摆动角度适用于不同的行走模式，行走模式将在下文介绍。

轮组部分

如图9和图10所示，轮组部分6的4个独立轮组采用独立驱动的方式，每个轮组均包括内置的行走电机60。

4个轮组的构造相同，此处以其中一个轮组为例介绍其内部结构。

轮组为两层结构，分别为履带层和轮子层，两层并排布置。在装配状态下，履带层处于轮组的内侧，靠近框架部分2，轮子层处于轮组的外侧。

履带层具有履带61，履带61内设置履带主动轮611和若干个履带辊612，履带主动轮611位于履带61内的一端，若干个履带辊612沿着履带61内的两侧排布，具体地，履带辊612从靠近履带主动轮611处向着远离履带主动轮611的一端依次排布，位于两侧的履带辊612一一对应。在该排布方向上，两侧的履带辊612之间的距离逐渐增大，这样的设计使得履带61一头窄一头宽，由履带主动轮611支撑的一端为窄端，与窄端相对的另一端为宽端，宽端具有平面段613。而处于最末的两个履带辊612之间的距离相比于与其相邻的两个履带辊之间的距离缩小，因此在平面段613两端形成倾斜平面段614。该倾斜平面段614一端与平面段613连接，另一端与履带61的侧边615连接。由于一般家用楼梯的倾斜角度约为30°，优选地，倾斜平面段614与轮组中心平面的夹角α为25°～40°。

倾斜平面段614的外表面至少具有两个履带齿616。这样，当轮组倾斜一定角度准备爬楼或者行走到楼梯的中间平台上时，倾斜平面段614的至少两个履带齿616与地面接触，保证了车体的平稳性，而在现有技术中，履带的圆弧段与地面接触，圆弧段外侧的齿形分布，会出现左右两个轮组中的一个轮组以履带相邻两个齿之间的凹处着地，而另一个轮组以齿着地，导致车体左右具有高度差，引起车体抖动，本发明的轮组设计有效地解决了现有技术中存在的该问题。

如图11所示，基于上述的履带层结构设计，平衡车在爬楼梯时，台阶的楼梯角81与履带的侧边615接触，爬坡能力强，台阶的平面82与倾斜平面段614接触，爬坡稳定、安全。相比于现有技术中两端为圆弧面的履带而言，倾斜平面段614大大提升了平衡车在上下楼梯时的稳定性。

轮子层包括行走轮62和麦克娜姆轮63，它们分别设置在轮子层的两端。进一步地，行走轮62靠近履带61的窄端，麦克娜姆轮63靠近履带61的宽端。这样设计的好处在于：当平衡车在爬楼时，由于麦克纳姆轮的直径较小，其不会接触地面而影响履带的爬行。行走轮62和麦克娜姆轮63的外径分别超出履带61的两端。优选地，车体前面两个轮组行走轮62采用万向轮，后面两个轮组的行走轮62采用普通行走轮，以便于车体转弯。

行走电机60通过动力传动装置驱动履带61、麦克娜姆轮63、或者行走轮62转动。

动力传动装置包括斜齿轮传动副680、第三蜗轮蜗杆传动副660、链轮传动机构600。其中，链轮传动机构600包括第一链轮601、第二链轮602、第三链轮603、第四链轮604、第五链轮605、第一链条606、第二链条607。

第一链轮601、第二链轮602、第三链轮603和第一链条606构成第一链轮传动机构。第一链轮601、第二链轮602、第三链轮603沿着履带层的纵向依次排布，且靠近履带61的一侧边缘。第一链轮601套设在履带主动轮611上，两者固定连接，位于履带61的窄端，第二链轮602和第三链轮603位于两排履带辊612之间，第三链轮603位于履带61的宽端。

第一链条606围绕在第一链轮601和第三链轮603的外围，第一链条606一侧的中间段绕至第二链轮602的另一侧，因而实现第一链条606同时与第一链轮601、第二链轮602、第三链轮603啮合。

第四链轮604、第五链轮605和第二链条607构成第二链轮传动机构，该第二链轮传动机构靠近履带61另一侧的边缘，与第一链轮传动机构相对。

行走轮62、麦克娜姆轮63、行走电机60以及第二链轮传动机构位于履带61的同一侧，优选地，行走轮62、麦克娜姆轮63和行走电机60位于轮组的外侧。

行走轮62安装在行走轮轴620上。第四链轮604与第二链轮602同轴，两者通过驱动轴608连接。麦克纳姆轮63与第三链轮603同轴，两者通过麦克纳姆轮轴630连接。第五链轮605与行走轮轴620之间设置齿轮传动副690，使得第五链轮605能通过该齿轮传动副690带动行走轮62转动。

如图12所示，轮组部分6设置动力传输切换机构64，用于切换动力传输路径，从而切换平衡车的行走工具为履带61、行走轮62或麦克娜姆轮63。

动力传输切换机构64包括推杆641、顶针642、第一滑块643、第二滑块644、第一弹簧645、第二弹簧646、切换辅助件647。推杆641、顶针642、第一滑块643、第二滑块644、第一弹簧645、第二弹簧646设置在驱动轴608上，构成切换机构主体。切换辅助件647由摆动控制机构5驱动运动。

推杆641安装在驱动轴608内，并且可相对于驱动轴608滑动。推杆641的一端伸出驱动轴608,该伸出端安装在轮组外壳65的孔内。第一滑块643和第二滑块644安装在驱动轴608的两端，它们能在驱动轴608上滑动，但不能相对于驱动轴608转动。在本实施方式中，第一滑块643和第二滑块644通过花键与驱动轴608连接，从而实现可以滑动但不能转动的效果，在其他实施方式中，也可以采用滑键或者其他合适的连接结构。同时，第一滑块643和第二滑块644与推杆641固定连接具体地，第一滑块643的一端与驱动轴608的一端连接，第一滑块643的另一端与推杆641伸出部分固定连接。第一弹簧645设置在轮组外壳65与第一滑块643之间。第二滑块644与推杆641固定连接。顶针642可滑动地套设在第二滑块644上，第二弹簧646设置在顶针642和第二滑块644之间。第二弹簧642的弹力大于第一弹簧645。顶针642的自由端伸出轮组壳65，与切换辅助件647相接触。

第二链轮602和第四链轮604通过轴承安装在驱动轴608上，蜗轮蜗杆传动副的蜗轮661固定安装在驱动轴608上，且位于第二链轮602和第四链轮604之间。第二链轮602、蜗轮661、第四链轮604位于第一滑块643和第二滑块644之间，进一步地，第四链轮604靠近第一滑块643，第二链轮602靠近第二滑块644。第四链轮604和第一滑块643相对的面上分别设置可以相互啮合的端面齿，第二链轮602和第二滑块644相对的面上分别设置可以相互啮合的端面齿。

切换辅助件647与横轴壳70固定连接，切换辅助件647在朝向顶针642的一侧包括端面648和凹槽649。当摆动控制机构5工作时，顶针642随着轮组一起转动，与切换辅助件的端面648接触或者落入凹槽649内。

当顶针642转动至与切换辅助件的端面648接触时，受到端面648对其的压力，顶针642压缩第二弹簧646，第二弹簧646推动第二滑块644向着第二链轮602运动，第二滑块644的端面齿与第二链轮602的端面齿啮合，第二滑块644移动的同时带动推杆641向外侧移动，推杆641带动第一滑块643一起向外侧滑动并压缩第一弹簧645，第一滑块643的端面齿脱离与第四链轮604端面齿的啮合。此时，当行走电机60旋转时，其通过斜齿轮传动副680带动第三蜗轮蜗杆传动副660，第三蜗轮蜗杆传动副的蜗轮661带动驱动轴608旋转，驱动轴608带动第二滑块644以及与其啮合的第二链轮602一起旋转，第二链轮602与第一链条606啮合，第一链条606同时与第一链轮601和第三链轮603啮合，并带动第一链轮601和第三链轮603一起旋转，由于第一链轮601与履带主动轮611固定连接，第三链轮603与麦克纳姆轮630固定连接，因此第一链轮601和第三链轮603分别带动履带61和麦克娜姆轮63旋转，此为动力传输切换机构64的第一状态，在该第一状态下，履带61和麦克娜姆轮63为行走工具。

当顶针642转动至落入凹槽649时，端面648的压力消失，顶针642被释放，第二弹簧646得到释放，第二滑块644向着顶针642的方向移动，从而脱离与第二链轮602的啮合，同时，第二滑块644带动推杆641一起向着轮组的内侧滑动，推杆641带动第一滑块643滑动，使得第一滑块643的端面齿与第四链轮604的端面齿啮合，此时，当行走电机60旋转时，第四链轮604旋转，第四链轮604与第二链条607啮合，第二链条607带动第五链轮605转动，第五链轮605通过齿轮传动副690与行走轮轴620连接，最终带动行走轮62旋转，此为动力传输切换机构64的第二状态，在该第二状态下，行走轮62为行走工具。

上述动力传输切换机构64与摆动控制机构5联动，操作者在调整轮组摆动角度的同时既能实现轮组的动力传输的切换，结构设计巧妙，且操作简单方便，无需另外为动力传输切换机构配置动力驱动装置。

如图2以及图13至图15所示，本发明的无障碍移动车平衡具有公路行走模式、崎岖路面行走模式、楼梯行走模式、狭窄空间行走模式。

如图2所示，在公路行走模式下，摆动控制机构5控制轮组部分6转动，使得轮组的行走轮62着地。4个轮组的行走电机60独立驱动行走轮62旋转，为每个行走轮62提供动力，从而使得平衡车在公路上时具有较快的行驶速度，以及较强的动力，操控性能和爬坡能力更强。另外，由于轮组的动力传递装置采用第三蜗轮蜗杆传动副660，所以当行走电机60不提供动力时，行走轮62则立即锁止，实现自锁，而不会出现坡道溜车的现象。

如图13所示，在崎岖路面行走模式下，摆动控制机构5控制轮组部分6转动，使得轮组的履带61着地。在该模式下，操作者可以随机调整轮组的摆动角度，使得平衡车具有较强的通行能力。另外，前后轮组通过悬挂机构4与框架部分2连接，有效地保证了四条履带61都能与地面接触，既安全又可靠。

如图14所示，在楼梯行走模式下，摆动控制机构5控制轮组部分6转动，使得轮组倾斜一定的角度，利用履带61上下楼梯。

如前所述，在准备爬楼前，摆动控制机构5驱动轮组倾斜一定的角度，轮组履带的倾斜平面段614与地面接触，倾斜平面段614外侧的至少两个履带齿使得平衡车左右两侧无高度差，避免了车体抖动的现象，提高了车体运行时的平稳性。在爬楼过程中，前端的两个轮组的履带侧边615与台阶的楼梯角81接触，后端的两个轮组的履带倾斜平面段614与台阶平面接触，既具有较强的爬坡能力、抓地能力，又保证了行驶的稳定性和安全性。另外，在爬楼过程中，轮组与基座之间的角度不变，也即轮组与地面之间的角度不变，因而不会出现在爬楼过程中、轮组上下摆动，导致车体不平稳的问题。

另外，本发明的平衡车采用4个独立的轮组，因而具有分段式的履带，当平衡车经过楼梯与平台的结合部时，前后轮组的履带都着地，并且履带的改进设计使得爬楼过程中，后面两个轮组的履带与台阶平面接触的部分为平面，能够实现平稳过渡，无需额外的辅助支撑装置，也省去了辅助支撑装置的打开、关闭等操作步骤，因而，简化了操作方法、节约了行走时间，能够安全、快速地上下楼梯。

当平衡车爬完第一段楼梯S1，到达中间平台S0时，摆动控制机构5控制轮组摆动，使得麦克纳姆轮63着地，以实现在狭窄的中间平台S0上平移，当车体移动至第二段楼梯S2处时，摆动控制机构5再将轮组调整为向后倾斜一定角度，开始爬第二段楼梯S2，在两段楼梯之间，无需掉头转向，节约了调整时间，加快了爬楼效率。

本发明的框架设计实现了双向爬楼，在楼梯平台上无需转向掉头，更加简单安全。当然，如果操作者希望掉头，只需操作摆动控制机构，使得麦克纳姆轮着地，利用麦克纳姆轮调转平衡车的方向即可。

如图15所示，在狭窄空间行走模式下，摆动控制机构5控制轮组部分6转动，使得麦克纳姆轮63着地，由于麦克娜姆轮具有前进、后退、侧方向平移、原地转动的功能，因此，在狭窄的空间内，例如厨房、卫生间等、楼梯平台，操作者能轻松地行走。

上述具体实施方式仅仅对本发明的优选实施方式进行描述，而并非对本发明的保护范围进行限定。在不脱离本发明设计构思和精神范畴的前提下，本领域的普通技术人员根据本发明所提供的文字描述、附图对本发明的技术方案所作出的各种变形、替代和改进，均应属于本发明的保护范畴。本发明的保护范围由权利要求确定。

Claims (16)

1.用于无障碍移动平衡车的轮组，其特征在于，包括：

履带层和轮子层，所述履带层和轮子层并排布置，所述履带层包括窄端和宽端，所述轮子层包括行走轮和麦克纳姆轮，所述行走轮和麦克纳姆轮分别靠近所述履带层的两端，

所述轮组还包括行走电机和动力传动装置，所述行走电机通过所述动力传动装置可选择地驱动所述履带层的履带、行走轮或者麦克纳姆轮运动。

2.如权利要求1所述的用于无障碍移动平衡车的轮组，其特征在于，所述行走轮靠近所述履带层的窄端，所述麦克娜姆轮靠近所述履带层的宽端。

3.如权利要求2所述的用于无障碍移动平衡车的轮组，其特征在于，在所述履带层的纵向上，所述行走轮和麦克娜姆轮分别超出所述履带层的窄端和宽端。

4.如权利要求3所述的用于无障碍移动平衡车的轮组，其特征在于，所述履带层的宽端包括平面段和倾斜平面段，所述倾斜平面段分别位于所述平面段的两端。

5.如权利要求4所述的用于无障碍移动平衡车的轮组，其特征在于，所述倾斜平面段的外表面上至少包含2个履带齿。

6.如权利要求5所述的用于无障碍移动平衡车的轮组，其特征在于，所述动力传动装置包括第一链轮传动机构和第二链轮传动机构，所述第一链轮传动机构和第二链轮传动机构分别靠近所述履带层的两侧，且所述第二链轮传动机构靠近所述轮子层。

7.如权利要求6所述的用于无障碍移动平衡车的轮组，其特征在于，所述第一链轮传动机构包括依次排列的第一链轮、第二链轮、第三链轮、以及第一链条，所述第一链条同时与所述第一链轮、第二链轮、第三链轮啮合，所述第一链轮与所述履带的履带主动轮固定连接，所述第三链轮与所述麦克纳姆轮通过麦克娜姆轮轴固定连接。

8.如权利要求7所述的用于无障碍移动平衡车的轮组，其特征在于，所述第二链轮传动机构包括第四链轮、第五链轮和第二链条，所述第二链条与所述第四链轮、第五链轮啮合，所述第五链轮通过齿轮传动副与所述行走轮的行走轮轴连接，所述第四链轮与所述第二链轮可旋转地安装在由所述行走电机驱动的驱动轴上。

9.如权利要求8所述的用于无障碍移动平衡车的轮组，其特征在于，所述动力传动装置配置动力传输切换机构，所述动力传输切换机构包括设置在所述驱动轴上的切换机构主体和安装于所述平衡车车体上的切换辅助件。

10.如权利要求9所述的用于无障碍移动平衡车的轮组，其特征在于，所述切换机构主体包括推杆、顶针、第一滑块、第二滑块、第一弹簧、第二弹簧，

所述推杆可滑动地设置在所述驱动轴内，且其一端伸出所述驱动轴，与所述轮组的轮组壳连接，

所述顶针可滑动地安装在所述驱动轴上，且与所述推杆的伸出端相对，

所述第一滑块、第二滑块套设在所述驱动轴上，且分别设置在所述第四链轮和第二链轮的两侧，所述第一滑块、第二滑块能相对于所述驱动轴滑动但不能相对旋转，所述第一滑块和第四链轮面向对方的面上设置可相互啮合的配合机构，所述第二滑块和第二链轮面向对方的面上设置可相互啮合的配合机构，

所述第一弹簧设置在所述轮组壳与所述第一滑块之间，所述第二弹簧设置在所述顶针与所述第二滑块之间。

11.如权利要求10所述的用于无障碍移动平衡车的轮组，其特征在于，切换辅助件与所述顶针相互作用，其面向所述顶针的端面上设置凹槽，当所述顶针与所述端面接触时，所述第二滑动与所述第二链轮啮合，所述行走电机通过所述第一链轮传动机构带动所述履带和麦克纳姆轮转动，当所述顶针落入所述凹槽时，所述第二滑块与所述第二链轮脱离啮合，所述第一滑块与所述第四链轮啮合，所述行走电机通过第二链轮传动机构带动所述行走轮转动。

12.无障碍移动平衡车，其特征在于，包括：

框架部分；

承载平台，被支撑于所述框架部分上方，用于承载物体或者人体；

轮组部分，连接于所述框架部分，所述轮组部分包括4个独立的如权利要求1所述的轮组，所述4个轮组两两一组，通过横轴连接；

摆动控制机构，用于控制所述轮组的倾斜角度，所述摆动控制机构与所述横轴连接。

13.如权利要求12所述的无障碍移动平衡车，其特征在于，所述动力传动装置配置动力传输切换机构，所述动力传输切换机构与所述摆动控制机构联动。

14.如权利要求13所述的无障碍移动平衡车，其特征在于，所述动力传输切换机构包括切换机构主体和切换辅助件，所述切换机构主体设置在由所述行走电机驱动的驱动轴上，所述切换辅助件由所述摆动控制机构驱动运动。

15.如权利要求14所述的无障碍移动平衡车，其特征在于，所述动力传输切换机构包含第一状态和第二状态，当处于第一状态时，所述行走电机带动所述履带和麦克娜姆轮转动，当处于第二状态时，所述行走电机带动所述行走轮转动。

16.如权利要求12所述的无障碍移动平衡车，其特征在于，所述轮组部分的前面两个轮组和后面两个轮组分别通过悬挂机构连接至所述框架部分，每个所述悬挂机构包括一对减震器和4个悬挂连杆。

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