CN111806610A

CN111806610A - 一种太阳能充电防晒老年可变距车

Info

Publication number: CN111806610A
Application number: CN202010605882.XA
Authority: CN
Inventors: 尹德系
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-06-29
Filing date: 2020-06-29
Publication date: 2020-10-23

Abstract

本发明公布了一种太阳能充电防晒老年可变距车，涉及老年代步车技术领域，包括车架，所述车架前部和后部设置有可前后翻转调节角度的车轮支架，所述车轮支架底部设置有两个车轮；所述车轮分布在车架两侧位置；同一车轮支架上两车轮之间的间距可调节；所述车架上设置有座椅和充电伞；所述充电伞的上伞面为柔性太阳能板；所述车架前端设置有可前后伸缩调节长度的伸缩支架；所述伸缩支架上方铰接有可前后翻转调节角度的折叠支架；所述折叠支架上端设置有操作器。它能够随时利用太阳能充电、防晒、避雨，且车轮间距能够前后、左右缩小放大，且车体能够前后倾斜调整。有巨大的商业价值和深远的社会意义。

Description

一种太阳能充电防晒老年可变距车

技术领域

本发明涉及老年代步车技术领域，具体为一种太阳能充电防晒老年可变距车。

背景技术

近年来，全球人口老龄化的现象越来越严重，中国的人口老龄化比例甚至高达总人口的15%，可以说十分地接近“高龄国家”。同时我国的经济下行压力大，大部分子女由于工作而没有时间陪伴父母，老年人的娱乐活动大大减少，所以老年人需要这样一个方便他们出行的工具，让老年人的生活变得更加方便、舒适。

目前国内已经出现了一些老年人代步车，这些代步车在设计方面还处于初级阶段，不够完善，大多的是三轮代步车，并且存在很多问题，总结大致有以下几点问题：车体底盘轻、前后轴距短、稳定度低且极易发生侧翻，尤其是上下坡时易发生前后翻事故，随时可能发生并危及周围人群安全的情况，过障能力差，在狭窄的楼道、过道、室内通道中，这些四轮车实现转弯非常困难，存在较长的转弯半径，不够灵活。

发明内容

本发明针对以上问题，提供一种太阳能充电防晒老年可变距车，它能够随时利用太阳能充电、防晒、避雨，且车轮间距能够前后、左右缩小放大，且车体能够前后倾斜调整。有巨大的商业价值和深远的社会意义。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种太阳能充电防晒老年可变距车，包括车架，所述车架前部和后部设置有可前后翻转调节角度的车轮支架，所述车轮支架底部设置有两个车轮；所述车轮分布在车架两侧位置；同一车轮支架上两车轮之间的间距可调节；所述车架上设置有座椅和充电伞；所述充电伞的上伞面为柔性太阳能板；所述车架前端设置有可前后伸缩调节长度的伸缩支架；所述伸缩支架上方铰接有可前后翻转调节角度的折叠支架；所述折叠支架上端设置有操作器。

作为上述技术方案的进一步改进：所述车轮支架上端铰接在车架上，所述车轮支架侧边与车架之间通过伸缩驱动机构连接。

作为上述技术方案的进一步改进，在车架上设置有用于感应障碍物的超声波传感器。超声波传感器可以设置在车架两侧及前后两侧。

作为上述技术方案的进一步改进：所述伸缩驱动机构为电动推杆。

作为上述技术方案的进一步改进：所述车轮支架包括上端铰接在车架上的支撑件；所述支撑件内设置有螺杆与电机连接；所述螺杆上设置有螺母；所述支撑件下端两侧铰接有第一支架杆，所述螺母两侧铰接有第二支架杆；同一侧的第一支架杆和第二支架杆端头与该侧的安装架铰接；所述安装架上设置有车轮。

作为上述技术方案的进一步改进：所述安装架上设置有减震机构。

作为上述技术方案的进一步改进：所述充电伞包括设置在车架上的旋转电机，旋转电机连接丝杆；所述丝杆上设置有丝母；所述丝杆顶端设置有可旋转的顶架；所述顶架与丝母之间设置有伞体骨架；所述伞体骨架上层设置有上伞面，下层设置有下伞面。

作为上述技术方案的进一步改进：所述丝杆可旋转的设置在套筒内；所述套筒固定设置在车架上；所述丝母上设置有旋转限制件与套筒配合连接。

作为上述技术方案的进一步改进：所述旋转限制件为设置在丝母上的限位杆；所述套筒上设置有与限位杆相配合的限位孔；所述限位杆插入在对应的限位孔内。

作为上述技术方案的进一步改进：所述旋转限制件为固定设置在丝母下端的花键套；所述套筒外壁上设置有与花键套相配合的花键条；所述花键套活动套在套筒上。

作为上述技术方案的进一步改进：所述车轮上设置有轮毂电机。

作为上述技术方案的进一步改进：还包括控制电路系统，所述控制电路系统中包含了倾角传感器和水平仪及Arduino平台。

作为上述技术方案的进一步改进：所述操作器为方向盘或把手。

作为上述技术方案的进一步改进：所述顶架上设置有信号灯。

作为上述技术方案的进一步改进：所述减震机构包括设置在安装架上的安装杆；所述安装杆下端设置有车轮，上端设置有减震弹簧。

作为上述技术方案的进一步改进：所述电机连接主动齿轮；所述螺杆连接从动齿轮；所述主动齿轮与从动齿轮啮合。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明中车轮前后左右间距均可以调节，且车体能够实现前后倾斜调节，车轮左右间距缩小时，能通过狭窄的通道位置，车轮左右间距或前后间距变大时，能极大的提高老年车的移动稳定性；同时车轮左右间距或者前后间距变大时，车体整体重心还下降，进一步提高移动稳定性；车体前后倾斜不同角度能够适应上坡或者下坡的路面移动，可以防止车体倾翻，由于适应路面性强，稳定性好，因此特别适合于老年人驾驶，通过在控制系统中增设倾角传感器和水平仪及Arduino平台，可以使得老年车在行驶过程中根据路面情况自动调整车体的倾斜角度，无需人工操作，提高自动化程度。

2、在车体上设置了充电伞，充电伞既可以用作遮阳防雨的作用，同时由于采用了柔性太阳能板，因此可以利用太阳能进行充电，提高整车行驶路程。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的正面示意图；

图3为车轮支架张开时的结构示意图；

图4为车轮支架收拢时的结构示意图；

图5为车轮支架内的驱动机构示意图；

图6为充电伞的结构示意图；

图7为充电伞骨架结构示意图

图8为充电伞的俯视结构示意图；

图9为充电伞中套筒与丝杆的截面图；

图10为充电伞中丝母下端设置限位杆的结构示意图；

图11为充电伞中花键套与套筒及丝杆的截面图；

图12为丝母下端设置有花键套的剖视图；

图13为本发明的平衡控制系统电路模块图。

图中：1、车架；2、伸缩驱动机构；3、车轮支架；4、车轮；5、伸缩支架；51、锁紧旋钮；6、折叠支架；7、操作器；8、充电伞；9、座椅；31、支撑件；32、螺杆；33、电机；34、螺母；35、第一支架杆；36、第二支架杆；37、安装架；38、减震弹簧；39、安装杆；40、主动齿轮；41、从动齿轮；81、安装板；82、旋转电机；83、套筒；831、限位孔；832、花键条；84、丝杆；85、限位杆；86、丝母；861、铰接座；87、顶架；88、伞体骨架；89、上伞面；90、下伞面；91、花键套；881、第一架杆；882、第二架杆；883、第三架杆；884、第四架杆。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

请参阅图1至图13，在一种具体的实施方式中，一种太阳能充电防晒老年可变距车，包括车架1，所述车架1前部和后部设置有可前后翻转调节角度的车轮支架3，所述车轮支架3底部设置有两个车轮4；所述车轮4分布在车架1两侧位置；同一车轮支架3上两车轮4之间的间距可调节；所述车架1上设置有座椅9和充电伞8；所述充电伞8的上伞面89为柔性太阳能板；所述车架1前端设置有可前后伸缩调节长度的伸缩支架5；所述伸缩支架5上方铰接有可前后翻转调节角度的折叠支架6；所述折叠支架6上端设置有操作器7。

如图1所示，为了实现车轮支架3的角度可调节，在上述实施例的基础上进一步优化：所述车轮支架3上端铰接在车架1上，所述车轮支架3侧边与车架1之间通过伸缩驱动机构2连接。通过调节车轮支架3的角度可以实现车轮前后间距的调节，同时还可以实现车体重心的升降调节。而且前后车轮支架3的倾斜夹角均可以独立调节，因此还可以实现车体重心的前后移动，使得本车可以适用于上下坡时保持稳定。

在上述实施例的基础上进一步优化：所述伸缩驱动机构2为电动推杆。

如图2-5所示，为了实现左右车轮间距的可调节，在上述实施例的基础上进一步优化：所述车轮支架3包括上端铰接在车架1上的支撑件31；所述支撑件31内设置有螺杆32与电机33连接；所述螺杆32上设置有螺母34；所述支撑件31下端两侧铰接有第一支架杆35，所述螺母34两侧铰接有第二支架杆36；同一侧的第一支架杆35和第二支架杆36端头与该侧的安装架37铰接；所述安装架37上设置有车轮4。通过电机33可以调节左右车轮间距的调节，前后车轮支架的车轮左右间距可以独立调节，提高灵活性，同时车轮左右间距调节过程中还能实现车体重心的上下调节。可以使得本车通行于狭窄过道。

如图2所示，为了提高车体减震效果，在上述实施例的基础上进一步优化：所述安装架37上设置有减震机构。

如图6-8所示，在上述实施例的基础上进一步优化：所述充电伞8包括设置在车架1上的旋转电机82，旋转电机82连接丝杆84；所述丝杆84上设置有丝母86；所述丝杆84顶端设置有可旋转的顶架87；所述顶架87与丝母86之间设置有伞体骨架88；所述伞体骨架88上层设置有上伞面89，下层设置有下伞面90。

旋转电机82带动丝杆84旋转，丝杆84旋转时，带动丝母86上下升降，当丝母86在旋转方向上受到限位；丝母86上升时，伞体被撑开；丝母86下降时，伞体反向收拢。

如图7所示，伞体骨架88由第一架杆881、第二架杆882、第三架杆883、第四架杆884组成；所述第一架杆881呈环形铰接在顶架87上；所述第二架杆882呈环形铰接在丝母86上；所述第二架杆882末端铰接在第一架杆881上；所述第一架杆881末端铰接第四架杆884；所述第二架杆882与第四架杆884之间铰接有第三架杆883。

如图6所示，在上述实施例的基础上进一步优化：所述丝杆84可旋转的设置在套筒83内；所述套筒83固定设置在车架1上；所述丝母86上设置有旋转限制件与套筒83配合连接。套筒83下端固定在车架上，丝杆安装在套筒83内，丝杆两端设置有轴承与套筒83连接；旋转限制件用于限制丝母86旋转，确保丝母86只能上下运动。旋转限制件通过与套筒83配合连接来达到径向限位的作用。

如图9-10所示，在上述实施例的基础上进一步优化：所述旋转限制件为设置在丝母86上的限位杆85；所述套筒83上设置有与限位杆85相配合的限位孔831；所述限位杆85插入在对应的限位孔831内。限位杆85插入到限位孔831内后，可以限制丝母86旋转，确保丝母86只能上下运动。

如图11-12所示，在上述实施例的基础上进一步优化：所述旋转限制件为固定设置在丝母86下端的花键套91；所述套筒83外壁上设置有与花键套91相配合的花键条832；所述花键套91活动套在套筒83上。花键套91套在套筒83外壁上，通过花键结构限制花键套91连同丝母86的旋转，但是丝母86能上下运动。

为了能够实现老人车的原地旋转，在上述实施例的基础上进一步优化：所述车轮4上设置有轮毂电机。在四个轮子都设置有轮毂电机或者至少两个轮子设置轮毂电机。

如图13所示，在上述实施例的基础上进一步优化：还包括控制电路系统，所述控制电路系统中包含了倾角传感器和水平仪及Arduino平台。根据代步车的行驶路径需要，我们设计的代步车能够在一定坡度的路面具备调整轴距能力。当车辆倾斜度超过允许值时，水平仪器监测到这些信息，通过Arduino系统进行运算，将结果传给变距装置应报警并自动停止，然后进行自动变距工作。为确保老年代步车的行驶安全，我们以此为对象进行系统设计，要求能够在纵向倾斜超过8°的路面改变轴距，使车保持平衡和稳定，避免侧翻或仰翻，调节后水平度车架前后的水平度要小于2°。本系统的软件程序主要是利用Arduino平台，其中主要包含了对PWM波产生程序、A/D转换读取程序以及LCD显示程序等内容。

如图2所示，在上述实施例的基础上进一步优化：所述操作器7为方向盘或把手。操作器7为控制老年车的部件，可以为方向盘或者把手，图1-2中的操作器为把手，在把手上可以设置刹车、显示屏、鸣笛、速度控制器（霍尔传感器旋转把手）。

为了提高驾驶方便性，在上述实施例的基础上进一步优化：可以在老年车的前后左右设置超声波传感器，用于感应车体周边障碍物。

如图1所示，在上述实施例的基础上进一步优化：所述顶架87上设置有信号灯。将信号灯设置在顶架87上，可以便于周边行驶车辆或者行人观察到信号灯。

在上述实施例的基础上进一步优化：所述减震机构包括设置在安装架37上的安装杆39；所述安装杆39下端设置有车轮4，上端设置有减震弹簧38。

在上述实施例的基础上进一步优化：所述电机33连接主动齿轮40；所述螺杆32连接从动齿轮41；所述主动齿轮40与从动齿轮41啮合。

本发明方案的设计思路如下：

水平变距系统与超声波避障系统的设计：

基于水平检测仪的自动水平变距系统：使用单轴倾角传感器模块SCA60C来做倾斜检测，结合代步车的其它元器件、零部件，实现四轮老年代步车上坡时，通过水平仪自动测量坡度，结合Arduino平台，自动调节车辆的前后轴距离，使得代步车重心改变，避免翻车。

倾角传感器原理及基础硬件：倾角测量理论是来源于牛顿第二定律。根据基本的物理原理，在一个系统内部，速度是无法测量的，但却可以测量其加速度。如果初速度已知，就可以通过积分计算出线速度，进而可以计算出直线位移。所以，它其实是运用惯性原理的一种加速度传感器。当倾角传感器静止时也就是侧面和垂直方向没有加速度作用，那么作用在它上面的只有重力加速度。重力垂直轴与加速度传感器灵敏轴之间的夹角就是倾斜角。计算方式是加速度传感器输出信号，经高精度模数转换后，交由混合信号处理器进行滤波、平滑、方差估计等处理后，获得精确的瞬时加速度。最终将精确瞬时加速度解算为倾斜角度信息。

模拟输出的信号可以经过A／D转换，转换成适合单片机的数字信号。所以我们采用了模拟倾角传感器SCA60C，倾角传感器结构：倾角传感器把MCU，MEMS加速度计，模数转换电路，通讯单元全都集成在一块非常小的电路板上面，直接输出角度等倾斜数据。

如图13所示，变距系统组成：设计方案主要以Arduino为自动水平变距系统的主控系统，由Arduino模块、单轴倾角传感器模块、前后电动推杆与继电器控制开关组成。

主控盒是整个控制系统的核心，它能够采集操作面板和水平仪的信息，并将其进行相应解算，求解出轴杆需要伸出或缩回，通过对各电磁开关进行控制驱动对应的伸缩动作。其中位于车体前部和后部的横轴起主要支撑作用。

在实际使用中，我们把SCA60C固定在代步车的轴上，只用到了SCA60C芯片的3个管脚，其中4脚接地，8脚接5V电源，7脚为输出端口，能输出模拟的电压信号，在地与电源之间要接一个47nF的滤波电容，保证电源的稳定性。通过测量输出电压信号的大小，根据公式估算出倾角的大小。

变距系统的实现：根据代步车的行驶路径需要，我们设计的代步车能够在一定坡度的路面具备调整轴距能力。当车辆倾斜度超过允许值时，水平仪器监测到这些信息，通过Arduino系统进行运算，将结果传给变距装置应报警并自动停止，然后进行自动变距工作。为确保老年代步车的行驶安全，我们以此为对象进行系统设计，要求能够在纵向倾斜超过8°的路面改变轴距，使车保持平衡和稳定，避免侧翻或仰翻，调节后水平度车架前后的水平度要小于2°。

本系统的软件程序主要是利用Arduino平台，其中主要包含了对PWM波产生程序、A/D转换读取程序以及LCD显示程序等内容。

基于超声波传感器的避障模块：US-100超声波测距模块RS232底板，结合Arduino平台实现代步车基于超声波的避障功能。

避障模块系统总体方案设计：我们设计了一种经济实用、简单易懂的自主避障方案，超声波传感器测距，作为自主避障代步车实现避障的其中一种方式，实现避障方便简单，价格低廉。

采用直流电机驱动的轮式移动代步车，用Arduino作为主控系统，在代步车前端安装超声波传感器检测前方障碍物，测量代步车与目标障碍物之间的距离，并将测量数据反馈给Arduino进行分析处理，然后把分析后的数据反馈给单片机，单片机处理后再指示直流电机驱动代步车完成避障动作。从而实现对代步车的运动状态实时控制，并且控制可靠、灵活，精确度高，可满足对系统各项基本要求。

模块的硬件设计：

（1）整体架构

系统控制模块选用ArduinoUNO作为主控单元，其核心是US-100超声波模块直接插上RS232底板，负责给电机驱动单元提供PWM脉宽调制信号，驱动电机指挥代步车完成避障动作。电机配备时钟电路，复位电路和电源，时钟电路使用了1个16M的晶振，复位电路低电平有效，高电平无效。工作电源都是5V。

（2）系统集成

US-100超声波测距模块可实现2cm~4.5m的非接触测距功能，拥有2.4~5.5V的宽电压输入范围，静态功耗低于2mA，自带温度传感器对测距结果进行校正，同时具有GPIO，串口（波特率9600bps）等多种通信方式，工作稳定可靠。通过模块背部的2Pin跳线来选择不同的模式，当拔掉跳线帽时，表示工作在GPIO模式下；当插上跳线帽时，表示工作在串口模式下。

“US-100超声波测距模块在Arduino平台上的使用说明，在串口模式下，通过Trig/TX管脚输入0X55（波特率9600），US-100便会通过Echo/RX管脚输出两字节的距离值，第一个字节是距离的高8位（HDate），第二个字节为距离的低8位（LData），单位为毫米。即距离值为（HData*256+LData）mm。

连接前首先将 US-100 模块背面的跳线帽插上。

在使用时，首先在Arduino的开发环境中编辑源代码，然后将程序进行编译，最后下载到Arduino开发板上。在下载程序到Arduino开发板上的过程中需要拔掉US-100与Arduino的连线。待程序下载完毕，首先断掉电源，同时确保US-100模块背部的跳线已经插上，US-100工作在串口模式下，然后连接US-100与Arduino上的相应管脚，连接好后给Arduino开发板上电，系统便可运行。

启动代步车后，开启避障模式，由于超声波传感器距离障碍物太近或者障碍物体积太小、形状不规则，就会导致超声波传感器探测不到障碍物，所以需要加一个小距离的检测程序。设计要求避障距离为0.5m，代步车体长在0.9m左右，所以小距离取值在0.3～0.4m较为合适。本研究设计小距离取值为0.35m。避障过程如下：当代步车与障碍物的距离大于0.5m时，前进；当代步车与障碍物的距离小于0.5m时，如果代步车与障碍物的距离还小于0.35m，则停止，再由代步车的驾驶员决定是等障碍离开再走，还是左转或右转。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种太阳能充电防晒老年可变距车，包括车架(1)，其特征在于，所述车架(1)前部和后部设置有可前后翻转调节角度的车轮支架(3)，所述车轮支架(3)底部设置有两个车轮(4)；所述车轮(4)分布在车架(1)两侧位置；同一车轮支架(3)上两车轮(4)之间的间距可调节；所述车架(1)上设置有座椅(9)和充电伞(8)；所述充电伞(8)的上伞面(89)为柔性太阳能板；所述车架(1)前端设置有可前后伸缩调节长度的伸缩支架(5)；所述伸缩支架(5)上方铰接有可前后翻转调节角度的折叠支架(6)；所述折叠支架(6)上端设置有操作器(7)。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能充电防晒老年可变距车，其特征在于，所述车轮支架(3)上端铰接在车架(1)上，所述车轮支架(3)侧边与车架(1)之间通过伸缩驱动机构(2)连接。

3.根据权利要求2所述的一种太阳能充电防晒老年可变距车，其特征在于，所述伸缩驱动机构(2)为电动推杆。

4.根据权利要求1所述的一种太阳能充电防晒老年可变距车，其特征在于，所述车轮支架(3)包括上端铰接在车架(1)上的支撑件(31)；所述支撑件(31)内设置有螺杆(32)与电机(33)连接；所述螺杆(32)上设置有螺母(34)；所述支撑件(31)下端两侧铰接有第一支架杆(35)，所述螺母(34)两侧铰接有第二支架杆(36)；同一侧的第一支架杆(35)和第二支架杆(36)端头与该侧的安装架(37)铰接；所述安装架(37)上设置有车轮(4)。

5.根据权利要求1所述的一种太阳能充电防晒老年可变距车，其特征在于，所述充电伞(8)包括设置在车架(1)上的旋转电机(82)，旋转电机(82)连接丝杆(84)；所述丝杆(84)上设置有丝母(86)；所述丝杆(84)顶端设置有可旋转的顶架(87)；所述顶架(87)与丝母(86)之间设置有伞体骨架(88)；所述伞体骨架(88)上层设置有上伞面(89)，下层设置有下伞面(90)。

6.根据权利要求5所述的一种太阳能充电防晒老年可变距车，其特征在于，所述丝杆(84)可旋转的设置在套筒(83)内；所述套筒(83)固定设置在车架(1)上；所述丝母(86)上设置有旋转限制件与套筒(83)配合连接。

7.根据权利要求6所述的一种太阳能充电防晒老年可变距车，其特征在于，所述旋转限制件为设置在丝母(86)上的限位杆(85)；所述套筒(83)上设置有与限位杆(85)相配合的限位孔(831)；所述限位杆(85)插入在对应的限位孔(831)内。

8.根据权利要求6所述的一种太阳能充电防晒老年可变距车，其特征在于，所述旋转限制件为固定设置在丝母(86)下端的花键套(91)；所述套筒(83)外壁上设置有与花键套(91)相配合的花键条(832)；所述花键套(91)活动套在套筒(83)上。

9.根据权利要求1所述的一种太阳能充电防晒老年可变距车，其特征在于，所述车轮(4)上设置有轮毂电机。

10.根据权利要求1所述的一种太阳能充电防晒老年可变距车，其特征在于，还包括控制电路系统，所述控制电路系统中包含了倾角传感器和水平仪及Arduino平台。