CN112043515B - 一种重力自平衡轮椅 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重力自平衡轮椅，包括底板、底座、底盘、左右自平衡机构和前后自平衡机构；左右自平衡机构包括设置在底板的下侧的圆弧形导轨，在圆弧形导轨的轴向两侧还滑动连接有第一定滑轮，第一定滑轮固定连接在底座；前后自平衡机构包括设置在底座轴向两端且竖向上设置的第一侧杆，在底盘上设置有竖向上的第二侧杆，第一侧杆的上端和第二侧杆的上端通过第一轴向转动件转动连接，以使得所述第二侧杆能够绕所述第一侧杆前后摆动。本方案能利用重力来实现平衡调节，同时使用成本低，结构简单，使用性能稳定可靠。

Description

一种重力自平衡轮椅

技术领域

本发明涉及康复设备技术领域，具体涉及一种重力自平衡轮椅。

背景技术

人口老龄化加深是社会发展趋势，是全世界都在面临的难题。随着高龄和失能老人数量不断攀升，辅助老年人日常生活的设备需求越来越大，以轮椅为代表的移动类辅助设备给老年人的出行带来了极大便利。按照世界卫生组织的轮椅需求估算，2050年全球将有超过4.5亿人需要轮椅，但现阶段普通轮椅在舒适、安全、多功能和经济方面的特性都还难以满足人民需求，有待进一步提高。

近年来，多功能智能轮椅的设计在世界较为流行，前后出现了平衡轮椅、站立轮椅、爬楼轮椅、全向移动轮椅等人性化的设计，但因成本和技术的限制没有得到推广，市面上的站立式轮椅通常利用电机升降以实现辅助站立，但自身重量大、耗能快，价格普遍在20000人民币以上，使用人群较少；现阶段爬楼轮椅的设计较多考虑多级楼梯，但依然离不开人为辅助，独立性较差，目前轮椅出行中跨越单级阶梯尚且费力，多级阶梯的跨越在没有人为帮助下，更是无法解决；平衡轮椅的平衡系统主要通过陀螺仪配合计算机控制实现，系统复杂，研发成本高，实际生活中难以推广，同时电控平衡的轮椅需要增加各种传感器，成本极高，同时内部设计复杂，线束增多，导致整体性能的不稳定。

如在公开号为CN210138252U的专利中就公开了一种智能轮椅，该智能轮椅的座椅平衡系统包括分别设置在座椅下部前、后、左、右四个角的重力传感器，与此四个重力传感器相连接的单片机Ⅳ，与此单片机Ⅳ相连接舵机Ⅱ，此舵机Ⅱ与座椅水平调节装置相连接。使用时，座椅平衡系统是在轮椅的座椅下部安装重力传感器6和舵机Ⅱ，使其能够迅速寻找并保持平衡，大大增加轮椅的安全程度；重力传感器6安装在座椅2 的下方的前后左右四个方位。当轮椅的座椅2倾斜时，前后两个方向的重力传感器6距离地面的距离不同，从而单片机Ⅳ接受重力传感器6的输出数据，单片机Ⅳ接收到数据后通过校准Z轴的角度会重新初始化为0，将此数据传输给接在座椅2上的舵机Ⅱ，从而扭转角度，使座椅2在轮椅爬楼梯的过程中始终保持在水平位置。

上述智能轮椅在进行平衡调节时，采用重力传感器对轮椅四个角的位置进行检测，同时还需要在轮椅上四个角的位置安装舵机，这样一方面大大增加了轮椅的使用成本，不利于推广应用，另一方面轮椅的整体结构也更加复杂，线束增多，整体使用性能不够稳定可靠。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明要解决的技术问题是：如何提供一种能利用重力来实现平衡调节，同时使用成本低，结构简单，使用性能稳定可靠的重力自平衡轮椅。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种重力自平衡轮椅，包括在竖向方向从上到下依次设置的底板、底座和底盘，所述底盘上设有行走机构，重力自平衡轮椅还包括左右自平衡机构和前后自平衡机构；底板上套设有用于坐立的座椅，底座的后端连接有椅背；

所述左右自平衡机构包括设置在所述底板的下侧且向下弯曲的圆弧形导轨，所述圆弧形导轨沿所述底板的轴向设置，且在所述圆弧形导轨的轴向两侧还滑动连接有第一定滑轮，所述第一定滑轮固定连接在所述底座，以使得所述第一定滑轮沿所述圆弧形导轨轴向滑动时能够带动所述底座绕所述底板轴向移动；

所述前后自平衡机构包括设置在所述底座轴向两端且竖向上设置的第一侧杆，在所述底盘上与所述第一侧杆对应的位置设置有竖向上的第二侧杆，所述第一侧杆的上端和所述第二侧杆的上端通过第一轴向转动件转动连接，以使得所述第二侧杆能够绕所述第一侧杆前后摆动。

在本方案中，以人体坐在轮椅上时的方向作为参考方向，即本方案中的前、后、左、右、上、下分别对应为人体坐在轮椅上时的前、后、左、右、上、下，同时本方案中的轴向为左右方向，竖向为上下方向，纵向为前后方向。

本发明的工作原理是：本方案的重力自平衡轮椅使用时，使用者坐在轮椅上，并通过位于底盘上的行走结构带动轮椅在地面行驶。

当本方案的重力自平衡轮椅行驶在左右倾斜的路面上时，由于底座和底盘之间是分离设计的，同时底盘上的第一定滑轮和底板上的圆弧形导轨是处于滑动连接状态的，故当在左右倾斜的路面上行驶时，在使用者重力的作用下，第一定滑轮将相对圆弧形导轨滑动，进而使得底座相对底板滑动，由此就利用底座相对底板的滑动来适应地面的左右倾斜变化，而底板则相对地面始终能够保持平稳状态，从而使得坐在底板上的使用者也始终保持一个平稳的状态，不会随着地面左右倾斜的变化而倾斜，由此就实现了在人体重力调整下轮椅的左右倾斜的自平衡调节。

当本方案的重力自平衡轮椅行驶在前后倾斜的路面上时，由于底座上的第一侧杆和底盘上的第二侧杆是通过第一轴向转动件转动连接的，故底座可沿第一侧杆和第二侧杆的转动连接点在底盘上方做荡秋千式的前后摆动，同时由于底座和底板之间只能进行左右方向的移动，在前后方向上底座和底板之间是共同运动的，而使用者的重力是始终竖直向下的，故底板和底座在重力作用下将不会跟随路面前后倾斜状态的变化而变化，而地面前后倾斜状态的变化将通过底盘与底座之间的前后摆动来进行适应，由此就实现了在人体重力调整下轮椅的前后倾斜的自平衡调节。

本发明的有益效果在于：

1、本方案通过圆弧形导轨和第一定滑轮的结构设计，实现在人体自重调整下轮椅左右倾斜的自平衡调节，同时通过第一侧杆和第二侧杆转动连接的结构设计，实现在人体自重调整下轮椅前后倾斜的自平衡调节。本方案的重力自平衡轮椅具有较好的自适应性、稳定性、可调节性和感应环境变化的能力，能有效保持不同路况下的轮椅的平衡稳定，提高使用者的舒适感、安全感。

2、本方案与电控平衡轮椅对比，本方案采用纯机械结构来实现轮椅的自平衡调节，具有使用成本更低，结构简单，使用性能稳定可靠，加工装卸便利，节能等优势。

优选的，所述左右自平衡机构还包括左右限位结构，所述左右限位结构包括限位圆盘，所述限位圆盘包括转动连接在所述底座上且沿纵向方向布置的第一限位圆盘和第二限位圆盘，所述第一限位圆盘和所述第二限位圆盘之间设有第一限位柱、第二限位柱和导向柱，所述第一限位柱和所述第二限位柱对称设置在所述导向柱的两侧，所述底板下侧竖向下设有伸入到所述第一限位圆盘和所述第二限位圆盘之间的限位块，所述限位块上沿竖向方向开设有限位槽，所述导向柱卡接在所述限位槽内并能够在所述限位槽内滑动，且所述底座绕所述底板沿不同方向进行轴向移动时，所述限位块能够分别与所述第一限位柱和所述第二限位柱相抵。

这样，通过设置左右限位结构，使得底座和底板之间在一定范围内运动而不超过极限位置，当底座与底板之间相对运动时，卡接在限位槽内的导向柱将沿限位槽滑动并进一步带动第一限位圆盘和第二限位圆盘绕底座转动，同时由于第一限位柱和第二限位柱是设置在导向柱的两侧，度当底座与底板之间的沿不同方向的相对运动达到设计的极限位置时，限位块将分别与对应位置的第一限位柱或第二限位柱相抵，由于利用第一限位柱和第二限位柱限制了限位块的进一步转动，由此就实现了防止底座与底板之间进一步相对转动的目的。

优选的，在所述限位圆盘轴向两侧的所述底座上还对称设有第一安装座，所述第一安装座上连接有阻尼弹簧，所述阻尼弹簧远离其连接所述第一安装座的一端连接在对应侧的所述第一限位柱或所述第二限位柱上，以使得所述限位圆盘转动时，所述阻尼弹簧能够在所述第一限位柱或所述第二限位柱的作用下被拉长。

这样，为了避免人在坐下时受力不均，使得圆弧形导轨带动底板左右晃动而过于灵敏的情况发生，通过设置阻尼弹簧，当底座与底板之间产生相对运动时，底板将通过限位块带动限位圆盘共同绕底座转动，当限位圆盘绕底座转动时，由于阻尼弹簧的一端是固定连接在第一安装座上的，故此时阻尼弹簧将被拉长，而拉长后的阻尼弹簧将对底板产生一个回复力，使得底板具有复位的趋势，从而在该回复力的作用下，底板具有保持在平衡位置的趋势，由此就增大了底板和底座之间相对运动的阻尼，减少了底板和底座之间不必要的左右摇摆。

优选的，在所述圆弧形导轨中部位置的内侧面处还滑动连接有第二定滑轮，所述第二定滑轮固定连接在滑轮安装座上，且所述滑轮安装座通过第二安装座固定连接在所述底座上，以使得所述第二定滑轮对所述圆弧形导轨的向上运动进行限位。

这样，通过在圆弧形导轨中部位置的内侧面设置第二定滑轮，并将第二定滑轮通过滑轮安装座和第二安装座固定连接在底座上，这样使得第二定滑轮从上侧给予圆弧形导轨一个作用力，以此对圆弧形导轨和底板的向上运动进行限位，由此来保证底板在使用过程中始终不脱离底座，保证使用过程中的安全性。

优选的，所述前后自平衡机构还包括阻尼结构，所述阻尼结构包括通过固定连接在所述第一侧杆上的第二轴向转动件进行转动连接的长杆和短杆，以使得所述长杆和所述短杆之间能够相对进行前后方向的摆动，且所述长杆位于所述短杆的上方，所述长杆远离其连接所述短杆的一端通过第三轴向转动件与所述第二侧杆转动连接，以使得所述长杆和所述第二侧杆之间能够相对进行前后方向的摆动，且所述长杆和所述第一侧杆分别布置在所述第二侧杆的轴向两侧，所述短杆远离其连接所述长杆的一端开设有第一安装孔，所述第一安装孔内套设有弹簧盘，且所述弹簧盘通过安装盘固定连接在所述短杆上，所述阻尼结构还包括齿轮齿条机构，所述齿轮齿条机构包括相互啮合的齿轮和齿条，所述齿轮上设有齿轮轴，所述齿轮轴伸入对应位置所述弹簧盘的孔内并与所述弹簧盘固定连接，所述齿条固定连接在对应位置的所述第二侧杆上。

这样，通过设置阻尼结构，可以避免第一侧杆和第二侧杆的转动连接使得轮椅产生过于灵活的前后摆动，当轮椅行驶在上下斜坡时，底盘和安装在底盘第二侧杆上的齿条将跟随地面倾斜状态同步进行倾斜，此时齿条与啮合的齿轮之间将具有相对运动的趋势，齿轮在感受到这种运动的趋势时，齿轮将通过齿轮轴带动与其固定连接的弹簧盘的阻尼增大，由此就将齿条运动的机械能转换为了弹性势能，弹簧盘吸收摆动能量，并进一步达到减震和安全防护的效果；同时将长杆和第一侧杆分别与第二侧杆轴向的内侧和外侧进行转动连接，三者组合能有效承重不易变形并实现以转动连接点为轴心的秋千式摆动。

实际使用过程中，由于地面的倾斜角度不是突然变化，而是逐渐增大或减小，因此每倾斜一个小角度底板都会自动调整位置，使人体保持水平，同时由于弹簧盘的阻尼作用，使得整个自平衡过程平稳缓慢，不会出现为达到平衡状态而频繁晃动的现象。

优选的，所述第二侧杆包括竖向部，在竖向部沿纵向方向的两侧对称设有三角支撑部，在每个所述三角支撑部的下端连接有梯形支撑部，所述短杆布置在两个所述梯形支撑部之间，且所述梯形支撑部靠近所述短杆的侧边形成限位杆，所述限位杆呈从上到下逐渐向外倾斜的结构，所述齿条的两端固定在对应侧的所述限位杆上，以对所述齿轮沿所述齿条移动的位置进行限定。

这样，第二侧杆中的三角支撑部和梯形支撑部的结构设计，使得第二侧杆整体具有很好的稳定作用，能够增加承载能力，不易发生弯曲变形，同时将齿条的两端固定在对应侧的限位杆上，并将限位杆设计为从上到下逐渐向外倾斜的结构，使得齿轮在与齿条进行相对运动到限位杆的位置时，限位杆能限制齿轮与齿条进一步的相对运动，保证了轮椅始终在限定的前后平衡范围内运动。

优选的，所述行走机构包括驱动轮和位于所述驱动轮前侧的从动轮，驱动轮通过第二电机进行驱动，所述从动轮的直径小于所述驱动轮的直径，重力自平衡轮椅还包括辅助跨越台阶机构，所述辅助跨越台阶机构包括自动伸缩杆和滑动杆，所述自动伸缩杆的固定端通过第三安装座固定连接在所述底盘上，且所述自动伸缩杆的伸缩端向前且倾斜向下设置在所述驱动轮和所述从动轮之间，所述滑动杆的前端通过第四轴向转动件转动连接在第四安装座上，且所述第四安装座固定连接在所述底盘上，以使得所述滑动杆能够绕所述底盘前后摆动，所述滑动杆的后端倾斜向下设置在所述驱动轮和所述从动轮之间，在所述滑动杆上沿其长度方向还开设有滑动槽，所述自动伸缩杆的伸缩端滑动连接在所述滑动槽内，以使得所述自动伸缩杆的伸缩端长度发生变化时，所述自动伸缩杆的伸缩端能够在所述滑动槽内滑动并推动所述滑动杆绕所述第四安装座转动，在所述滑动杆远离其连接所述第四安装座的一端设有辅助轮，所述自动伸缩杆的伸缩端伸长时能够推动所述滑动杆绕所述第四安装座向前转动，并使得所述辅助轮放置到地面且进一步克服地面摩擦进行滚动，且所述辅助轮沿地面滚动时能够进一步带动所述从动轮离开地面，所述自动伸缩杆的伸缩端缩短时能够拉动所述滑动杆绕所述第四安装座向后转动，并使得所述辅助轮离开地面，所述从动轮放置到地面；所述自动伸缩杆为电动伸缩杆或气动伸缩杆。

这样，当轮椅需要跨越台阶时，使得自动伸缩杆的伸缩端伸长，此时自动伸缩杆的伸缩端将在滑动杆的滑动槽内滑动并给予滑动杆一个向前的作用力，在该作用力的作用下，滑动杆将绕第四安装座向前转动，滑动杆向前转动的同时，安装在滑动杆上的辅助轮向靠近地面的方向转动，自动伸缩杆的伸缩端持续伸长，则滑动杆将持续带动辅助轮靠近地面，当辅助轮接触到地面后，辅助轮将进一步克服地面的摩擦而进行滚动，由于辅助轮的支撑作用，轮椅前侧的从动轮将缓慢抬起，当从动轮抬起的高度高于待跨越的台阶时，驱动轮推动轮椅向前运动并越过台阶；当跨越台阶的动作完成后，此时使得自动伸缩杆的伸缩端收缩，自动伸缩杆的伸缩端在滑动槽内反向移动并带动滑动杆绕第四安装座相后转动，第四安装相后转动进一步带动辅助轮向脱离地面的方向移动，此时从动轮也将缓慢向下移动并靠近地面，当从动轮接触到地面后，辅助轮也将运动到离开地面的位置，此时轮椅在从动轮和驱动轮的作用下正常行驶，辅助轮收起后不会对轮椅的正常行驶产生影响。

因此，本方案通过设计可以收放的辅助轮，跨越台阶时利用辅助轮的支撑使得从动轮的轮心抬高。同时本方案利用自动伸缩杆的伸缩端长度变化产生的推力驱动滑动杆和辅助轮做圆周运动自动伸缩杆的伸缩特性能解决辅助跨越台阶机构的收放问题；需要跨越台阶时，自动伸缩杆的伸缩端伸长，推动辅助轮从底盘支出，当辅助轮碰到地面时，围绕铰点做圆周运动的同时克服地面摩擦做滚动，由于辅助轮的支撑，轮椅的从动轮会缓慢抬升，当从动轮的轮心高于待跨越台阶时，整个轮椅便能在电力驱动下越过台阶。本方案的收放自如的辅助跨越台阶机构，在使用时能够支撑从动轮抬起，改变从动轮轮心的位置，在动力驱动下实现跨越单级台阶的目的。在没有他人帮助的情况下，使用者也能独立操作，通行更加轻松自如；同时收放自如的结构能够在需要的时候进行使用，节省空间，便利实用。对独自出行的、照护人员照顾不方便的轮椅使用者非常友好。

优选的，所述从动轮转动连接在从动支架上，在所述底盘上与所述从动支架对应位置的上方还设有第五安装座，所述第五安装座上竖向开设有第五安装孔，在所述第五安装孔处连接有安装螺钉，所述安装螺钉的尾部从下往上穿过所述第五安装孔，且在所述安装螺钉的尾部伸出所述第五安装孔的位置连接有安装螺母，所述从动支架滑动连接在所述安装螺钉的头部与所述第五安装座之间的安装螺钉上，且在所述安装螺钉上还套设有减震弹簧，所述减震弹簧的两端分别与所述第五安装座的底部和所述从动支架相抵。

这样，将从动轮转动连接在从动支架上，再将从动支架滑动连接在安装螺钉的头部与第五安装座之间的安装螺钉上，并设置减震弹簧，使得减震弹簧的两端分别与第五安装座的底部和从动支架相抵，这样设计使得在跨越台阶时，从动轮在辅助轮的支撑作用下被抬起，利用减震弹簧可以有效减轻从动轮抬起时的震动，使得跨越台阶的过程满足舒适、平稳的需求；同时该减震弹簧在轮椅行驶在凹凸不同路面上时也能起到较好的减震作用，由于大大提高了使用者乘坐的舒适感。

优选的，重力自平衡轮椅还包括沿所述底板轴向两侧对称设置的辅助起身机构，所述辅助起身机构包括滚珠丝杠结构和剪叉结构，所述滚珠丝杠结构包括螺母、丝杠和第一电机，所述第一电机固定在所述底座上，所述丝杠与所述第一电机的转轴固定连接，以使得所述第一电机转动时能够带动所述丝杠转动，所述螺母套设在所述丝杠上形成滚珠丝杠副，以使得所述丝杠转动时所述螺母能够沿所述丝杠移动，所述剪叉结构包括第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆和升降杆，所述第一连杆的后端通过螺母座与所述螺母固定连接，所述第一连杆的前端与所述第四连杆的前端铰接，所述第一连杆和所述第二连杆铰接且该铰接点靠近所述第一连杆和所述第二连杆的前端，所述第二连杆的前端通过第六安装座固定连接在所述底盘上，所述第二连杆的后端与所述第三连杆的后端铰接，所述第三连杆还与所述第四连杆铰接且该铰接点靠近所述第三连杆和所述第四连杆的前端，所述第三连杆的前端还与所述升降杆的前端铰接，在所述升降杆上沿其长度方向开设有第一导向槽，所述第四连杆的后端滑动连接在所述第一导向槽处；在两侧的所述升降杆之间还连接有支撑杆。

这样，由于轮椅的使用者多是老年人或是行动不便之人，因此对于这类人群来说，自主的从轮椅上起身也是件较为困难的事情，因此本方案设置了辅助起身机构，当轮椅的使用者需要起身时，第一电机正向带动丝杠转动，此时丝杠上的螺母将沿丝杠向前移动，螺母移动的同时将还将带动第一连杆的后端向前移动，在第一连杆的作用下，剪叉结构中第二连杆的后端、第四连杆、第三连杆和升降杆将同步向上移动，同时第四连杆的后端还将在第一导向槽内滑动，剪叉结构在上升的过程中将对人体臀部产生向上的推力，在该推力的作用下，使得人体的臀部由水平状态最终变为竖直状态，实现辅助起身的功能；当辅助人体起身完成后，第一电机反向带动丝杠转动，此时丝杠上的螺母将沿丝杠向后移动，并最终带动剪叉结构下降到初始位置，等待下一次辅助起身功能的使用。

同时本方案中的剪叉结构中第一连杆和第二连杆的铰接点、第三连杆和第四连杆的铰接点均没有设置在对应连杆的中点位置，故该剪叉结构开合时的运动轨迹呈圆弧状，并使得该运动轨迹与人体起身时的运动轨迹相吻合，实现符合人体工学的辅助起身运动，两根升降杆中间添加支撑杆，用以支撑升降杆不变形。本方案的第一电机带动丝杠作转动，剪叉结构在升起过程中能支撑人体重心升高，调整到一定高度后，开始抬升斜推臀部使得臀部由水平变为竖直，实现起身功能。

本方案通过分析老年人起身时的运动轨迹，设计出弧形轨迹的剪叉结构和滚珠丝杠结构相结合的辅助起身机构，能够达到推动底板辅助起身的目的。针对下肢力量衰弱、久坐难起的老年人，辅助起身能够减少他们起身时的困难，如果在起身过程中，过度使用上肢力量来辅助起身，会对身体产生一定的伤害。

优选的，在所述底盘上还沿纵向方向开设有第二导向槽，所述第一连杆与所述螺母座连接的一端滑动连接在所述第二导向槽处，且所述第一连杆在所述剪叉结构上升和下降的终点位置能够分别与所述第二导向槽的长度方向的两个侧壁相抵，所述第四连杆在所述剪叉结构上升和下降的终点位置能够分别与所述第一导向槽长度方向的两个侧壁相抵。

这样，通过设置第二导向槽，能对第一连杆后端的运动轨迹提供导向，同时第一导向槽和第四连杆的配合、第二导向槽和第一连杆的配合，能够实现对剪叉结构上升和下降位置的限定。

附图说明

图1为本发明重力自平衡轮椅的结构示意图；

图2为本发明重力自平衡轮椅中左右自平衡机构连接处的结构示意图；

图3为本发明重力自平衡轮椅中前后自平衡机构连接处的结构示意图；

图4为本发明重力自平衡轮椅中左右自平衡机构的作用原理示意图；

图5为本发明重力自平衡轮椅中前后自平衡机构的作用原理示意图；

图6为本发明重力自平衡轮椅中左右自平衡机构连接处的爆炸示意图；

图7为图6中去除底板后的另一视角的结构示意图；

图8为本发明重力自平衡轮椅中前后自平衡机构连接处的爆炸示意图；

图9为本发明重力自平衡轮椅中前后自平衡机构阻尼结构的作用原理示意图；

图10为本发明重力自平衡轮椅中辅助跨越台阶机构连接处的结构示意图；

图11为为本发明重力自平衡轮椅中辅助跨越台阶机构中的辅助轮作用时的运动轨迹示意图；

图12为为本发明重力自平衡轮椅中辅助跨越台阶机构连接处的另一方向的结构示意图；

图13为图12中A处的放大示意图；

图14为本发明重力自平衡轮椅中辅助起身机构连接处的结构示意图；

图15为图14的爆炸示意图；

图16为本发明重力自平衡轮椅中辅助起身机构中剪叉结构作用时的运动轨迹示意图。

附图标记说明：椅背1、底板2、底座3、底盘4、左右自平衡机构5、第一定滑轮501、圆弧形导轨502、第二定滑轮503、限位圆盘504、第一限位圆盘5041、第二限位圆盘5042、限位块505、限位槽5051、导向柱506、第一限位柱507、第二限位柱508、阻尼弹簧509、第一安装座510、前后自平衡机构6、第一轴向转动件601、第一侧杆602、第二侧杆603、竖向部6031、三角支撑部6032、梯形支撑部6033、限位杆6034、长杆604、第二轴向转动件605、短杆606、弹簧盘607、齿轮608、齿条609、辅助跨越台阶机构7、自动伸缩杆701、辅助轮702、滑动杆703、滑动槽704、第四安装座705、辅助起身机构8、第一电机801、螺母802、螺母座803、丝杠804、第一连杆805、第二连杆806、第三连杆807、第四连杆808、升降杆809、第二导向槽810、第一导向槽811、支撑杆812、驱动轮9、从动轮10、脚部连杆11、脚部支撑板12、从动支架13、减震弹簧14、安装螺母15、第五安装座16、安装螺钉17。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

如附图1所示，一种重力自平衡轮椅，包括在竖向方向从上到下依次设置的底板2、底座3和底盘4，底盘4上设有行走机构，重力自平衡轮椅还包括左右自平衡机构5和前后自平衡机构6；其中底板2上套设有用于坐立的座椅，底座3的后端安装有椅背1。

如附图2所示，左右自平衡机构5包括设置在底板2的下侧且向下弯曲的圆弧形导轨502，圆弧形导轨502沿底板2的轴向设置，且在圆弧形导轨502的轴向两侧还滑动连接有第一定滑轮501，第一定滑轮501固定连接在底座3，以使得第一定滑轮501沿圆弧形导轨502轴向滑动时能够带动底座3绕底板2轴向移动；

如附图3所示，前后自平衡机构6包括设置在底座3轴向两端且竖向上设置的第一侧杆602，在底盘4上与第一侧杆602对应的位置设置有竖向上的第二侧杆603，第一侧杆602的上端和第二侧杆603的上端通过第一轴向转动件601转动连接，以使得第二侧杆603能够绕第一侧杆602前后摆动。

在本方案中，以人体坐在轮椅上时的方向作为参考方向，即本方案中的前、后、左、右、上、下分别对应为人体坐在轮椅上时的前、后、左、右、上、下，同时本方案中的轴向为左右方向，竖向为上下方向，纵向为前后方向。

本发明的工作原理是：本方案的重力自平衡轮椅使用时，使用者坐在底板2的座椅上，并通过位于底盘4上的行走结构带动轮椅在地面行驶。

当本方案的重力自平衡轮椅行驶在左右倾斜的路面上时，由于底座3和底盘4之间是分离设计的，同时底盘4上的第一定滑轮501和底板2上的圆弧形导轨502是处于滑动连接状态的，故当在左右倾斜的路面上行驶时，在使用者重力的作用下，第一定滑轮501将相对圆弧形导轨502滑动，进而使得底座3相对底板2滑动，由此就利用底座3相对底板2的滑动来适应地面的左右倾斜变化，而底板2则相对地面始终能够保持平稳状态，从而使得坐在底板2上的使用者也始终保持一个平稳的状态，不会随着地面左右倾斜的变化而倾斜，由此就实现了在人体重力调整下轮椅的左右倾斜的自平衡调节。具体的原理示意图如附图4所示。

当本方案的重力自平衡轮椅行驶在前后倾斜的路面上时，由于底座3上的第一侧杆602和底盘4上的第二侧杆603是通过第一轴向转动件601转动连接的，故底座3可沿第一侧杆602和第二侧杆603的转动连接点在底盘4上方做荡秋千式的前后摆动，同时由于底座3和底板2之间只能进行左右方向的移动，在前后方向上底座3和底板2之间是共同运动的，而使用者的重力是始终竖直向下的，故底板2和底座3在重力作用下将不会跟随路面前后倾斜状态的变化而变化，而地面前后倾斜状态的变化将通过底盘4与底座3之间的前后摆动来进行适应，由此就实现了在人体重力调整下轮椅的前后倾斜的自平衡调节。具体的原理如附图5所示。

本发明的有益效果在于：

1、本方案通过圆弧形导轨502和第一定滑轮501的结构设计，实现在人体自重调整下轮椅左右倾斜的自平衡调节，同时通过第一侧杆602和第二侧杆603转动连接的结构设计，实现在人体自重调整下轮椅前后倾斜的自平衡调节。本方案的重力自平衡轮椅具有较好的自适应性、稳定性、可调节性和感应环境变化的能力，能有效保持不同路况下的轮椅的平衡稳定，提高使用者的舒适感、安全感。

2、本方案与电控平衡轮椅对比，本方案采用纯机械结构来实现轮椅的自平衡调节，具有使用成本更低，结构简单，使用性能稳定可靠，加工装卸便利，节能等优势。

如附图6和附图7所示，在本实施例中，左右自平衡机构5还包括左右限位结构，左右限位结构包括限位圆盘504，限位圆盘504包括转动连接在底座3上且沿纵向方向布置的第一限位圆盘5041和第二限位圆盘5042，第一限位圆盘5041和第二限位圆盘5042之间设有第一限位柱507、第二限位柱508和导向柱506，第一限位柱507和第二限位柱508对称设置在导向柱506的两侧，底板2下侧竖向下设有伸入到第一限位圆盘5041和第二限位圆盘5042之间的限位块505，限位块505上沿竖向方向开设有限位槽5051，导向柱506卡接在限位槽5051内并能够在限位槽5051内滑动，且底座3绕底板2沿不同方向进行轴向移动时，限位块505能够分别与第一限位柱507和第二限位柱508相抵。

这样，通过设置左右限位结构，使得底座3和底板2之间在一定范围内运动而不超过极限位置，当底座3与底板2之间相对运动时，卡接在限位槽5051内的导向柱506将沿限位槽5051滑动并进一步带动第一限位圆盘5041和第二限位圆盘5042绕底座3转动，同时由于第一限位柱507和第二限位柱508是设置在导向柱506的两侧，度当底座3与底板2之间的沿不同方向的相对运动达到设计的极限位置时，限位块505将分别与对应位置的第一限位柱507或第二限位柱508相抵，由于利用第一限位柱507和第二限位柱508限制了限位块505的进一步转动，由此就实现了防止底座3与底板2之间进一步相对转动的目的。

在本实施例中，在限位圆盘504轴向两侧的底座3上还对称设有第一安装座510，第一安装座510上连接有阻尼弹簧509，阻尼弹簧509远离其连接第一安装座510的一端连接在对应侧的第一限位柱507或第二限位柱508上，以使得限位圆盘504转动时，阻尼弹簧509能够在第一限位柱507或第二限位柱508的作用下被拉长。

这样，为了避免人在坐下时受力不均，使得圆弧形导轨502带动底板左右晃动而过于灵敏的情况发生，通过设置阻尼弹簧509，当底座3与底板2之间产生相对运动时，底板2将通过限位块505带动限位圆盘504共同绕底座3转动，当限位圆盘504绕底座3转动时，由于阻尼弹簧509的一端是固定连接在第一安装座510上的，故此时阻尼弹簧509将被拉长，而拉长后的阻尼弹簧509将对底板2产生一个回复力，使得底板2具有复位的趋势，从而在该回复力的作用下，底板2具有保持在平衡位置的趋势，由此就增大了底板2和底座3之间相对运动的阻尼，减少了底板2和底座3之间不必要的左右摇摆。

在本实施例中，在圆弧形导轨502中部位置的内侧面处还滑动连接有第二定滑轮503，第二定滑轮503固定连接在滑轮安装座上，且滑轮安装座通过第二安装座固定连接在底座3上，以使得第二定滑轮503对圆弧形导轨502的向上运动进行限位。

这样，通过在圆弧形导轨502中部位置的内侧面设置第二定滑轮503，并将第二定滑轮503通过滑轮安装座和第二安装座固定连接在底座3上，这样使得第二定滑轮503从上侧给予圆弧形导轨502一个作用力，以此对圆弧形导轨502和底板2的向上运动进行限位，由此来保证底板2在使用过程中始终不脱离底座3，保证使用过程中的安全性。

如附图8所示，在本实施例中，前后自平衡机构6还包括阻尼结构，阻尼结构包括通过固定连接在第一侧杆602上的第二轴向转动件605进行转动连接的长杆604和短杆606，以使得长杆604和短杆606之间能够相对进行前后方向的摆动，且长杆604位于短杆606的上方，长杆604远离其连接短杆606的一端通过第三轴向转动件与第二侧杆603转动连接，以使得长杆604和第二侧杆603之间能够相对进行前后方向的摆动，且长杆604和第一侧杆602分别布置在第二侧杆603的轴向两侧，短杆606远离其连接长杆604的一端开设有第一安装孔，第一安装孔内套设有弹簧盘607，且弹簧盘607通过安装盘固定连接在短杆606上，阻尼结构还包括齿轮齿条机构，齿轮齿条机构包括相互啮合的齿轮608和齿条609，齿轮608上设有齿轮轴，齿轮轴伸入对应位置弹簧盘607的孔内并与弹簧盘607固定连接，齿条609固定连接在对应位置的第二侧杆603上。

这样，通过设置阻尼结构，可以避免第一侧杆602和第二侧杆603的转动连接使得轮椅产生过于灵活的前后摆动，当轮椅行驶在上下斜坡时，底盘4和安装在底盘4第二侧杆603上的齿条609将跟随地面倾斜状态同步进行倾斜，此时齿条609与啮合的齿轮608之间将具有相对运动的趋势，齿轮608在感受到这种运动的趋势时，齿轮608将通过齿轮轴带动与其固定连接的弹簧盘607的阻尼增大，由此就将齿条609运动的机械能转换为了弹性势能，弹簧盘607吸收摆动能量，并进一步达到减震和安全防护的效果；同时将长杆604和第一侧杆602分别与第二侧杆603轴向的内侧和外侧进行转动连接，三者组合能有效承重不易变形并实现以转动连接点为轴心的秋千式摆动。阻尼结构的作用原理如附图9所示。

实际使用过程中，由于地面的倾斜角度不是突然变化，而是逐渐增大或减小，因此每倾斜一个小角度底板都会自动调整位置，使人体保持水平，同时由于弹簧盘607的阻尼作用，使得整个自平衡过程平稳缓慢，不会出现为达到平衡状态而频繁晃动的现象。

在本实施例中，第二侧杆603包括竖向部6031，在竖向部6031沿纵向方向的两侧对称设有三角支撑部6032，在每个三角支撑部6032的下端连接有梯形支撑部6033，短杆606布置在两个梯形支撑部6033之间，且梯形支撑部6033靠近短杆606的侧边形成限位杆6034，限位杆6034呈从上到下逐渐向外倾斜的结构，齿条609的两端固定在对应侧的限位杆6034上，以对齿轮608沿齿条609移动的位置进行限定。

这样，第二侧杆603中的三角支撑部6032和梯形支撑部6033的结构设计，使得第二侧杆603整体具有很好的稳定作用，能够增加承载能力，不易发生弯曲变形，同时将齿条609的两端固定在对应侧的限位杆6034上，并将限位杆6034设计为从上到下逐渐向外倾斜的结构，使得齿轮608在与齿条609进行相对运动到限位杆6034的位置时，限位杆6034能限制齿轮608与齿条609进一步的相对运动，保证了轮椅始终在限定的前后平衡范围内运动。

如附图10所示，在本实施例中，行走机构包括驱动轮9和位于驱动轮9前侧的从动轮10，从动轮10的直径小于驱动轮9的直径，重力自平衡轮椅还包括辅助跨越台阶机构7，辅助跨越台阶机构7包括自动伸缩杆701和滑动杆703，自动伸缩杆701的固定端通过第三安装座固定连接在底盘4上，且自动伸缩杆701的伸缩端向前且倾斜向下设置在驱动轮9和从动轮10之间，滑动杆703的前端通过第四轴向转动件转动连接在第四安装座705上，且第四安装座705固定连接在底盘4上，以使得滑动杆703能够绕底盘4前后摆动，滑动杆703的后端倾斜向下设置在驱动轮9和从动轮10之间，在滑动杆703上沿其长度方向还开设有滑动槽704，自动伸缩杆701的伸缩端滑动连接在滑动槽704内，以使得自动伸缩杆701的伸缩端长度发生变化时，自动伸缩杆701的伸缩端能够在滑动槽704内滑动并推动滑动杆703绕第四安装座705转动，在滑动杆703远离其连接第四安装座705的一端设有辅助轮702，自动伸缩杆701的伸缩端伸长时能够推动滑动杆703绕第四安装座705向前转动，并使得辅助轮702放置到地面且进一步克服地面摩擦进行滚动，且辅助轮702沿地面滚动时能够进一步带动从动轮10离开地面，自动伸缩杆701的伸缩端缩短时能够拉动滑动杆703绕第四安装座705向后转动，并使得辅助轮702离开地面，从动轮10放置到地面；自动伸缩杆701为电动伸缩杆或气动伸缩杆。

这样，当轮椅需要跨越台阶时，使得自动伸缩杆701的伸缩端伸长，此时自动伸缩杆701的伸缩端将在滑动杆703的滑动槽704内滑动并给予滑动杆703一个向前的作用力，在该作用力的作用下，滑动杆703将绕第四安装座705向前转动，滑动杆703向前转动的同时，安装在滑动杆703上的辅助轮702向靠近地面的方向转动，自动伸缩杆701的伸缩端持续伸长，则滑动杆703将持续带动辅助轮702靠近地面，当辅助轮702接触到地面后，辅助轮702将进一步克服地面的摩擦而进行滚动，由于辅助轮702的支撑作用，轮椅前侧的从动轮10将缓慢抬起，当从动轮10抬起的高度高于待跨越的台阶时，驱动轮9推动轮椅向前运动并越过台阶；当跨越台阶的动作完成后，此时使得自动伸缩杆701的伸缩端收缩，自动伸缩杆701的伸缩端在滑动槽704内反向移动并带动滑动杆703绕第四安装座705相后转动，第四安装相后转动进一步带动辅助轮702向脱离地面的方向移动，此时从动轮10也将缓慢向下移动并靠近地面，当从动轮10接触到地面后，辅助轮702也将运动到离开地面的位置，此时轮椅在从动轮10和驱动轮9的作用下正常行驶，辅助轮702收起后不会对轮椅的正常行驶产生影响。

因此，本方案通过设计可以收放的辅助轮702，跨越台阶时利用辅助轮702的支撑使得从动轮10的轮心抬高。同时本方案利用自动伸缩杆701的伸缩端长度变化产生的推力驱动滑动杆703和辅助轮702做圆周运动自动伸缩杆701的伸缩特性能解决辅助跨越台阶机构7的收放问题；需要跨越台阶时，自动伸缩杆701的伸缩端伸长，推动辅助轮702从底盘4支出，当辅助轮702碰到地面时，围绕铰点做圆周运动的同时克服地面摩擦做滚动，由于辅助轮702的支撑，轮椅的从动轮10会缓慢抬升，当从动轮10的轮心高于待跨越台阶时，整个轮椅便能在电力驱动下越过台阶。本方案的收放自如的辅助跨越台阶机构7，在使用时能够支撑从动轮10抬起，改变从动轮10轮心的位置，在动力驱动下实现跨越单级台阶的目的。在没有他人帮助的情况下，使用者也能独立操作，通行更加轻松自如；同时收放自如的结构能够在需要的时候进行使用，节省空间，便利实用。对独自出行的、照护人员照顾不方便的轮椅使用者非常友好。具体使用是辅助轮的运动轨迹示意图如附图11所示。

如附图12和附图13所示，在本实施例中，从动轮10转动连接在从动支架13上，在底盘4上与从动支架13对应位置的上方还设有第五安装座16，第五安装座16上竖向开设有第五安装孔，在第五安装孔处连接有安装螺钉17，安装螺钉17的尾部从下往上穿过第五安装孔，且在安装螺钉17的尾部伸出第五安装孔的位置连接有安装螺母15，从动支架13滑动连接在安装螺钉17的头部与第五安装座16之间的安装螺钉17上，且在安装螺钉17上还套设有减震弹簧14，减震弹簧14的两端分别与第五安装座16的底部和从动支架13相抵。

这样，将从动轮10转动连接在从动支架13上，再将从动支架13滑动连接在安装螺钉17的头部与第五安装座16之间的安装螺钉17上，并设置减震弹簧14，使得减震弹簧14的两端分别与第五安装座16的底部和从动支架13相抵，这样设计使得在跨越台阶时，从动轮10在辅助轮702的支撑作用下被抬起，利用减震弹簧14可以有效减轻从动轮10抬起时的震动，使得跨越台阶的过程满足舒适、平稳的需求；同时该减震弹簧14在轮椅行驶在凹凸不同路面上时也能起到较好的减震作用，由于大大提高了使用者乘坐的舒适感。

如附图14和附图15所示，在本实施例中，重力自平衡轮椅还包括沿底板轴向两侧对称设置的辅助起身机构8，辅助起身机构8包括滚珠丝杠结构和剪叉结构，滚珠丝杠804结构包括螺母802、丝杠804和第一电机801，第一电机801固定在底座3上，丝杠804与第一电机801的转轴固定连接，以使得第一电机801转动时能够带动丝杠804转动，螺母802套设在丝杠804上形成滚珠丝杠副，以使得丝杠804转动时螺母802能够沿丝杠804移动，剪叉结构包括第一连杆805、第二连杆806、第三连杆807、第四连杆808和升降杆809，第一连杆805的后端通过螺母座803与螺母802固定连接，第一连杆805的前端与第四连杆808的前端铰接，第一连杆805和第二连杆806铰接且该铰接点靠近第一连杆805和第二连杆806的前端，第二连杆806的前端通过第六安装座固定连接在底盘4上，第二连杆806的后端与第三连杆807的后端铰接，第三连杆807还与第四连杆808铰接且该铰接点靠近第三连杆807和第四连杆808的前端，第三连杆807的前端还与升降杆809的前端铰接，在升降杆809上沿其长度方向开设有第一导向槽811，第四连杆808的后端滑动连接在第一导向槽811处；在两侧的升降杆809之间还连接有支撑杆812。

这样，由于轮椅的使用者多是老年人或是行动不便之人，因此对于这类人群来说，自主的从轮椅上起身也是件较为困难的事情，因此本方案设置了辅助起身机构8，当轮椅的使用者需要起身时，第一电机801正向带动丝杠804转动，此时丝杠804上的螺母802将沿丝杠804向前移动，螺母802移动的同时将还将带动第一连杆805的后端向前移动，在第一连杆805的作用下，剪叉结构中第二连杆806的后端、第四连杆808、第三连杆807和升降杆809将同步向上移动，同时第四连杆808的后端还将在第一导向槽811内滑动，剪叉结构在上升的过程中将对人体臀部产生向上的推力，在该推力的作用下，使得人体的臀部由水平状态最终变为竖直状态，实现辅助起身的功能；当辅助人体起身完成后，第一电机801反向带动丝杠804转动，此时丝杠804上的螺母802将沿丝杠804向后移动，并最终带动剪叉结构下降到初始位置，等待下一次辅助起身功能的使用。

同时本方案中的剪叉结构中第一连杆805和第二连杆806的铰接点、第三连杆807和第四连杆808的铰接点均没有设置在对应连杆的中点位置，故该剪叉结构开合时的运动轨迹呈圆弧状，并使得该运动轨迹与人体起身时的运动轨迹相吻合，实现符合人体工学的辅助起身运动，两根升降杆809中间添加支撑杆812，用以支撑升降杆809不变形。本方案的第一电机801带动丝杠804作转动，剪叉结构在升起过程中能支撑人体重心升高，调整到一定高度后，开始抬升斜推臀部使得臀部由水平变为竖直，实现起身功能。具体使用时剪叉结构的运动轨迹示意图如附图16所示。

本方案通过分析老年人起身时的运动轨迹，设计出弧形轨迹的剪叉结构和滚珠丝杠804结构相结合的辅助起身机构8，能够达到推动底板辅助起身的目的。针对下肢力量衰弱、久坐难起的老年人，辅助起身能够减少他们起身时的困难，如果在起身过程中，过度使用上肢力量来辅助起身，会对身体产生一定的伤害。

在本实施例中，在底盘4上还沿纵向方向开设有第二导向槽810，第一连杆805与螺母802座连接的一端滑动连接在第二导向槽810处，且第一连杆805在剪叉结构上升和下降的终点位置能够分别与第二导向槽810的长度方向的两个侧壁相抵，第四连杆808在剪叉结构上升和下降的终点位置能够分别与第一导向槽811长度方向的两个侧壁相抵。

这样，通过设置第二导向槽810，能对第一连杆805后端的运动轨迹提供导向，同时第一导向槽811和第四连杆808的配合、第二导向槽810和第一连杆805的配合，能够实现对剪叉结构上升和下降位置的限定。

在本实施例中，在底座3的前端还设有脚部机构，脚部机构包括脚部连杆11和脚部支撑板12，当人体坐在轮椅上时，人体脚部可以放置在脚部支撑板12上，以用于对人体脚部提供支撑作用，从而提高乘坐轮椅的舒适性。

在本实施例中，在具体使用时，还可以在轮椅上设置扶手，可以将第一电机801的控制按钮，第二电机的控制按钮和自动伸缩杆701的控制按钮设置在扶手上，以方便对轮椅的操作。

下面将对轮椅设计中的结构参数选择进行详细的说明：

为适应中国老年人的身体尺寸，基于人体工学统计数据，在轮椅设计时进行了细致的分析，最后得出合理的设计参数如表1。

表1 轮椅设计参数

在参考无障碍通道设计规范（坡道高度的限定）数据（表2）后，对左右自平衡机构5进行了左右倾斜不超过9°，即左右轮子的轮心高度差不超过11cm的设计；对前后自平衡机构6进行了前后倾斜不超过15°，即前后轮与地面接触的高度差不超过23cm的设计，既满足使用者日常生活需求，又能保证使用过程中的安全。

表2 无障碍通道设计规范-坡道高度的限定

台阶的无障碍设计规定，公共建筑的室内外台阶踏步宽度不宜小于300mm，踏步高度在100mm～150mm之间；但通常，无障碍道路不完善或被占用，使得轮椅使用者只能行走正常的公共通道，其室内外台阶踏步的高度在150mm～300mm之间。

从动轮10的直径为250mm，故只需再抬高轮心25mm便能跨越台阶，出于安全考虑，在设计时将可抬高轮心高度调整为40mm。

为了使剪叉结构上升运动轨迹与人体起身时的运动轨迹相吻合，实现符合人体工学的辅助起身运动，对两级剪叉结构的开合弧度进行具体计算，最后计算得：适合的开合角度为60°。

不锈钢具有良好的抗锈性和耐蚀性，硬度大，承载能力好，是理想的材料。其中，常用的不锈钢有201不锈钢和304不锈钢两种。两者相比，304不锈钢因其镍、铬含量相对较高所以抗锈性和耐蚀性更好，但价格昂贵；201不锈钢的抗锈性和耐蚀性相对较弱，但价格合理。由于轮椅设计中，各结构不需要很高的抗锈性、耐蚀性和耐热性，所以相较之下201不锈钢性价比更高，更符合实际生产。

针对底板2、底座3、剪叉结构这几个部件，由于架构简单、受力均衡、不易变形、且抗锈耐蚀性能要求相对较低，使用201不锈钢更合适，通过运动仿真分析后，还可对部分结构适当做镂空处理，减少重量和材料，同时不影响结构受力。

针对扶手、椅背1等部件，由于承受载荷较少，对抗锈性、耐蚀性要求少，可选用较轻和延展性好的铝材，减轻整体重量。

本方案的左右自平衡机构5和前后自平衡机构6，利用人的自重，配合圆弧形导轨502和第一定滑轮实现左右倾斜的自平衡，配合第一连杆805、第二连杆806和阻尼结构实现前后倾斜的自平衡，保持不同路况下的轮椅的平衡稳定，有效提高使用者的舒适感、安全感，与电控平衡对比，纯机械结构简单可靠，并具有省能、降低成本的优势；

本方案的辅助跨越台阶机构7能够收放自如，在使用时能够支撑从动轮10抬起，改变从动轮10的位置，实现跨越台阶的目的。在没有他人帮助的情况下，使用者也能独立跨越台阶，通行更加轻松自如；

本方案的辅助起身机构8，通过分析老年人坐下和站立时的运动轨迹，设计出了弧形轨迹的剪叉结构和滚珠丝杠804结构相结合的结构，能够达到推动底板辅助起身的目的，减少老年人起身时过度使用上肢力量对身体的伤害。

本方案的阻尼结构，能够阻碍底板2与底盘4的相对运动，将产生的机械能转换为弹簧盘607的弹性势能，有效避免底板2过度倾斜和轮椅失衡的情况，达到减震控制的目的。

综上，本方案的轮椅具有功能多样、操作简单、实用性强，舒适、安全、经济兼得，满足行动不便老年人日常出行和多样化需求，改善他们的生活质量，弥补现有服务的不足，具有很高的社会应用价值。

本方案的重力自平衡轮椅能够实现自平衡，以及辅助跨越台阶和辅助起身，能有效解决行动不便的老年人使用轮椅时遇到的颠簸、障碍等问题，提升舒适性和自主性，改善他们的生活质量。同时，产品结构简单，易于加工装配，有效节约资源，降低成本，弥补了市场上普通轮椅功能单一，高端轮椅价格高昂的缺点，具有广阔的应用前景。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种重力自平衡轮椅，其特征在于，包括在竖向方向从上到下依次设置的底板、底座和底盘，所述底盘上设有行走机构，重力自平衡轮椅还包括左右自平衡机构和前后自平衡机构；

所述左右自平衡机构包括设置在所述底板的下侧且向下弯曲的圆弧形导轨，所述圆弧形导轨沿所述底板的轴向设置，且在所述圆弧形导轨的轴向两侧还滑动连接有第一定滑轮，所述第一定滑轮固定连接在所述底座，以使得所述第一定滑轮沿所述圆弧形导轨轴向滑动时能够带动所述底座绕所述底板轴向移动；

所述前后自平衡机构包括设置在所述底座轴向两端且竖向上设置的第一侧杆，在所述底盘上与所述第一侧杆对应的位置设置有竖向上的第二侧杆，所述第一侧杆的上端和所述第二侧杆的上端通过第一轴向转动件转动连接，以使得所述第二侧杆能够绕所述第一侧杆前后摆动；

所述左右自平衡机构还包括左右限位结构，所述左右限位结构包括限位圆盘，所述限位圆盘包括转动连接在所述底座上且沿纵向方向布置的第一限位圆盘和第二限位圆盘，所述第一限位圆盘和所述第二限位圆盘之间设有第一限位柱、第二限位柱和导向柱，所述第一限位柱和所述第二限位柱对称设置在所述导向柱的两侧，所述底板下侧竖向下设有伸入到所述第一限位圆盘和所述第二限位圆盘之间的限位块，所述限位块上沿竖向方向开设有限位槽，所述导向柱卡接在所述限位槽内并能够在所述限位槽内滑动，且所述底座绕所述底板沿不同方向进行轴向移动时，所述限位块能够分别与所述第一限位柱和所述第二限位柱相抵。

2.根据权利要求1所述的重力自平衡轮椅，其特征在于，在所述限位圆盘轴向两侧的所述底座上还对称设有第一安装座，所述第一安装座上连接有阻尼弹簧，所述阻尼弹簧远离其连接所述第一安装座的一端连接在对应侧的所述第一限位柱或所述第二限位柱上，以使得所述限位圆盘转动时，所述阻尼弹簧能够在所述第一限位柱或所述第二限位柱的作用下被拉长。

3.根据权利要求1所述的重力自平衡轮椅，其特征在于，在所述圆弧形导轨中部位置的内侧面处还滑动连接有第二定滑轮，所述第二定滑轮固定连接在滑轮安装座上，且所述滑轮安装座通过第二安装座固定连接在所述底座上，以使得所述第二定滑轮对所述圆弧形导轨的向上运动进行限位。

4.根据权利要求1所述的重力自平衡轮椅，其特征在于，所述前后自平衡机构还包括阻尼结构，所述阻尼结构包括通过固定连接在所述第一侧杆上的第二轴向转动件进行转动连接的长杆和短杆，以使得所述长杆和所述短杆之间能够相对进行前后方向的摆动，且所述长杆位于所述短杆的上方，所述长杆远离其连接所述短杆的一端通过第三轴向转动件与所述第二侧杆转动连接，以使得所述长杆和所述第二侧杆之间能够相对进行前后方向的摆动，且所述长杆和所述第一侧杆分别布置在所述第二侧杆的轴向两侧，所述短杆远离其连接所述长杆的一端开设有第一安装孔，所述第一安装孔内套设有弹簧盘，且所述弹簧盘通过安装盘固定连接在所述短杆上，所述阻尼结构还包括齿轮齿条机构，所述齿轮齿条机构包括相互啮合的齿轮和齿条，所述齿轮上设有齿轮轴，所述齿轮轴伸入对应位置所述弹簧盘的孔内并与所述弹簧盘固定连接，所述齿条固定连接在对应位置的所述第二侧杆上。

5.根据权利要求4所述的重力自平衡轮椅，其特征在于，所述第二侧杆包括竖向部，在竖向部沿纵向方向的两侧对称设有三角支撑部，在每个所述三角支撑部的下端连接有梯形支撑部，所述短杆布置在两个所述梯形支撑部之间，且所述梯形支撑部靠近所述短杆的侧边形成限位杆，所述限位杆呈从上到下逐渐向外倾斜的结构，所述齿条的两端固定在对应侧的所述限位杆上，以对所述齿轮沿所述齿条移动的位置进行限定。

6.根据权利要求1所述的重力自平衡轮椅，其特征在于，所述行走机构包括驱动轮和位于所述驱动轮前侧的从动轮，所述从动轮的直径小于所述驱动轮的直径，重力自平衡轮椅还包括辅助跨越台阶机构，所述辅助跨越台阶机构包括自动伸缩杆和滑动杆，所述自动伸缩杆的固定端通过第三安装座固定连接在所述底盘上，且所述自动伸缩杆的伸缩端向前且倾斜向下设置在所述驱动轮和所述从动轮之间，所述滑动杆的前端通过第四轴向转动件转动连接在第四安装座上，且所述第四安装座固定连接在所述底盘上，以使得所述滑动杆能够绕所述底盘前后摆动，所述滑动杆的后端倾斜向下设置在所述驱动轮和所述从动轮之间，在所述滑动杆上沿其长度方向还开设有滑动槽，所述自动伸缩杆的伸缩端滑动连接在所述滑动槽内，以使得所述自动伸缩杆的伸缩端长度发生变化时，所述自动伸缩杆的伸缩端能够在所述滑动槽内滑动并推动所述滑动杆绕所述第四安装座转动，在所述滑动杆远离其连接所述第四安装座的一端设有辅助轮，所述自动伸缩杆的伸缩端伸长时能够推动所述滑动杆绕所述第四安装座向前转动，并使得所述辅助轮放置到地面且进一步克服地面摩擦进行滚动，且所述辅助轮沿地面滚动时能够进一步带动所述从动轮离开地面，所述自动伸缩杆的伸缩端缩短时能够拉动所述滑动杆绕所述第四安装座向后转动，并使得所述辅助轮离开地面，所述从动轮放置到地面；所述自动伸缩杆为电动伸缩杆或气动伸缩杆。

7.根据权利要求6所述的重力自平衡轮椅，其特征在于，所述从动轮转动连接在从动支架上，在所述底盘上与所述从动支架对应位置的上方还设有第五安装座，所述第五安装座上竖向开设有第五安装孔，在所述第五安装孔处连接有安装螺钉，所述安装螺钉的尾部从下往上穿过所述第五安装孔，且在所述安装螺钉的尾部伸出所述第五安装孔的位置连接有安装螺母，所述从动支架滑动连接在所述安装螺钉的头部与所述第五安装座之间的安装螺钉上，且在所述安装螺钉上还套设有减震弹簧，所述减震弹簧的两端分别与所述第五安装座的底部和所述从动支架相抵。

8.根据权利要求1所述的重力自平衡轮椅，其特征在于，重力自平衡轮椅还包括沿所述底板轴向两侧对称设置的辅助起身机构，所述辅助起身机构包括滚珠丝杠结构和剪叉结构，所述滚珠丝杠结构包括螺母、丝杠和第一电机，所述第一电机固定在所述底座上，所述丝杠与所述第一电机的转轴固定连接，以使得所述第一电机转动时能够带动所述丝杠转动，所述螺母套设在所述丝杠上形成滚珠丝杠副，以使得所述丝杠转动时所述螺母能够沿所述丝杠移动，所述剪叉结构包括第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆和升降杆，所述第一连杆的后端通过螺母座与所述螺母固定连接，所述第一连杆的前端与所述第四连杆的前端铰接，所述第一连杆和所述第二连杆铰接且该铰接点靠近所述第一连杆和所述第二连杆的前端，所述第二连杆的前端通过第六安装座固定连接在所述底盘上，所述第二连杆的后端与所述第三连杆的后端铰接，所述第三连杆还与所述第四连杆铰接且该铰接点靠近所述第三连杆和所述第四连杆的前端，所述第三连杆的前端还与所述升降杆的前端铰接，在所述升降杆上沿其长度方向开设有第一导向槽，所述第四连杆的后端滑动连接在所述第一导向槽处；在两侧的所述升降杆之间还连接有支撑杆。

9.根据权利要求8所述的重力自平衡轮椅，其特征在于，在所述底盘上还沿纵向方向开设有第二导向槽，所述第一连杆与所述螺母座连接的一端滑动连接在所述第二导向槽处，且所述第一连杆在所述剪叉结构上升和下降的终点位置能够分别与所述第二导向槽的长度方向的两个侧壁相抵，所述第四连杆在所述剪叉结构上升和下降的终点位置能够分别与所述第一导向槽长度方向的两个侧壁相抵。

Images