CN112353579A - 一种牵引式辅助老人爬楼装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种牵引式辅助老人爬楼装置及其使用方法，属于助老助残服务机器人领域；包括前端抓握装置、后端抓握装置、伸缩装置、偏转机构、俯仰机构、平衡机构、中央控制系统以及电源，爬楼时后端抓握装置抓紧楼梯扶手，老人握紧装置手柄，前端抓握装置张开，同时伸缩装置伸长到合适位置，之后前端抓握装置抓紧楼梯扶手，后端抓握装置张开，同时伸缩装置收缩，牵引老人完成爬楼动作。本发明采用在楼梯扶手上交替前进的工作方式，利用机械爪与伸缩杆之间的动作配合完成牵引老人爬楼的动作，在平稳、安全、可靠的前提下给与腿脚不便的老人以助力，装置适应性广泛，小巧轻盈，不需要改造现有楼梯设施。

Description

一种牵引式辅助老人爬楼装置及其使用方法

技术领域

本发明属于助老助残机械领域，尤其涉及一种助老爬楼装置及其工作方法。

背景技术

在我国的13亿人口中，行动不便的老年人大量存在，使得助老助残问题正日益成为一个重大的社会问+题。现阶段许多老旧小区仍然存在着依靠步行梯实现上下楼。由于没有电梯，对行动不便的老年人来说上下楼成了极大的生活难题。

目前，助老爬楼机械包括腿足式、轮组式、轨道式、履带式等几种方式。腿足式是在普通轮椅的基础上加上两条腿，虽然可以攀爬楼梯，但是在攀爬过程中装置晃动倾斜较大，危险系数增加；轮组式爬楼轮椅一般采用行星轮机构，能带动腿脚不便的老人攀爬一般的楼梯，其缺点为：楼梯台阶尺寸与轮子直径需要匹配，对台阶具有严格的尺寸要求，很难实现大面积推广；轨道式则是在楼梯扶手上安装轨道，这种方法需要对现有楼梯设施进行大规模改造，工程巨大；履带式的爬楼轮椅也能在楼梯上行走，其缺点为：履带易损且与台阶面接触存在打滑现象。上述几种助老爬楼机械价格较高，产品结构单一，实用性和操作性仍然存在多种不足。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种牵引式助老爬楼装置及其工作方法，采用在楼梯扶手上使用交替牵引式助老爬楼装置，给予行动不便的老人以助力，辅助老人完成爬楼动作。爬楼装置操作过程平稳，安全可靠，无需匹配楼梯台阶尺寸，无需对现有楼梯设施进行任何改造，经久耐用，可以实现大面积推广。通过助力老人爬楼的动作与双腿间歇性动作的协调配合，进而实施间歇性牵引力，实现助力的目的。根据自行设置的牵引力大小和行进速度，防止意外发生。

为实现上述目的，本发明的一种牵引式助老爬楼装置及其工作方法的具体技术方案如下：

一种牵引式助老爬楼装置，包括前端抓握装置、后端抓握装置、伸缩装置、中央控制系统以及电源，所述前端抓握装置和后端抓握装置通过伸缩装置进行连接，且前端抓握装置、后端抓握装置和伸缩装置均与中央控制系统和电源电性连接，且中央控制系统也与电源电性连接。

进一步，还包括偏转机构，所述偏转机构包括第一偏转机构和第二偏转机构，所述第一偏转机构一侧与伸缩装置的一端转动连接，另一侧与前端抓握装置固定连接；

所述第二偏转机构一侧与伸缩装置的另一端转动连接，另一侧与后端抓握装置固定连接。

进一步，所述伸缩装置靠近后端抓握装置的一端设置俯仰机构。

进一步，所述前端抓握装置通过偏转机构与伸缩装置连接，所述前端抓握装置包括与偏转机构固定连接的前爪连接件，所述前爪连接件一端与偏转机构固定连接，另一端与前端金属外壳固定连接，所述前端金属外壳内设置前端数字舵机，所述前端数字舵机与前端金属舵盘连接，所述前端金属舵盘一端相互齿合，另一端对称设置前端硬铝合金爪，且所述前端金属舵盘和前端硬铝合金爪与前端数字舵机的转轴同步转动；

所述前端数字舵机与中央控制系统和电源电性连接。

进一步，所述后端抓握装置包括与偏转机构固定连接的后端金属外壳，所述后端金属外壳内设置后端数字舵机，所述后端金属外壳内设置后端数字舵机，所述后端数字舵机与后端金属舵盘连接，所述后端金属舵盘一端相互齿合，另一端对称设置后端硬铝合金爪，且所述后端金属舵盘和后端硬铝合金爪与数字舵机的转轴同步转动；

所述后端数字舵机与中央控制系统和电源电性连接。

进一步，所述第一偏转机构包括与前端抓握装置固定连接的前爪偏转金属外壳，所述前爪偏转金属外壳内设置前爪偏转数字舵机，所述前爪偏转数字舵机朝向伸缩装置的一端设置前爪偏转金属舵盘，所述前爪偏转金属舵盘一端设置前爪偏转法兰盘，所述前爪偏转法兰盘与伸缩装置固定连接，所述前爪偏转数字舵机通过导线与中央控制系统和电源电性连接；

所述第二偏转机构包括与后端抓握装置固定连接的后爪偏转金属外壳，所述后爪偏转金属外壳内设置后爪偏转数字舵机，所述后爪偏转数字舵机与后爪偏转金属舵盘连接，所述后爪偏转金属舵盘远离后爪偏转数字舵机的一端与后爪偏转异形法兰盘连接，所述后爪偏转异形法兰盘与伸缩装置固定连接，所述后爪偏转数字舵机通过导线与中央控制系统和电源电性连接。

进一步，所述伸缩装置包括伸缩杆、电动机和扶手，所述伸缩杆设置在前端抓握装置的上方，所述伸缩杆一端与前端抓握装置固定连接，另一端与扶手和后端抓握装置固定连接，所述电动机设置在伸缩杆的一侧并与扶手连接。

进一步，所述俯仰机构包括与伸缩装置固定连接的俯仰金属外壳，所述俯仰金属外壳内设置俯仰数字舵机，所述俯仰数字舵机的输出轴连接俯仰金属舵盘，所述俯仰金属舵盘远离俯仰数字舵机的一端设置俯仰法兰盘，所述俯仰法兰盘与配重块连接件固定连接，所述配重块连接件远离俯仰金属外壳的一端固定连接配重块；

所述俯仰数字舵机通过导线与中央控制系统和电源电性连接。

进一步，所述后端抓握装置一侧固定设置平衡机构，所述平衡机构包括与后端金属外壳固定连接的平衡臂连接件，所述平衡臂连接件远离后端金属外壳的一端可拆卸连接一对平衡臂。

本发明还提供了一种牵引式助老爬楼装置的工作方法，包括以下步骤，且以下步骤顺次进行：

步骤S1：在装置使用前在中央控制系统的显示面板上设置好各项参数，包括楼梯扶手的转弯角度、装置提供的牵引力大小、根据老人爬楼速度设计的装置行进速度以及平衡机构中平衡臂与平衡臂连接件之间的角度，设置完成后老人将本装置放置到楼梯扶手上，按下装置扶手上的准备按钮，前端抓握装置与后端抓握装置中的前端数字舵机与后端数字舵机的舵机转轴顺时针转动分别带动各自与之相连的前端金属舵盘、后端金属舵盘转动使前端硬铝合金爪与后端硬铝合金爪张开，同时伸缩装置在电动机的带动下使伸缩杆复位到收缩状态，老人将装置放置在楼梯扶手上，前端抓握装置与后端抓握装置中的前端数字舵机与后端数字舵机的舵机转轴逆时针转动分别带动各自与之相连的前端金属舵盘、后端金属舵盘转动使前端硬铝合金爪与后端硬铝合金爪闭合握紧楼梯扶手，装置做好爬楼前准备工作；

步骤S2：以楼梯扶手在右侧，90°转弯为例。老人握紧本装置扶手右脚迈上第一个台阶同时按下前进按钮，通过中央控制系统控制作用，前端抓握装置中前端数字舵机带动前端金属舵盘顺时针转动，前端金属舵盘带动与之相连的前端硬铝合金爪使之旋转张开同时伸缩装置中伸缩杆在电动机带动下伸长并达到极限位置，前端抓握装置中前端数字舵机带动前端金属舵盘逆时针转动，前端金属舵盘带动与之相连的前端硬铝合金爪使之旋转闭合握紧楼梯扶手，后端抓握装置中后端数字舵机带动后端金属舵盘顺时针转动，后端金属舵盘带动与之相连的后端硬铝合金爪使之旋转张开同时老人迈出左脚伸缩装置中伸缩杆在电动机带动下收缩带动后端抓握装置并通过老人手臂牵引老人身体迈上第一个台阶，此时老人双脚都在第一个台阶；

步骤S3：以步骤S2类推并重复步骤S2直到到达楼梯扶手转弯位置时，老人按下装置扶手上转弯按钮，通过中央控制系统控制前端抓握装置中前端数字舵机带动前端金属舵盘顺时针转动，前端金属舵盘带动与之相连的前端硬铝合金爪使之旋转张开，之后装置俯仰机构中俯仰数字舵机带动俯仰金属舵盘逆时针转动，俯仰金属舵盘带动俯仰法兰盘转动，俯仰法兰盘通过金属键带动配重块连接件以及整个装置前端仰起一定角度使前端硬铝合金爪能跨过楼梯扶手，此时装置偏转机构中后爪偏转数字舵机带动后爪偏转金属舵盘顺时针转动，后爪偏转金属舵盘带动后爪偏转法兰盘转动，后爪偏转法兰盘带动配重块连接件以及装置前端右转一定角度，同时，由于前爪偏转法兰盘与前爪偏转金属舵盘固定在伸缩杆上，所以前爪偏转数字舵机带动前爪偏转金属舵盘顺时针转动时引起自身自转，前爪偏转数字舵机的自转带动前爪偏转金属外壳右转，且前爪偏转金属外壳通过前端连接件与前端抓握装置相连，因此前端抓握装置同步向右转过一定角度，此时装置俯仰机构中俯仰数字舵机带动俯仰金属舵盘顺时针转动，俯仰金属舵盘带动俯仰法兰盘转动，俯仰法兰盘通过金属键带动配重块连接件以及整个装置前端俯回一定角度使前端抓握装置能握准楼梯扶手弧形转弯部分，之后前端抓握装置中前端数字舵机带动前端金属舵盘逆时针转动，前端金属舵盘带动与之相连的前端硬铝合金爪使之旋转闭合握紧楼梯扶手弧形转弯部分，之后后端抓握装置中后端数字舵机带动后端金属舵盘顺时针转动，后端金属舵盘带动与之相连的后端硬铝合金爪使之轻微旋转张开，

此时伸缩装置中伸缩杆在电动机带动下收缩牵引装置后端沿楼梯扶手转弯部分滑动，待伸缩杆完全缩回时后端抓握装置中后端数字舵机带动后端金属舵盘逆时针转动，后端金属舵盘带动与之相连的后端硬铝合金爪使之旋转闭合握紧楼梯扶手转弯部分，之后前端抓握装置中前端数字舵机带动前端金属舵盘顺时针转动，前端金属舵盘带动与之相连的前端硬铝合金爪使之旋转张开，之后装置俯仰机构中俯仰数字舵机带动俯仰金属舵盘逆时针转动，俯仰金属舵盘带动俯仰法兰盘转动，俯仰法兰盘通过金属键带动配重块连接件以及整个装置前端仰起一定角度使前端硬铝合金爪能跨过楼梯扶手转弯部分，之后装置偏转机构中后爪偏转数字舵机带动后爪偏转金属舵盘顺时针转动，后爪偏转金属舵盘带动后爪偏转法兰盘转动，后爪偏转法兰盘带动配重块连接件以及装置前端右转一定角度，同时，由于前爪偏转法兰盘与前爪偏转金属舵盘固定在伸缩杆上，所以前爪偏转数字舵机带动前爪偏转金属舵盘顺时针转动时引起自身自转，前爪偏转数字舵机的自转带动前爪偏转金属外壳右转，且前爪偏转金属外壳通过前端连接件与前端抓握装置相连，因此前端抓握装置同步向右转过一定角度，此时装置俯仰机构中俯仰数字舵机带动俯仰金属舵盘顺时针转动，俯仰金属舵盘带动俯仰法兰盘转动，俯仰法兰盘通过金属键带动配重块连接件以及整个装置前端俯回一定角度使前端抓握装置能握准楼梯扶手转弯后的下一段直线部分，之后前端抓握装置中前端数字舵机带动前端金属舵盘逆时针转动，前端金属舵盘带动与之相连的前端硬铝合金爪使之旋转闭合握紧转弯后的下一段直线部分，此时后端抓握装置中后端数字舵机带动后端金属舵盘顺时针转动，后端金属舵盘带动与之相连的后端硬铝合金爪使之轻微旋转张开，伸缩装置中伸缩杆在电动机带动下收缩牵引装置后端沿楼梯扶手转弯部分滑动，待伸缩杆完全缩回时后端抓握装置中后端数字舵机带动后端金属舵盘逆时针转动，后端金属舵盘带动与之相连的后端硬铝合金爪使之旋转闭合握紧转弯后的下一段直线部分。至此，装置转弯完成，装置转弯过程中老人在楼梯转弯平台上自行转到转弯后的下一段楼梯前即可；

步骤S4：重复步骤S2、S3直到老人完成所有爬楼动作，之后老人按下停止复位按钮，前端抓握装置与后端抓握装置中的前端数字舵机与后端数字舵机的舵机转轴顺时针转动分别带动各自与之相连的前端金属舵盘、后端金属舵盘转动使前端硬铝合金爪与后端硬铝合金爪张开，同时伸缩装置在电动机的带动下使伸缩杆复位到收缩状态，老人将从楼梯扶手上取下，前后端抓握装置闭合。前端抓握装置与后端抓握装置中的前端数字舵机与后端数字舵机的舵机转轴逆时针转动分别带动各自与之相连的前端金属舵盘、后端金属舵盘转动使前端硬铝合金爪与后端硬铝合金爪闭合。

本发明的一种牵引式助老爬楼装置及其工作方法具有以下优点：采用在楼梯扶手上交替前进的工作方式，在伸缩杆的配合下，前后端机械爪交替抓握住楼梯扶手牵引老人完成爬楼动作：

1.创新型间歇助力与基于人机协同的交替前进方式；

2.各方面的人性化设计，充分考虑老人使用感受；

3.配重块连接件上槽、孔与俯仰偏转法兰盘配合后使得一个机械机构实现两个动作且彼此互不干涉；

4.装置轻巧，不需要改造现有楼梯设施，适应性广泛。

附图说明

图1为本发明的一种牵引式助老爬楼装置的结构示意图。

图2为本发明的一种牵引式助老爬楼装置的正等轴侧结构示意图。

图3为本发明的一种牵引式助老爬楼装置的主视图。

图4为本发明的一种牵引式助老爬楼装置的俯仰偏转结构剖视图。

图5为本发明的一种牵引式助老爬楼装置的部分部件的结构示意图。

图6为本发明的一种牵引式助老爬楼装置的前端抓握装置和第一偏转机构的结构示意图。

图7为本发明的一种牵引式助老爬楼装置的前端抓握装置的结构示意图。

图中标记说明：1、前端抓握装置；101、前端数字舵机；102、前端金属外壳；103、第一防滑橡胶；104、前端硬铝合金爪；105、前端连接件；106、前端金属舵盘；2、后端抓握装置；201、后端数字舵机；202、后端金属外壳； 203、第二防滑橡胶；204、后端硬铝合金爪；205、后端连接件；206、后端金属舵盘；3、伸缩装置；301、伸缩杆；302、电动机；303、扶手；4、偏转机构；401、后爪偏转数字舵机；402、后爪偏转金属外壳；403、后爪偏转法兰盘；404、前爪偏转金属外壳；405、前爪偏转数字舵机；406、前爪偏转法兰盘；407、前爪偏转金属舵盘；408、后爪偏转金属舵盘；5、俯仰机构；501、俯仰数字舵机；502、俯仰金属外壳；503、俯仰法兰盘；504、配重块；505、配重块连接件；506、俯仰金属舵盘；6、平衡机构；601、平衡臂；602、平衡臂连接件；7、中央控制系统；8、电源。

具体实施方式

为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明一种牵引式助老爬楼装置及其工作方法做进一步详细的描述。

如图1-图7所示，本发明的一款结构简单易行，操作简单，成本低廉、便于安装的爬楼辅助装置显得尤为重要。爬楼装置操作过程平稳，安全可靠，无需匹配楼梯台阶尺寸，无需对现有楼梯设施进行任何改造，经久耐用，可以实现大面积推广，适用于大部分老旧小区。充分考虑使用感受，利用交替间歇助力前进方式，通过装置俯仰实现周期性前进；

因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决辅助老人方便爬楼梯困难的问题。

一种牵引式助老爬楼装置，包括前端抓握装置1、后端抓握装置2、伸缩装置3、中央控制系统7以及电源8，所述前端抓握装置1和后端抓握装置2 通过伸缩装置3进行连接，且前端抓握装置1、后端抓握装置2和伸缩装置3 均与中央控制系统7和电源8电性连接，且中央控制系统7也与电源8电性连接。

在本实施方式中，还包括偏转机构4，所述偏转机构4是本发明的核心和主要创新部分，主要作用是实现前端抓握装置1与伸缩装置3的同步偏转，所述偏转机构4包括第一偏转机构4和第二偏转机构4，所述第一偏转机构4 一侧与伸缩装置3的一端转动连接，另一侧与前端抓握装置1固定连接；

所述第二偏转机构4一侧与伸缩装置3的另一端转动连接，另一侧与后端抓握装置2固定连接

在本实施方式中，所述伸缩装置3靠近后端抓握装置2的一端设置俯仰机构5，所述俯仰机构5是本发明的核心和主要创新部分，主要作用是装置转弯时实现前端抓握装置1与伸缩装置3的同步俯仰，同时与偏转机构4配合完成装置转弯动作。

在本实施方式中，所述前端抓握装置1通过偏转机构4与伸缩装置3连接，所述前端抓握装置1包括与偏转机构4固定连接的前爪连接件，所述前爪连接件一端与偏转机构4固定连接，另一端与前端金属外壳102固定连接，所述前端金属外壳102内设置前端数字舵机101，所述前端数字舵机101与前端金属舵盘106连接，所述前端金属舵盘106一端相互齿合，另一端对称设置前端硬铝合金爪104，且所述前端金属舵盘106和前端硬铝合金爪104 与前端数字舵机101的转轴同步转动，相邻两个前端硬铝合金爪104间设置第一防滑橡胶103，且所述第一防滑橡胶103与前端硬铝合金爪104连接；

所述前端数字舵机101与中央控制系统7和电源8电性连接，所述前端金属外壳102设置在前端数字舵机101的外部，前端金属外壳102一端与前爪连接件连接，另一端与前端硬铝合金爪104连接；所述前端硬铝合金爪104 设置在前端金属外壳102的下部，一侧通过前端金属舵盘106与前端数字舵机101连接，另一侧与前端金属外壳102连接，且与前端金属舵盘106同步转动；所述前爪连接件设置在前端金属外壳102靠近偏转机构4的一侧，一端与前端金属外壳102连接，另一端与前爪偏转金属外壳404连接；所述前端金属舵盘106设置在前端数字舵机101远离偏转机构4的一侧，一端与前端数字舵机101连接，另一端与前端硬铝合金爪104连接且与前端数字舵机 101转轴同步转动；所述前端抓握装置1主要负责抓握楼梯扶手303使装置前端固定在楼梯上，装置在伸缩杆301收缩时能牵引老人上台阶，其闭合与张开由设置在前端金属外壳102里面的前端数字舵机101提供动力源，前端数字舵机101由装置电源8供电，驱动前端金属舵盘106带动前端硬铝合金爪104旋转进而产生前端抓握装置1的闭合或张开效果，前端抓握装置1的基本尺寸是120mm×120mm×110mm。

在本实施方式中，所述后端抓握装置2包括与偏转机构4固定连接的后端金属外壳202，所述后端金属外壳202内设置后端数字舵机201，所述后端金属外壳202内设置后端数字舵机201，所述后端数字舵机201与后端金属舵盘206连接，所述后端金属舵盘206一端相互齿合，另一端对称设置后端硬铝合金爪204，且所述后端金属舵盘206和后端硬铝合金爪204与数字舵机的转轴同步转动，相邻两个后端硬铝合金爪204间设置第二防滑橡胶203，且所述第二防滑橡胶203与后端硬铝合金爪204连接；

所述后端数字舵机201与中央控制系统7和电源8电性连接，所述后端金属外壳202设置在后端数字舵机201的外部，后端金属外壳202一端与后端连接件205、后端硬铝合金爪204连接，另一端与平衡臂连接件602连接；所述后端硬铝合金爪204设置在后端金属外壳202的下部，一侧通过后端金属舵盘206与后端数字舵机201连接，另一侧与后端金属外壳202连接，且与后端金属舵盘206同步转动；所述后端连接件205一端与后端金属外壳202 连接，另一端与后爪偏转金属外壳402连接；所述后端金属舵盘206设置在后端数字舵机201右侧，一端与后端数字舵机201连接，另一端与后端硬铝合金爪204连接且与后端数字舵机201转轴同步转动；所述后端抓握装置2 主要负责抓握楼梯扶手303使装置后端固定在楼梯上，装置在伸缩杆301伸长时能带动前端抓握装置1前进，其闭合与张开由设置在后端金属外壳202 里面的后端数字舵机201提供动力源，后端数字舵机201由装置电源8供电，驱动后端金属舵盘206带动后端硬铝合金爪204旋转进而产生后端抓握装置 2的闭合或张开效果，后端抓握装置2的基本尺寸是120mm×120mm×110mm。

在本实施方式中，所述第一偏转机构4包括与前端抓握装置1固定连接的前爪偏转金属外壳404，所述前爪偏转金属外壳404内设置前爪偏转数字舵机405，所述前爪偏转数字舵机405朝向伸缩装置3的一端设置前爪偏转金属舵盘407，所述前爪偏转金属舵盘407一端设置前爪偏转法兰盘406，所述前爪偏转法兰盘406与伸缩装置3固定连接，所述前爪偏转数字舵机405 通过导线与中央控制系统7和电源8电性连接；所述前爪偏转金属外壳404 设置在伸缩杆301的下部，且与前端前端连接件105连接；所述前爪偏转法兰盘406设置在伸缩杆301的下部，一端与伸缩杆301连接，另一端通过前爪偏转金属舵盘407与前爪偏转数字舵机405连接，且与前爪偏转金属舵盘 407、伸缩杆301同步运动；所述前爪偏转金属舵盘407设置在前爪偏转数字舵机405的上部，一端与前爪偏转数字舵机405连接，另一端与前爪偏转法兰盘406连接，且与前爪偏转数字舵机405转轴同步转动；

所述第二偏转机构4包括与后端抓握装置2固定连接的后爪偏转金属外壳402，所述后爪偏转金属外壳402内设置后爪偏转数字舵机401，所述后爪偏转数字舵机401与后爪偏转金属舵盘408连接，所述后爪偏转金属舵盘408 远离后爪偏转数字舵机401的一端与后爪偏转异形法兰盘连接，所述后爪偏转异形法兰盘与伸缩装置3固定连接，所述后爪偏转数字舵机401通过导线与中央控制系统7和电源8电性连接，所述后爪偏转金属舵盘408与后爪偏转数字舵机401连接、同时与配重块连接件505以及异形金属外壳连接，且与后爪偏转金属舵盘408、异形金属外壳、后爪偏转数字舵机401同步运动；偏转机构4中的后爪偏转异形后爪偏转法兰盘403起到了固定俯仰机构5中俯仰数字舵机501的作用，使其在发生俯仰动作时自身不会自转；所述后爪偏转金属舵盘408设置在后爪偏转数字舵机401的上部，一端与后爪偏转数字舵机401连接，另一端与后爪偏转异形后爪偏转法兰盘403连接，且与后爪偏转数字舵机401转轴同步转动。

在本实施方式中，所述伸缩装置3包括伸缩杆301、电动机302和扶手 303，所述伸缩杆301设置在前端抓握装置1的上方，所述伸缩杆301一端与前端抓握装置1固定连接，另一端与扶手303和后端抓握装置2固定连接，所述电动机302设置在伸缩杆301的一侧并与扶手303连接，所述扶手303 设置在伸缩杆301、电动机302、电源8与配重块504之间连接处的上端且与后爪偏转法兰盘403和俯仰法兰盘503同步转动，所述电动机302由24V直流电源8供电，驱使伸缩杆301产生伸缩动作，伸缩装置3主要负责使装置在楼梯扶手303上产生前进效果，伸缩装置3的基本尺寸是305mm×150mm ×36mm。

在本实施方式中，所述俯仰机构5包括与伸缩装置3固定连接的俯仰金属外壳502，所述俯仰金属外壳502内设置俯仰数字舵机501，所述俯仰数字舵机501的输出轴连接俯仰金属舵盘506，所述俯仰金属舵盘506远离俯仰数字舵机501的一端设置俯仰法兰盘503，所述俯仰法兰盘503与配重块连接件505固定连接，所述配重块连接件505远离俯仰金属外壳502的一端固定连接配重块504，配重块504的作用是调节装置的平衡状态；

所述俯仰数字舵机501通过导线与中央控制系统7和电源8电性连接，中央控制系统7控制俯仰数字舵机501进行旋转，同时配重块504、配重块连接件505、俯仰法兰盘503、俯仰金属舵盘506和伸缩装置3同步运动，以实现前端抓握装置1与伸缩装置3的同步俯仰运动。

在本实施方式中，所述后端抓握装置2一侧固定设置平衡机构6，所述平衡机构6包括与后端金属外壳202固定连接的平衡臂连接件602，所述平衡臂连接件602远离后端金属外壳202的一端可拆卸连接一对平衡臂601；所述平衡臂连接件602和平衡臂601均设置在伸缩杆301的下部，所述平衡臂连接件602一端与后端金属外壳202连接，另一端与平衡臂601连接，且与后端金属外壳202同步运动；平衡机构6的主要作用是增加装置在楼梯扶手303上的稳定性。

在本实施方式中，所述中央控制系统7设置在伸缩杆301的上部，与伸缩杆301、电动机302、电源8连接，且通过导线与电动机302、前端数字舵机101、后端数字舵机201、后爪偏转数字舵机401、前爪偏转数字舵机405、俯仰数字舵机501连接进行控制；中央控制系统7的作用是控制装置各机构部分的协同动作，包括装置转弯角度、爬楼行进速度。

在本实施方式中，所述电源8设置在伸缩杆301的左侧，与扶手303连接，且通过导线与电动机302、前端数字舵机101、后端数字舵机201、后爪偏转数字舵机401、前爪偏转数字舵机405、俯仰数字舵机501连接进行供电。

一种牵引式助老爬楼装置的工作方法，包括以下步骤，且以下步骤顺次进行：

步骤S1：在装置使用前在中央控制系统7的显示面板上设置好各项参数，包括楼梯扶手303的转弯角度、装置提供的牵引力大小、根据老人爬楼速度设计的装置行进速度以及平衡机构6中平衡臂601与平衡臂连接件602之间的角度，设置完成后老人将本装置放置到楼梯扶手303上，按下装置扶手303 上的准备按钮，前端抓握装置1与后端抓握装置2中的前端数字舵机101与后端数字舵机201的舵机转轴顺时针转动分别带动各自与之相连的前端金属舵盘106、后端金属舵盘206转动使前端硬铝合金爪104与后端硬铝合金爪 204张开，同时伸缩装置3在电动机302的带动下使伸缩杆301复位到收缩状态，老人将装置放置在楼梯扶手303上，前端抓握装置1与后端抓握装置 2中的前端数字舵机101与后端数字舵机201的舵机转轴逆时针转动分别带动各自与之相连的前端金属舵盘106、后端金属舵盘206转动使前端硬铝合金爪104与后端硬铝合金爪204闭合握紧楼梯扶手303，装置做好爬楼前准备工作；

步骤S2：以楼梯扶手303在右侧，90°转弯为例。老人握紧本装置扶手 303右脚迈上第一个台阶同时按下前进按钮，通过中央控制系统7控制作用，前端抓握装置1中前端数字舵机101带动前端金属舵盘106顺时针转动，前端金属舵盘106带动与之相连的前端硬铝合金爪104使之旋转张开同时伸缩装置3中伸缩杆301在电动机302带动下伸长并达到极限位置，前端抓握装置1中前端数字舵机101带动前端金属舵盘106逆时针转动，前端金属舵盘106带动与之相连的前端硬铝合金爪104使之旋转闭合握紧楼梯扶手303，后端抓握装置2中后端数字舵机201带动后端金属舵盘206顺时针转动，后端金属舵盘206带动与之相连的后端硬铝合金爪204使之旋转张开同时老人迈出左脚伸缩装置3中伸缩杆301在电动机302带动下收缩带动后端抓握装置 2并通过老人手臂牵引老人身体迈上第一个台阶，此时老人双脚都在第一个台阶；

步骤S3：以步骤S2类推并重复步骤S2直到到达楼梯扶手303转弯位置时，老人按下装置扶手303上转弯按钮，通过中央控制系统7控制前端抓握装置1中前端数字舵机101带动前端金属舵盘106顺时针转动，前端金属舵盘106带动与之相连的前端硬铝合金爪104使之旋转张开，之后装置俯仰机构5中俯仰数字舵机501带动俯仰金属舵盘506逆时针转动，俯仰金属舵盘 506带动俯仰法兰盘503转动，俯仰法兰盘503通过金属键带动配重块连接件505以及整个装置前端仰起一定角度使前端硬铝合金爪104能跨过楼梯扶手303，此时装置偏转机构4中后爪偏转数字舵机401带动后爪偏转金属舵盘408顺时针转动，后爪偏转金属舵盘408带动后爪偏转法兰盘403转动，后爪偏转法兰盘403带动配重块连接件505以及装置前端右转一定角度，同时，由于前爪偏转法兰盘406与前爪偏转金属舵盘407固定在伸缩杆301上，所以前爪偏转数字舵机405带动前爪偏转金属舵盘407顺时针转动时引起自身自转，前爪偏转数字舵机405的自转带动前爪偏转金属外壳404右转，且前爪偏转金属外壳404通过前端连接件105与前端抓握装置1相连，因此前端抓握装置1同步向右转过一定角度，此时装置俯仰机构5中俯仰数字舵机 501带动俯仰金属舵盘506顺时针转动，俯仰金属舵盘506带动俯仰法兰盘 503转动，俯仰法兰盘503通过金属键带动配重块连接件505以及整个装置前端俯回一定角度使前端抓握装置1能握准楼梯扶手303弧形转弯部分，之后前端抓握装置1中前端数字舵机101带动前端金属舵盘106逆时针转动，前端金属舵盘106带动与之相连的前端硬铝合金爪104使之旋转闭合握紧楼梯扶手303弧形转弯部分，之后后端抓握装置2中后端数字舵机201带动后端金属舵盘206顺时针转动，后端金属舵盘206带动与之相连的后端硬铝合金爪204使之轻微旋转张开，

此时伸缩装置3中伸缩杆301在电动机302带动下收缩牵引装置后端沿楼梯扶手303转弯部分滑动，待伸缩杆301完全缩回时后端抓握装置2中后端数字舵机201带动后端金属舵盘206逆时针转动，后端金属舵盘206带动与之相连的后端硬铝合金爪204使之旋转闭合握紧楼梯扶手303转弯部分，之后前端抓握装置1中前端数字舵机101带动前端金属舵盘106顺时针转动，前端金属舵盘106带动与之相连的前端硬铝合金爪104使之旋转张开，之后装置俯仰机构5中俯仰数字舵机501带动俯仰金属舵盘506逆时针转动，俯仰金属舵盘506带动俯仰法兰盘503转动，俯仰法兰盘503通过金属键带动配重块连接件505以及整个装置前端仰起一定角度使前端硬铝合金爪104能跨过楼梯扶手303转弯部分，之后装置偏转机构4中后爪偏转数字舵机401 带动后爪偏转金属舵盘408顺时针转动，后爪偏转金属舵盘408带动后爪偏转法兰盘403转动，后爪偏转法兰盘403带动配重块连接件505以及装置前端右转一定角度，同时，由于前爪偏转法兰盘406与前爪偏转金属舵盘407 固定在伸缩杆301上，所以前爪偏转数字舵机405带动前爪偏转金属舵盘407 顺时针转动时引起自身自转，前爪偏转数字舵机405的自转带动前爪偏转金属外壳404右转，且前爪偏转金属外壳404通过前端连接件105与前端抓握装置1相连，因此前端抓握装置1同步向右转过一定角度，此时装置俯仰机构5中俯仰数字舵机501带动俯仰金属舵盘506顺时针转动，俯仰金属舵盘 506带动俯仰法兰盘503转动，俯仰法兰盘503通过金属键带动配重块连接件505以及整个装置前端俯回一定角度使前端抓握装置1能握准楼梯扶手 303转弯后的下一段直线部分，之后前端抓握装置1中前端数字舵机101带动前端金属舵盘106逆时针转动，前端金属舵盘106带动与之相连的前端硬铝合金爪104使之旋转闭合握紧转弯后的下一段直线部分，此时后端抓握装置2中后端数字舵机201带动后端金属舵盘206顺时针转动，后端金属舵盘 206带动与之相连的后端硬铝合金爪204使之轻微旋转张开，伸缩装置3中伸缩杆301在电动机302带动下收缩牵引装置后端沿楼梯扶手303转弯部分滑动，待伸缩杆301完全缩回时后端抓握装置2中后端数字舵机201带动后端金属舵盘206逆时针转动，后端金属舵盘206带动与之相连的后端硬铝合金爪204使之旋转闭合握紧转弯后的下一段直线部分。至此，装置转弯完成，装置转弯过程中老人在楼梯转弯平台上自行转到转弯后的下一段楼梯前即可；

步骤S4：重复步骤S2、S3直到老人完成所有爬楼动作，之后老人按下停止复位按钮，前端抓握装置1与后端抓握装置2中的前端数字舵机101与后端数字舵机201的舵机转轴顺时针转动分别带动各自与之相连的前端金属舵盘106、后端金属舵盘206转动使前端硬铝合金爪104与后端硬铝合金爪 204张开，同时伸缩装置3在电动机302的带动下使伸缩杆301复位到收缩状态，老人将从楼梯扶手303上取下，前后端抓握装置2闭合。前端抓握装置1与后端抓握装置2中的前端数字舵机101与后端数字舵机201的舵机转轴逆时针转动分别带动各自与之相连的前端金属舵盘106、后端金属舵盘206 转动使前端硬铝合金爪104与后端硬铝合金爪204闭合。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种牵引式助老爬楼装置，其特征在于，包括前端抓握装置(1)、后端抓握装置(2)、伸缩装置(3)、中央控制系统(7)以及电源(8)，所述前端抓握装置(1)和后端抓握装置(2)通过伸缩装置(3)进行连接，且前端抓握装置(1)、后端抓握装置(2)和伸缩装置(3)均与中央控制系统(7)和电源(8)电性连接，且中央控制系统(7)也与电源(8)电性连接。

2.根据权利要求1所述的牵引式助老爬楼装置，其特征在于，还包括偏转机构(4)，所述偏转机构(4)包括第一偏转机构(4)和第二偏转机构(4)，所述第一偏转机构(4)一侧与伸缩装置(3)的一端转动连接，另一侧与前端抓握装置(1)固定连接；

所述第二偏转机构(4)一侧与伸缩装置(3)的另一端转动连接，另一侧与后端抓握装置(2)固定连接。

3.根据权利要求1或2所述的牵引式助老爬楼装置，其特征在于，所述伸缩装置(3)靠近后端抓握装置(2)的一端设置俯仰机构(5)。

4.根据权利要求2所述的牵引式助老爬楼装置，其特征在于，所述前端抓握装置(1)通过偏转机构(4)与伸缩装置(3)连接，所述前端抓握装置(1)包括与偏转机构(4)固定连接的前爪连接件，所述前爪连接件一端与偏转机构(4)固定连接，另一端与前端金属外壳(102)固定连接，所述前端金属外壳(102)内设置前端数字舵机(101)，所述前端数字舵机(101)与前端金属舵盘(106)连接，所述前端金属舵盘(106)一端相互齿合，另一端对称设置前端硬铝合金爪(104)，且所述前端金属舵盘(106)和前端硬铝合金爪(104)与前端数字舵机(101)的转轴同步转动；

所述前端数字舵机(101)与中央控制系统(7)和电源(8)电性连接。

5.根据权利要求2所述的牵引式助老爬楼装置，其特征在于，所述后端抓握装置(2)包括与偏转机构(4)固定连接的后端金属外壳(202)，所述后端金属外壳(202)内设置后端数字舵机(201)，所述后端金属外壳(202)内设置后端数字舵机(201)，所述后端数字舵机(201)与后端金属舵盘(206)连接，所述后端金属舵盘(206)一端相互齿合，另一端对称设置后端硬铝合金爪(204)，且所述后端金属舵盘(206)和后端硬铝合金爪(204)与数字舵机的转轴同步转动；

所述后端数字舵机(201)与中央控制系统(7)和电源(8)电性连接。

6.根据权利要求2所述的牵引式助老爬楼装置，其特征在于，所述第一偏转机构(4)包括与前端抓握装置(1)固定连接的前爪偏转金属外壳(404)，所述前爪偏转金属外壳(404)内设置前爪偏转数字舵机(405)，所述前爪偏转数字舵机(405)朝向伸缩装置(3)的一端设置前爪偏转金属舵盘(407)，所述前爪偏转金属舵盘(407)一端设置前爪偏转法兰盘(406)，所述前爪偏转法兰盘(406)与伸缩装置(3)固定连接，所述前爪偏转数字舵机(405)通过导线与中央控制系统(7)和电源(8)电性连接；

所述第二偏转机构(4)包括与后端抓握装置(2)固定连接的后爪偏转金属外壳(402)，所述后爪偏转金属外壳(402)内设置后爪偏转数字舵机(401)，所述后爪偏转数字舵机(401)与后爪偏转金属舵盘(408)连接，所述后爪偏转金属舵盘(408)远离后爪偏转数字舵机(401)的一端与后爪偏转异形法兰盘连接，所述后爪偏转异形法兰盘与伸缩装置(3)固定连接，所述后爪偏转数字舵机(401)通过导线与中央控制系统(7)和电源(8)电性连接。

7.根据权利要求1所述的牵引式助老爬楼装置，其特征在于，所述伸缩装置(3)包括伸缩杆(301)、电动机(302)和扶手(303)，所述伸缩杆(301)设置在前端抓握装置(1)的上方，所述伸缩杆(301)一端与前端抓握装置(1)固定连接，另一端与扶手(303)和后端抓握装置(2)固定连接，所述电动机(302)设置在伸缩杆(301)的一侧并与扶手(303)连接。

8.根据权利要求3所述的牵引式助老爬楼装置，其特征在于，所述俯仰机构(5)包括与伸缩装置(3)固定连接的俯仰金属外壳(502)，所述俯仰金属外壳(502)内设置俯仰数字舵机(501)，所述俯仰数字舵机(501)的输出轴连接俯仰金属舵盘(506)，所述俯仰金属舵盘(506)远离俯仰数字舵机(501)的一端设置俯仰法兰盘(503)，所述俯仰法兰盘(503)与配重块连接件(505)固定连接，所述配重块连接件(505)远离俯仰金属外壳(502)的一端固定连接配重块(504)；

所述俯仰数字舵机(501)通过导线与中央控制系统(7)和电源(8)电性连接。

9.根据权利要求1所述的牵引式助老爬楼装置，其特征在于，所述后端抓握装置(2)一侧固定设置平衡机构(6)，所述平衡机构(6)包括与后端金属外壳(202)固定连接的平衡臂连接件(602)，所述平衡臂连接件(602)远离后端金属外壳(202)的一端可拆卸连接一对平衡臂(601)。

10.一种如权利要求1-9中任意一项所述的牵引式助老爬楼装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤，且以下步骤顺次进行：

步骤S1：在装置使用前在中央控制系统(7)的显示面板上设置好各项参数，包括楼梯扶手(303)的转弯角度、装置提供的牵引力大小、根据老人爬楼速度设计的装置行进速度以及平衡机构(6)中平衡臂(601)与平衡臂连接件(602)之间的角度，设置完成后老人将本装置放置到楼梯扶手(303)上，按下装置扶手(303)上的准备按钮，前端抓握装置(1)与后端抓握装置(2)中的前端数字舵机(101)与后端数字舵机(201)的舵机转轴顺时针转动分别带动各自与之相连的前端金属舵盘(106)、后端金属舵盘(206)转动使前端硬铝合金爪(104)与后端硬铝合金爪(204)张开，同时伸缩装置(3)在电动机(302)的带动下使伸缩杆(301)复位到收缩状态，老人将装置放置在楼梯扶手(303)上，前端抓握装置(1)与后端抓握装置(2)中的前端数字舵机(101)与后端数字舵机(201)的舵机转轴逆时针转动分别带动各自与之相连的前端金属舵盘(106)、后端金属舵盘(206)转动使前端硬铝合金爪(104)与后端硬铝合金爪(204)闭合握紧楼梯扶手(303)，装置做好爬楼前准备工作；

步骤S2：以楼梯扶手(303)在右侧，90°转弯为例；老人握紧本装置扶手(303)右脚迈上第一个台阶同时按下前进按钮，通过中央控制系统(7)控制作用，前端抓握装置(1)中前端数字舵机(101)带动前端金属舵盘(106)顺时针转动，前端金属舵盘(106)带动与之相连的前端硬铝合金爪(104)使之旋转张开同时伸缩装置(3)中伸缩杆(301)在电动机(302)带动下伸长并达到极限位置，前端抓握装置(1)中前端数字舵机(101)带动前端金属舵盘(106)逆时针转动，前端金属舵盘(106)带动与之相连的前端硬铝合金爪(104)使之旋转闭合握紧楼梯扶手(303)，后端抓握装置(2)中后端数字舵机(201)带动后端金属舵盘(206)顺时针转动，后端金属舵盘(206)带动与之相连的后端硬铝合金爪(204)使之旋转张开同时老人迈出左脚伸缩装置(3)中伸缩杆(301)在电动机(302)带动下收缩带动后端抓握装置(2)并通过老人手臂牵引老人身体迈上第一个台阶，此时老人双脚都在第一个台阶；

步骤S3：以步骤S2类推并重复步骤S2直到到达楼梯扶手(303)转弯位置时，老人按下装置扶手(303)上转弯按钮，通过中央控制系统(7)控制前端抓握装置(1)中前端数字舵机(101)带动前端金属舵盘(106)顺时针转动，前端金属舵盘(106)带动与之相连的前端硬铝合金爪(104)使之旋转张开，之后装置俯仰机构(5)中俯仰数字舵机(501)带动俯仰金属舵盘(506)逆时针转动，俯仰金属舵盘(506)带动俯仰法兰盘(503)转动，俯仰法兰盘(503)通过金属键带动配重块连接件(505)以及整个装置前端仰起一定角度使前端硬铝合金爪(104)能跨过楼梯扶手(303)，此时装置偏转机构(4)中后爪偏转数字舵机(401)带动后爪偏转金属舵盘(408)顺时针转动，后爪偏转金属舵盘(408)带动后爪偏转法兰盘(403)转动，后爪偏转法兰盘(403)带动配重块连接件(505)以及装置前端右转一定角度，同时，由于前爪偏转法兰盘(406)与前爪偏转金属舵盘(407)固定在伸缩杆(301)上，所以前爪偏转数字舵机(405)带动前爪偏转金属舵盘(407)顺时针转动时引起自身自转，前爪偏转数字舵机(405)的自转带动前爪偏转金属外壳(404)右转，且前爪偏转金属外壳(404)通过前端连接件(105)与前端抓握装置(1)相连，因此前端抓握装置(1)同步向右转过一定角度，此时装置俯仰机构(5)中俯仰数字舵机(501)带动俯仰金属舵盘(506)顺时针转动，俯仰金属舵盘(506)带动俯仰法兰盘(503)转动，俯仰法兰盘(503)通过金属键带动配重块连接件(505)以及整个装置前端俯回一定角度使前端抓握装置(1)能握准楼梯扶手(303)弧形转弯部分，之后前端抓握装置(1)中前端数字舵机(101)带动前端金属舵盘(106)逆时针转动，前端金属舵盘(106)带动与之相连的前端硬铝合金爪(104)使之旋转闭合握紧楼梯扶手(303)弧形转弯部分，之后后端抓握装置(2)中后端数字舵机(201)带动后端金属舵盘(206)顺时针转动，后端金属舵盘(206)带动与之相连的后端硬铝合金爪(204)使之轻微旋转张开，

此时伸缩装置(3)中伸缩杆(301)在电动机(302)带动下收缩牵引装置后端沿楼梯扶手(303)转弯部分滑动，待伸缩杆(301)完全缩回时后端抓握装置(2)中后端数字舵机(201)带动后端金属舵盘(206)逆时针转动，后端金属舵盘(206)带动与之相连的后端硬铝合金爪(204)使之旋转闭合握紧楼梯扶手(303)转弯部分，之后前端抓握装置(1)中前端数字舵机(101)带动前端金属舵盘(106)顺时针转动，前端金属舵盘(106)带动与之相连的前端硬铝合金爪(104)使之旋转张开，之后装置俯仰机构(5)中俯仰数字舵机(501)带动俯仰金属舵盘(506)逆时针转动，俯仰金属舵盘(506)带动俯仰法兰盘(503)转动，俯仰法兰盘(503)通过金属键带动配重块连接件(505)以及整个装置前端仰起一定角度使前端硬铝合金爪(104)能跨过楼梯扶手(303)转弯部分，之后装置偏转机构(4)中后爪偏转数字舵机(401)带动后爪偏转金属舵盘(408)顺时针转动，后爪偏转金属舵盘(408)带动后爪偏转法兰盘(403)转动，后爪偏转法兰盘(403)带动配重块连接件(505)以及装置前端右转一定角度，同时，由于前爪偏转法兰盘(406)与前爪偏转金属舵盘(407)固定在伸缩杆(301)上，所以前爪偏转数字舵机(405)带动前爪偏转金属舵盘(407)顺时针转动时引起自身自转，前爪偏转数字舵机(405)的自转带动前爪偏转金属外壳(404)右转，且前爪偏转金属外壳(404)通过前端连接件(105)与前端抓握装置(1)相连，因此前端抓握装置(1)同步向右转过一定角度，此时装置俯仰机构(5)中俯仰数字舵机(501)带动俯仰金属舵盘(506)顺时针转动，俯仰金属舵盘(506)带动俯仰法兰盘(503)转动，俯仰法兰盘(503)通过金属键带动配重块连接件(505)以及整个装置前端俯回一定角度使前端抓握装置(1)能握准楼梯扶手(303)转弯后的下一段直线部分，之后前端抓握装置(1)中前端数字舵机(101)带动前端金属舵盘(106)逆时针转动，前端金属舵盘(106)带动与之相连的前端硬铝合金爪(104)使之旋转闭合握紧转弯后的下一段直线部分，此时后端抓握装置(2)中后端数字舵机(201)带动后端金属舵盘(206)顺时针转动，后端金属舵盘(206)带动与之相连的后端硬铝合金爪(204)使之轻微旋转张开，伸缩装置(3)中伸缩杆(301)在电动机(302)带动下收缩牵引装置后端沿楼梯扶手(303)转弯部分滑动，待伸缩杆(301)完全缩回时后端抓握装置(2)中后端数字舵机(201)带动后端金属舵盘(206)逆时针转动，后端金属舵盘(206)带动与之相连的后端硬铝合金爪(204)使之旋转闭合握紧转弯后的下一段直线部分；至此，装置转弯完成，装置转弯过程中老人在楼梯转弯平台上自行转到转弯后的下一段楼梯前即可；

步骤S4：重复步骤S2、S3直到老人完成所有爬楼动作，之后老人按下停止复位按钮，前端抓握装置(1)与后端抓握装置(2)中的前端数字舵机(101)与后端数字舵机(201)的舵机转轴顺时针转动分别带动各自与之相连的前端金属舵盘(106)、后端金属舵盘(206)转动使前端硬铝合金爪(104)与后端硬铝合金爪(204)张开，同时伸缩装置(3)在电动机(302)的带动下使伸缩杆(301)复位到收缩状态，老人将从楼梯扶手(303)上取下，前后端抓握装置(2)闭合；前端抓握装置(1)与后端抓握装置(2)中的前端数字舵机(101)与后端数字舵机(201)的舵机转轴逆时针转动分别带动各自与之相连的前端金属舵盘(106)、后端金属舵盘(206)转动使前端硬铝合金爪(104)与后端硬铝合金爪(204)闭合。

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