CN112572583B - 一种自主辅助驱动的平稳爬楼装置 - Google Patents

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Abstract

一种自主辅助驱动的平稳爬楼装置,涉及爬楼设备领域,包括底板部分、骨架部分、壳体部分,底板部分采用错位多排轮结构,多排轮采用对称布置,与底板之间靠燕尾槽衔接;骨架部分用于轮椅、四角固定装置以及挡板的支撑;壳体部分上设有四个固定装置以及挡板,用于限制轮椅在爬楼装置上的滑动。本发明以错位多排轮结构承载运动与具有伸缩臂行星轮爬楼助力为基础的可载人/物的绿色平稳爬楼装置,满足了结构简单、价格低廉、耗能低、智能自主辅助驱动等的性能需求,确保了其爬楼过程的稳定性和舒适度。承载轮椅时,可以匹配市场上大多数的轮椅型号,具有良好的普适性;不承载轮椅时,可进行楼梯间有特殊需求的货物运输,具有很高的便利性及应用前景。

Description

一种自主辅助驱动的平稳爬楼装置
技术领域
本明涉及爬楼设备领域,具体涉及一种自主辅助驱动的平稳爬楼装置。
背景技术
爬楼轮椅对于一些居住在没有电梯的公寓式楼房的老年人和残疾人士提供了相当大的便利,而目前市场上爬楼轮椅按传动方式主要分为星轮式、履带式和步进支撑式。其中,星轮式虽然结构简单,造价低廉,但由于其在爬行过程中存在“上下起伏”问题,导致老弱者等产生不同程度的眩晕等不舒适感。因此,乘坐舒适度问题限制了其在市场上的推广;履带式爬楼轮椅相对于星轮式在舒适度与安全性上有所提高,但履带式爬楼轮椅爬行阻力大,需要电机等进行“主动驱动”才能完成上、下楼的动作,功耗严重。同时,其在转角处转向灵敏性差;步进支撑式爬楼轮椅由于其传动机构复杂而又高度集成的模块化结构,加之大量高硬度轻质材料的使用导致造价高昂,距离普通百姓人家还有一定距离。
发明内容
综合上述爬楼方式的优点与不足,立足于绿色设计,旨在人力与电力匹配结合,在人力辅助下,实现爬楼的“零起伏”平稳舒适性与蓄电池工作时间的大幅度延长。
为了达到上述目的,本发明采用的技术方案是:
一种自主辅助驱动的平稳爬楼装置,包括底板部分、骨架部分、壳体部分,底板部分采用错位多排轮结构,多排轮采用对称布置,与底板之间靠燕尾槽衔接;骨架部分用于轮椅、四角固定装置以及挡板的支撑;壳体部分上设有四个固定装置以及挡板,用于限制轮椅在爬楼装置上的滑动。
进一步的,底板部分由行星轮、底板、多排轮、推杆感应系统、电机、同步带、主轴部分、PLC组成,其中推杆感应系统由握把、推杆、压力传感器、固定件组成,电机带动具有自主伸缩功能的行星轮公转,产生不影响平稳的爬坡力,依据推杆感应系统中压力传感器捕捉推杆系统中结构的变形量,进而通过PLC转化为对电机的分级助力的控制驱动信号。
进一步的,骨架部分包括槽钢、支撑板,并通过矩形钢相连接,槽钢底部设有主支撑柱,支撑板底部设有短支撑柱,还包括支撑片,支撑片底部设有长支撑柱。
进一步的,壳体部分包括外壳和外壳上设有的固定装置,还包括外壳上设有的挡板部分和设置在外壳一端的辅助上车装置。
本发明达到的技术效果是:
本爬楼装置在保证爬楼过程安全性的前提下,以“蟒蛇”多排牙齿进食为参考,采用新型具有伸缩臂系统的星轮式电机驱动爬楼动力系统,研发出一款以错位多排轮结构为基础的可载人/物的绿色平稳爬楼装置,既满足了结构简单、价格低廉、耗能低、智能自主辅助驱动等的性能需求,又确保了其爬楼过程的稳定性和舒适度。承载轮椅时,可以匹配市场上大多数的轮椅型号,具有良好的普适性;不承载轮椅时,可进行楼梯间有特殊需求的货物运输,具有很高的便利性及应用前景。
附图说明
图1爬楼装置工作过程示意图。
图2固定位置示意图。
图3为本发明爬楼装置结构示意图。
图4爬楼装置底板部分示意图。
图5推杆感应系统示意图。
图6多排轮部分示意图。
图7主轴部分示意图。
图8行星轮示意图。
图9骨架部分结构图。
图10壳体部分示意图。
图11挡板示意图。
图12固定装置示意图。
图13辅助上车部分示意图。
图中:1、轮椅;2、爬楼装置;2-1、底板部分;2-2、骨架部分;2-3、壳体部分;2-1-1、行星轮;2-1-2、底板;2-1-3、多排轮;2-1-4、推杆感应系统;2-1-5、电机;2-1-6、同步带;2-1-7、主轴部分;2-1-8、PLC;2-1-4-1、握把;2-1-4-2、推杆;2-1-4-3、压力传感器;2-1-4-4、固定件;2-1-3-1、燕尾槽;2-1-3-2、缓冲弹簧;2-1-3-3、万向轮架;2-1-3-4、尼龙轮;2-1-7-1、轴承端盖;2-1-7-2、带座轴承;2-1-7-3、键Ⅰ;2-1-7-4、主轴;2-1-7-5、键Ⅱ;2-1-7-6、套筒Ⅰ;2-1-7-7、同步带轮;2-1-7-8、套筒Ⅱ;2-1-7-9、轴套;2-1-1-1、尼龙轮;2-1-1-2、行星轮外板;2-1-1-3、连接件;2-1-1-4、套筒;2-1-1-5、缓冲弹簧;2-1-1-6、三爪轴套;2-2-1、支撑片;2-2-2、长支撑柱;2-2-3、主支撑柱;2-2-4、槽钢;2-2-5、矩形钢;2-2-6、短支撑柱;2-2-7、支撑板;2-3-1、挡板部分;2-3-2、外壳;2-3-3、固定装置;2-3-4、辅助上车装置;2-3-1-1、下链接固定件;2-3-1-2、主连接件;2-3-1-3、紧定螺钉;2-3-1-4、辅助连接件;2-3-1-5、中间连接固定件;2-3-1-6、副连接件;2-3-1-7、上连接固定件;2-3-3-1、上顶盖;2-3-3-2、方颈圆Ⅰ;2-3-3-3、棘轮;2-3-3-4、轴承;2-3-3-5、锁扣;2-3-3-6、方颈圆Ⅱ;2-3-3-7、下底座;2-3-3-8、双盘套圈;2-3-4-1、载轮平板;2-3-4-2、连接套;2-3-4-3、承重方钢;2-3-4-4、固定连杆;2-3-4-5、固定圆套;2-3-4-6、方钢夹;2-3-4-7、卡扣;2-3-4-8、活页。
具体实施方式
如图1、2所示,本发明以“蟒蛇”多排牙齿进食为仿生设计参考,提出错位多排轮作为行走机构,采用新型具有伸缩臂系统的星轮式电机驱动爬楼动力系统,进而研发一款人力、电力或二者结合智能自主辅助驱动的可用于载人/物的绿色平稳爬楼装置,具有节能、爬楼平稳、结构简单、安全可靠、性价比高等功能特点。同时,本爬楼装置与市场上大多数型号的轮椅相匹配,固定连接界面安全便捷。除承载轮椅时,也可用于楼梯间的货物运输,从而最大限度的提高产品的利用率。
爬楼轮椅整体结构如图3所示,包括底板部分2-1、骨架部分2-2、壳体部分2-3,底板部分2-1采用错位多排轮结构,从而避免了履带式结构带来的耗能、结构复杂、成本高等缺点,多排轮采用对称布置,与底板之间靠燕尾槽衔接,便于拆装,同时排轮之间错开一定的距离,最大化地增加爬楼过程中排轮与楼梯的接触,提高了爬楼过程的稳定性与安全性。
骨架部分2-2主要为轮椅、四角的固定装置2-3-3以及挡板提供支撑,保证爬楼过程中的安全性。
壳体部分2-3上设有四个固定装置2-3-3以及挡板2-3-1,其主要作用为限制轮椅在爬楼装置上的滑动,保证人乘坐时的安全性。为实现轮椅从地面到爬楼装置的平稳过渡,本爬楼装置还设有辅助上车装置2-3-4。
下面结合附图对本发明各组成部分做详细说明。
底板部分2-1如图4所示,由附图4可知,底板部分2-1由行星轮2-1-1、底板2-1-2、多排轮2-1-3、推杆感应系统2-1-4、电机2-1-5、同步带2-1-6、主轴部分2-1-7、PLC2-1-8组成,其中推杆感应系统2-1-4由握把2-1-4-1、推杆2-1-4-2、压力传感器2-1-4-3、固定件2-1-4-4组成。如图4、图5所示,该爬楼装置通过电机2-1-5带动行星轮2-1-1的公转产生爬升力,爬楼过程中,依据推杆感应系统2-1-4中压力传感器2-1-4-3捕捉推杆系统中结构的变形量,进而通过PLC 2-1-8转化为对电机的分级助力的控制驱动信号,从而实现爬楼装置的辅助人力的自适应助推,如实现轮椅爬坡、下坡自适应动力与制动辅助、平地行走无需电动仅靠人力辅助等。
如图6所示,爬楼装置的底部为具有轴向伸缩性的仿生多排轮结构,增大爬楼过程中与楼梯的接触的同时,保证了平稳性与安全性,避免过程中出现打滑,重心不稳的现象。多排轮2-1-3包括尼龙轮2-1-3-4、万向轮架2-1-3-3,缓冲弹簧2-1-3-2,其组装为一体后与底板2-1-2通过燕尾槽2-1-3-1相衔接。排轮的缓冲弹簧2-1-3-2能够有效缓解爬楼过程中的颠簸问题,提高人乘坐时的舒适度。
主轴及行星轮部分如图7、图8所示,其中主轴部分2-1-7包括主轴2-1-7-4、套筒Ⅰ2-1-7-6、同步带轮2-1-7-7、套筒Ⅱ2-1-7-8并组装为一体,主轴2-1-7两端分别设有轴套2-1-7-9、带座轴承2-1-7-2、轴承端盖2-1-7-1,主轴上还设有键Ⅰ2-1-7-3和键Ⅱ2-1-7-5。本发明行星轮2-1-1包括尼龙轮2-1-1-1、行星轮外板2-1-1-2、连接件2-1-1-3、三爪轴套2-1-1-6,三爪轴套2-1-1-6设置在两行星轮外板2-1-1-2中间,每爪上设有套筒2-1-1-4并通过连接件2-1-1-3与尼龙轮2-1-1-1相连接,套筒2-1-1-4与行星轮之间设有缓冲弹簧2-1-1-5,形成行星轮的伸缩臂系统,同时行星轮外板2-1-1-2上开有U型槽,用于配合缓冲弹簧2-1-1-5进行轴向伸缩运动,提高了爬楼过程中的稳定性。
爬楼装置骨架结构如图9所示,骨架部分2-2包括槽钢2-2-4、支撑板2-2-7,并通过矩形钢2-2-5相连接,槽钢2-2-4底部设有主支撑柱2-2-3,支撑板2-2-7底部设有短支撑柱2-2-6,还包括支撑片2-2-1,支撑片底部设有长支撑柱2-2-2。其中支撑片2-2-1和长支撑柱2-2-2用于支撑四个固定装置2-3-3,槽钢2-2-4和主支撑柱2-2-3用于承载轮椅,其余部分用于为挡板部分2-3-1提供支撑。
如图10所示,壳体部分2-3包括外壳2-3-2和外壳上设有的固定装置2-3-3,还包括外壳上设有的挡板部分2-3-1和设置在外壳一端的辅助上车装置2-3-4。
如图11、12所示,挡板部分2-3-1包括下链接固定件2-3-1-1、主连接件2-3-1-2、、辅助连接件2-3-1-4、中间连接固定件2-3-1-5、副连接件2-3-1-6、上连接固定件2-3-1-7组成的方形体,主连接件2-3-1-3上设有紧定螺钉2-3-1-3。固定装置2-3-3包括下底座2-3-3-7和与其上部连接的上顶盖2-3-3-1,下底座2-3-3-7和上顶盖2-3-3-1之间设有双盘套圈2-3-3-8,双盘套圈2-3-3-8两端设有轴承,一端设有棘轮2-3-3-3,并固定在下底座2-3-3-7上,双盘套圈2-3-3-8上还设有锁扣2-3-3-5。本发明固定装置2-3-3和挡板部分2-3-1主要作用为保证爬楼过程中的安全性。爬楼装置的外壳上分布有四个轮椅固定装置2-3-3,固定装置2-3-3中的双盘套圈2-3-3-8中缠有尼龙带,配合挂环可将轮椅的四角固定,其次,由骨架支撑的两段槽钢2-3-4能有效限制轮椅在爬楼过程中的转动,最后,在爬楼装置的中部设有可拆卸的挡板部分2-3-1,可辅助固定装置2-3-3,避免在爬楼过程中因过重产生的轮椅下滑现象。四角固定装置2-3-3配合槽钢2-2-4以及挡板部分2-3-1的固定方法,能够保证轮椅在爬楼过程中不转向,不打滑,不歪斜。
如图13所示,为实现轮椅从地面到爬楼装置的平稳过渡,本爬楼装置还设有辅助上车装置,辅助上车装置2-3-4包括载轮平板2-3-4-1,通过承重方钢2-3-4-3及两端设有的固定圆套2-3-4-5固定在壳体部分2-3上,还包括两个固定连杆2-3-4-4,通过连接套2-3-4-2和活页2-3-4-8与载轮平板2-3-4-1相连接,包括用于卡接固定连杆2-3-4-4的卡扣2-3-4-7,固定在壳体部分2-3上。当需要使用爬楼装置进行爬楼工作时,只需使固定连杆2-3-4-4从卡扣2-3-4-7中拖出,放下载轮平板2-3-4-1即可将轮椅沿斜坡面推上爬楼装置。

Claims (7)

1.一种自主辅助驱动的平稳爬楼装置,其特征是:包括底板部分(2-1)、骨架部分(2-2)、壳体部分(2-3),底板部分(2-1)采用错位多排轮结构,多排轮采用对称布置,与底板之间靠燕尾槽衔接;骨架部分(2-2)用于轮椅、四角固定装置(2-3-3)以及挡板的支撑;壳体部分(2-3)上设有四个固定装置(2-3-3)以及挡板(2-3-1),用于限制轮椅在爬楼装置上的滑动;
底板部分(2-1)由行星轮(2-1-1)、底板(2-1-2)、多排轮(2-1-3)、推杆感应系统(2-1-4)、电机(2-1-5)、同步带(2-1-6)、主轴部分(2-1-7)、PLC(2-1-8)组成,其中推杆感应系统(2-1-4)由握把(2-1-4-1)、推杆(2-1-4-2)、压力传感器(2-1-4-3)、固定件(2-1-4-4)组成,电机(2-1-5)带动行星轮(2-1-1)公转,产生不影响平稳的爬坡力,依据推杆感应系统(2-1-4)中压力传感器(2-1-4-3)捕捉推杆系统中结构的变形量,进而通过PLC(2-1-8)转化为对电机的分级助力的控制驱动信号;
壳体部分(2-3)包括外壳(2-3-2)和外壳上设有的固定装置(2-3-3),还包括外壳上设有的挡板部分(2-3-1)和设置在外壳一端的辅助上车装置(2-3-4);
行星轮(2-1-1)包括尼龙轮(2-1-1-1)、行星轮外板(2-1-1-2)、连接件(2-1-1-3)、三爪轴承(2-1-1-6),三爪轴承(2-1-1-6)设置在两行星轮外板(2-1-1-2)中间,每爪上设有套筒(2-1-1-4)并通过连接件(2-1-1-3)与尼龙轮(2-1-1-1)相连接,套筒(2-1-1-4)与行星轮之间设有缓冲弹簧(2-1-1-5),形成行星轮的伸缩臂系统,同时行星轮外板(2-1-1-2)上开有U型槽,用于配合缓冲弹簧(2-1-1-5)进行轴向伸缩运动。
2.根据权利要求1所述的自主辅助驱动的平稳爬楼装置,其特征是:骨架部分(2-2)包括槽钢(2-2-4)、支撑板(2-2-7),并通过矩形钢(2-2-5)相连接,槽钢(2-2-4)底部设有主支撑柱(2-2-3),支撑板(2-2-7)底部设有短支撑柱(2-2-6),还包括支撑片(2-2-1),支撑片底部设有长支撑柱(2-2-2);其中支撑片2-2-1和长支撑柱2-2-2用于支撑四个固定装置2-3-3,槽钢2-2-4和主支撑柱2-2-3用于承载轮椅,其余部分用于支撑挡板部分2-3-1。
3.根据权利要求1所述的自主辅助驱动的平稳爬楼装置,其特征是:多排轮(2-1-3)包括尼龙轮(2-1-3-4)、万向轮架(2-1-3-3),缓冲弹簧(2-1-3-2),其组装为一体后与底板(2-1-2)通过燕尾槽(2-1-3-1)相衔接。
4.根据权利要求1所述的自主辅助驱动的平稳爬楼装置,其特征是:多主轴部分(2-1-7)包括主轴(2-1-7-4)、套筒Ⅰ(2-1-7-6)、同步带轮(2-1-7-7)、套筒Ⅱ(2-1-7-8)并组装为一体,主轴(2-1-7)两端分别设有轴套(2-1-7-9)、带座轴承(2-1-7-2)、轴承端盖(2-1-7-1),主轴上还设有键Ⅰ(2-1-7-3)和键Ⅱ(2-1-7-5)。
5.根据权利要求1所述的自主辅助驱动的平稳爬楼装置,其特征是:挡板部分(2-3-1)为方形体,包括下链接固定件(2-3-1-1)、主连接件(2-3-1-2)、辅助连接件(2-3-1-4)、中间连接固定件(2-3-1-5)、副连接件(2-3-1-6)、上连接固定件(2-3-1-7),主连接件(2-3-1-3)上设有紧定螺钉(2-3-1-3)。
6.根据权利要求1所述的自主辅助驱动的平稳爬楼装置,其特征是:固定装置(2-3-3)包括下底座(2-3-3-7)和上部连接的上顶盖(2-3-3-1),下底座(2-3-3-7)和上顶盖(2-3-3-1)之间设有双盘套圈(2-3-3-8),双盘套圈(2-3-3-8)两端设有轴承,一端设有棘轮(2-3-3-3),并固定在下底座(2-3-3-7)上,双盘套圈(2-3-3-8)中缠有尼龙带,配合挂环可将轮椅的四角固定。
7.根据权利要求1所述的自主辅助驱动的平稳爬楼装置,其特征是:辅助上车装置(2-3-4)包括载轮平板(2-3-4-1),以及与载轮平板(2-3-4-1)相连接的固定连杆(2-3-4-4),用于将轮椅沿斜坡面推上爬楼装置。
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