CN112777453B

CN112777453B - 一种基于摩擦自锁的楼道登楼辅助装置

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Publication number: CN112777453B
Application number: CN202110139723.XA
Authority: CN
Inventors: 宁玮辰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-02-01
Filing date: 2021-02-01
Publication date: 2022-08-12
Anticipated expiration: 2041-02-01
Also published as: CN112777453A

Abstract

本发明提供了一种基于摩擦自锁的楼道登楼辅助装置，包括能够夹持楼道扶梯的夹持机构、能够带动所述夹持机构夹持或放松楼道扶梯的传动机构、以及能够驱动传动机构的扶手；通过所述扶手能够通过所述传动机构驱动所述夹持机构夹持或放松楼道扶梯；当所述夹持机构夹持楼道扶梯时，所述夹持机构与楼道扶梯之间处于夹紧自锁状态，所述辅助装置不能沿楼道扶梯移动；当所述夹持机构放松楼道扶梯时，所述辅助装置能够沿楼道扶梯移动。本发明解决了现有的电动驱动登楼辅助器安全性过低、供电繁琐、成本过大等问题，也解决现有的无动力驱动装置仍需通过老人腿部发力登楼、支撑不稳定的安全隐患。

Description

一种基于摩擦自锁的楼道登楼辅助装置

技术领域

本发明涉及一种楼道登楼时使用的辅助装置，特别是涉及一种安装在楼道扶梯上的基于摩擦自锁的楼道登楼辅助装置。

背景技术

随着我国经济的高质量发展，城市化建设突飞猛进，住宅配套设施不断完善，通过电梯及电动扶梯登楼已非常方便安全。但是在上世纪末建设的大量住宅，由于建筑结构设计水平以及经济水平的限制，大多未安装电梯或电动扶梯装置。我国已进入老龄社会，这些老旧的住宅一般都是老人居住。随着年龄的增加，老人的腿部力量不足。然而在登楼时主要依靠腿部力量完成运动，对老人来说非常费力。因此，老人登楼既不方便也不安全，已成为老人日常生活的难题之一。另一方面，随着城市中天桥及带有楼梯的其他基础设施的不断增加，也给老人的出行带来不便。

目前辅助老人登楼的装置包括电动驱动装置和无动力驱动两类。

1、电动驱动装置：

中国专利CN 109898763 A公开了一种楼道登楼辅助器，利用电源带动螺型驱动轮转动，依靠螺纹传动使安装在扶手架上的扶手沿轨道进行上下运动。老人通过抓扶手并按动电动装置的按钮驱动扶手上下。但该装置存在严重安全问题，扶手在电动驱动运动时，由于老人的腿部力量不足，就有可能因为老人运动速度跟不上扶手速度而导致摔倒，甚至威胁到老人的生命安全。其次这种装置要进行充电，在老旧的住宅区或者是天桥等基础设施还需要设置电源充电装置，导致造价过高，不能广泛的应用到所有的老旧住宅区或者天桥等基础设施中。

2、无动力驱动装置：

中国专利CN 106263330 A公布了一种自助登梯省力拐杖。这种省力拐杖是由一个只有阶梯高度一半的踏板以及安装在踏板上的拐杖组成。老人可以一个手扶着拐杖，一只脚先踩到只有阶梯高度一半的踏板上，然后另一只脚踏上同一台阶的另一半高度。这样使得每个阶梯用两步来完成，每步只需用一半的腿力。这种拐杖虽然省力，但行走的步数变多，且还是利用老人的腿部力量上楼梯，未解决老人难以登楼的根本问题。另外，省力拐杖在地面支撑可能出现不稳定的安全隐患。

发明内容

本发明的目的就是为了克服现有楼道登楼辅助装置存在的缺陷而提供一种基于摩擦自锁的楼道登楼辅助装置。用于解决现有的电动驱动登楼辅助器安全性过低、供电繁琐、成本过大等问题。以及解决现有的无动力驱动装置仍需通过老人腿部发力登楼、支撑不稳定的安全隐患。

本发明的技术方案为：

所述一种基于摩擦自锁的楼道登楼辅助装置，包括能够夹持楼道扶梯(19)的夹持机构、能够带动所述夹持机构夹持或放松楼道扶梯(19)的传动机构、以及能够驱动传动机构的扶手；通过所述扶手能够通过所述传动机构驱动所述夹持机构夹持或放松楼道扶梯(19)；当所述夹持机构夹持楼道扶梯(19)时，所述夹持机构与楼道扶梯(19)之间处于夹紧自锁状态，所述辅助装置不能沿楼道扶梯(19)移动；当所述夹持机构放松楼道扶梯(19)时，所述辅助装置能够沿楼道扶梯(19)移动。

进一步的，所述传动机构和所述夹持机构布置壳体内；所述述壳体内部还安装有滚轮(11)；当所述辅助装置沿楼道扶梯(19)移动时，所述滚轮(11)沿楼道扶梯(19)运动，所述辅助装置通过滚轮(11)与楼道扶梯(19)形成滚动配合。

进一步的，所述夹持机构包括左夹片和右夹片，且左夹片和右夹片中与楼道扶梯(19)配合的部位布置有增大摩擦力的垫片。

进一步的，所述传动机构采用齿轮传动机构，包括转轴位置固定的主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮固定连接左夹片，所述从动齿轮固定连接右夹片；通过扶手驱动主动齿轮绕自身转轴转动，带动从动齿轮正转或反转，能够实现左夹片和右夹片相向或相背运动，实现夹持或放松楼道扶梯(19)。

进一步的，所述主动齿轮和从动齿轮为模数、齿数、齿宽相同的齿轮，通过外啮合配合传动。

进一步的，所述传动机构采用摇杆传动机构，包括主动摇杆、两根连杆和两个从动摇杆；主动摇杆与两根连杆通过转动副连接，两根连杆与两个从动摇杆对应通过转动副连接，主动摇杆以及两个从动摇杆通过位置固定的转轴安装在壳体内；通过扶手驱动主动摇杆绕自身转轴转动，进而通过连杆带动两个从动摇杆绕自身转轴转动，能够实现左夹片和右夹片相向或相背运动，实现夹持或放松楼道扶梯(19)。

进一步的，所述扶手采用不可拆卸的折叠式结构，包括扶手杆、扶手筒和套筒；所述扶手筒与所述传动机构固定连接；所述扶手杆一端与所述扶手筒一端通过销轴连接，所述扶手杆能够通过销轴绕所述扶手筒一端转动；所述套筒套在所述扶手杆与所述扶手筒通过销轴连接的部位，且所述套筒侧壁上具有开槽，通过转动套筒能够实现利用套筒侧壁开槽对所述扶手杆相对所述扶手筒的转动自由度进行锁定和释放。

进一步的，所述扶手采用可拆卸结构，包括扶手杆和扶手筒；所述扶手筒与所述传动机构固定连接；所述扶手杆一端与所述扶手筒一端通过螺纹配合连接。

有益效果

本发明提供了一种基于摩擦自锁的楼道登楼辅助装置，解决了现有的电动驱动登楼辅助器安全性过低、供电繁琐、成本过大等问题，也解决现有的无动力驱动装置仍需通过老人腿部发力登楼、支撑不稳定的安全隐患。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为齿轮传动机构的自锁受力分析示意图。

图2为齿轮传动不可拆卸折叠式装置工作状态前剖面图。

图3为齿轮传动不可拆卸折叠式装置非工作状态前剖面图。

图4为齿轮传动可拆卸拐杖式装置工作状态前剖面图。

图5为齿轮传动可拆卸拐杖式装置非工作状态前剖面图。

图6为双摇杆夹紧可拆卸拐杖式装置工作状态前剖面图。

图7为双摇杆夹紧可拆卸拐杖式装置非工作状态前剖面图。

图8为双摇杆夹紧不可拆卸折叠式装置工作状态前剖面图。

图9为双摇杆夹紧不可拆卸折叠式装置非工作状态前剖面图。

具体实施方式

本发明提出的基于摩擦自锁的楼道登楼辅助装置采用杠杆原理实现装置的摩擦自锁。包括能够夹持楼道扶梯19的夹持机构、能够带动所述夹持机构夹持或放松楼道扶梯19的传动机构、以及能够驱动传动机构的扶手。传动机构采用齿轮传动或双摇杆机构，扶手采用可拆卸拐杖式或不可拆卸折叠式。

所述齿轮传动是通过两个模数、齿数、齿宽相同的齿轮外啮合来进行传动。夹持机构的夹片与两个齿轮固联，橡胶片固定在夹片上，且制成与扶梯相同的形状，增加接触面积。

对于不可拆卸折叠式扶手，扶手杆与扶手筒通过销轴铰接，扶手杆能够在垂直方向转动。扶手筒固定在主动齿轮端面上。扶手杆在非工作状态下折叠悬挂在扶梯的一侧，使用时可以将其置于水平位置。而对于可拆卸拐杖式，扶手杆与扶手筒通过螺纹连接。工作时将扶手杆和扶手筒旋合。可拆卸的扶手杆可与老人出行的拐杖合为一体：在登楼时作为扶手，拆卸下来后作为行走的拐杖。通过拉动或推动扶手杆使得扶手筒转动，扶手筒带动着齿轮与夹片一起转动，两个外啮合的齿轮转向相反，从动齿轮带动着其上固联的夹片做相反的转动，使得两夹片与扶梯处于夹紧自锁或放松运动状态。

对于不可拆卸折叠式扶手，采用套筒作为扶手杆与扶手筒之间旋转的锁定装置，套筒上具有开槽结构，当扶手杆处于工作状态时，为了防止扶手杆再次转动至垂直状态，将套筒旋转即可将扶手杆与与扶手筒之间的旋转自由度锁定。

齿轮传动机构固定在外壳内部的后板上，两个齿轮轴固定在后板的一侧，两个齿轮轴使得齿轮有确定的位置。后板的另一侧固定若干个滚轮。夹片夹紧时滚轮不工作。夹片放松状态时，通过推动扶手杆使得装置整体移动，滚轮可在扶梯上滚动减少整体移动时的摩擦力。

所述双摇杆机构由两个连杆与三个摇杆通过转动副连接构成。夹片与两个从动摇杆固联，橡胶片固定在夹片上，且制成与扶梯相同的形状，增加接触面积。通过拉动或推动扶手从而使得主动摇杆进行转动，主动摇杆带动着两个连杆运动，两个连杆带动着两个从动摇杆及夹片处于夹紧自锁或放松运动状态。三个摇杆轴固定在后板的一侧，三个摇杆轴使得摇杆有确定的位置。

在楼道扶梯上安装数个所述的楼道登楼辅助装置。老人登楼结束后，推动装置向下运动，在装置重力驱动下沿扶梯自由下滑至扶梯底部，供下位老人登楼使用。

下面结合附图和具体实施例描述本发明：

如图1所示，F为老人登楼时双手拉力的合力；F_n1为主动夹片6与扶梯19的挤压力；F_n2为从动夹片7与扶梯19的挤压力；F_t1为主动齿轮1的圆周力；F_t2为从动齿轮2的圆周力。对每一个构件单独进行受力分析，对主动齿轮、扶手、主动夹片组成的构件进行分析，F、F_n1、F_t1三个力的力矩平衡。受力分析可得：

FL＝F_n1L′+F_t1r (1-1)

其中，L为双手合力的力臂；r为齿轮半径；L′为挤压力的力臂。

对从动齿轮、从动夹片组成的构件进行分析，F_n2、F_t2两个力的力矩平衡。受力分析可得：

F_t2r＝F_n2L′ (1-2)

F_t1与F_t2为一对大小相同，方向相反的作用力与反作用力。联立(1-1)(1-2)两式可得：

FL＝(F_n1+F_n2)L′ (1-3)

两个夹片上橡胶片18，20与扶梯19之间的动摩擦力：

F_f＝μ(F_n1+F_n2) (1-4)

其中，μ是夹片上橡胶片18，20与扶梯19之间的摩擦系数，约为0.4。

联立(1-3)(1-4)两式可得如下关系式：

由此可知当双手合力的力臂L大于挤压力的力臂L′的2.5倍时，动摩擦力F_f始终大于带动装置下滑的驱动力F，夹片上橡胶片18，20与扶梯19之间为静摩擦力F_f始终等于驱动力F，装置处于摩擦自锁状态，装置不会向下滑动。利用双摇杆夹紧机构传动的装置，其受力分析原理跟齿轮传动的受力分析相似，亦可处于自锁状态。

如图2、3、4、5所示，该装置的传动方式为一对齿轮传动。扶手装置为不可拆卸折叠式和可拆卸拐杖式。主动齿轮1与从动齿轮2通过外啮合进行传动，主动齿轮1和从动齿轮2的旋转方向相反。轴3用来固定主动齿轮1的位置，轴4用来固定从动齿轮2的位置。轴3和轴4固定在后板5的一侧。主动夹片6与从动夹片7分别固定在主动齿轮1和从动齿轮2上。橡胶片18，20分别固定在两个夹片上，且制成与扶梯19相同的形状，增加接触面积。夹片与齿轮同步运动，两个夹片通过夹紧扶梯19使得整个装置处于自锁状态，两个夹片通过放松扶梯19使得整个装置处于可以运动的状态。扶手筒8固定在主动齿轮1上。转动扶手筒8，主动齿轮1与主动夹片6绕轴3转动。从动齿轮2与从动夹片7以相反的方向绕轴4转动。如图2、3所示，该扶手装置为不可拆卸折叠式。扶手杆9与扶手筒8铰接。如图3所示，在非工作状态下扶手杆9转动至垂直状态。如图2所示，工作时扶手杆9转动至水平状态，当推动扶手杆9时，扶手筒8、主动齿轮1、主动夹片6、从动齿轮2、从动夹片7同时进行相应的运动。套筒10处于扶手杆9与扶手筒8铰接位置。当扶手杆9处于工作状态时，为了防止扶手杆9再次转动至垂直状态，将套筒10旋转90°即可将扶手杆9在垂直的方向卡住。后板5的另一侧固定若干个滚轮11。滚轮11与扶梯19直接接触。主动夹片6与从动夹片7夹紧时，整个装置处于夹紧自锁状态。主动夹片6与从动夹片7放松时，整个装置处于可运动状态。外壳12与底板13固联在一起，并罩住主动齿轮1、从动齿轮2、轴3、轴4、后板5、主动夹片6、从动夹片7。两夹片处于放松状态时，推动扶手杆9，当扶手筒8接触到外壳12的孔壁时，整个装置移动，滚轮11在扶梯上滚动。

具体实施时，老人上楼梯将扶手杆9由图3的垂直状态抬升至图2的水平状态。并将套筒10旋转至图2所示位置，旋转后的套筒10可以防止扶手杆9再次转动至垂直状态。向上推动扶手杆9，扶手筒8带动着主动齿轮1与主动夹片6做顺时针运动，通过外啮合的从动齿轮2与从动夹片7做逆时针运动，两个夹片处于放松状态，整个装置处于运动状态，当扶手筒8接触到外壳12的孔壁时，滚轮11在扶梯19向上滚动，带动整体装置向上滑动。当上升至一个台阶时，向下拉动扶手杆9，扶手筒8带动着主动齿轮1与主动夹片6做逆时针运动，通过外啮合的从动齿轮2与从动夹片7做顺时针运动，两个夹片与扶梯处于夹紧自锁状态，由于自锁的原因，整个装置不会向下滑动。老人通过双手抓紧扶手杆9，双臂发力辅助缓慢上升楼梯。

如图4、5所示，该齿轮传动的装置也可以搭配可拆卸的扶手，扶手杆9的一端制有外螺纹，扶手筒8的内部制有内螺纹。如图4所示，工作时将扶手杆9旋入扶手筒8中。如图5所示，非工作时将扶手杆9旋出扶手筒8，扶手杆9可以作为老人行走的拐杖。

如图6、7、8、9所示，该传动方式为双摇杆传动机构。扶手装置为不可拆卸折叠式和可拆卸拐杖式。主动摇杆17与连杆14、连杆15通过转动副连接。连杆14与从动摇杆2通过转动副连接，连杆15与从动摇杆1通过转动副连接。夹片6固定在从动摇杆1上，夹片7固定在从动摇杆2上。橡胶片18固定在两个夹片上，且制成与扶梯19相同的形状，增加接触面积。轴3、轴4、轴16固定在后板5的一侧，轴3固定从动摇杆1的位置，轴4固定从动摇杆2的位置，轴16固定主动摇杆17的位置。扶手筒8固定在主动摇杆17上。推动扶手筒8，主动摇杆17绕轴16做旋转运动，连杆14、连杆15带动着从动摇杆2、从动摇杆1运动，从动摇杆1绕轴3做旋转运动，从动摇杆2绕轴4做旋转运动。夹片6和夹片7随着从动摇杆1与从动摇杆2的转动而处于夹紧自锁或放松运动状态。如图6所示，该扶手装置为可拆卸拐杖式。扶手杆9的一端制有外螺纹，扶手筒8内制有内螺纹。工作时，扶手杆9旋入扶手筒8中。如图7所示，非工作时，扶手杆9可以旋出。后板5的另一侧固定若干个滚轮11。滚轮11与扶梯19直接接触。夹片6与夹片7夹紧时，整个装置处于夹紧状态，滚轮11不工作。夹片6与夹片7放松时，整个装置处于可以运动的状态，滚轮11开始工作，通过推动扶手杆9使得装置整体移动。外壳12与底板13固联在一起，并罩住主动摇杆17、连杆14、连杆15、从动摇杆1、从动摇杆2、夹片6、夹片7、后板5。两夹片处于放松状态时推动扶手杆9，当扶手筒8接触到外壳12的孔壁时，将带动着整个装置运动。

具体实施时，老人上楼梯将扶手杆9旋入扶手筒8中。向上推动扶手杆9，扶手筒8带动着主动摇杆17绕轴16做顺时针运动，连杆15带动着从动摇杆1绕轴3做逆时针运动，连杆14带动着从动摇杆2绕轴4做顺时针运动，两个夹片处于放松状态，整个装置处于可运动状态，当扶手筒8接触到外壳12的孔壁时，整个装置通过滚轮11沿着扶梯19向上滑动。当上升到一个台阶时，向下拉动扶手杆9，扶手筒8带动着主动摇杆17绕轴16做逆时针运动，连杆15带动着从动摇杆1绕轴3做顺时针运动，连杆14带动着从动摇杆2绕轴4做逆时针运动，两个夹片处于夹紧状态，由于自锁的原因，整个装置不会向下滑动，整个装置处于不可运动状态。老人通过双手抓紧扶手杆9，双臂发力辅助缓慢上升楼梯。

如图8、9所示，该双摇杆夹紧机构的装置也可以搭配不可拆卸折叠式的扶手。如图9所示，扶手杆9在非工作状态下处于垂直的状态。如图8所示，扶手杆9工作时处于水平的状态。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种基于摩擦自锁的楼道登楼辅助装置，其特征在于：包括能够夹持楼道扶梯（19）的夹持机构、能够带动所述夹持机构夹持或放松楼道扶梯（19）的传动机构、以及能够驱动传动机构的扶手；通过所述扶手能够通过所述传动机构驱动所述夹持机构夹持或放松楼道扶梯（19）；当所述夹持机构夹持楼道扶梯（19）时，所述夹持机构与楼道扶梯（19）之间处于夹紧自锁状态，所述辅助装置不能沿楼道扶梯（19）移动；当所述夹持机构放松楼道扶梯（19）时，所述辅助装置能够沿楼道扶梯（19）移动；所述楼道登楼辅助装置安装在楼道扶梯（19）上，且所述楼道登楼辅助装置辅助用户登楼后，所述夹持机构放松楼道扶梯（19），所述楼道登楼辅助装置能够在重力驱动下沿扶梯自由下滑至扶梯底部；

所述传动机构和所述夹持机构布置壳体内；所述壳体内部还安装有滚轮（11）；当所述辅助装置沿楼道扶梯（19）移动时，所述滚轮（11）沿楼道扶梯（19）运动，所述辅助装置通过滚轮（11）与楼道扶梯（19）形成滚动配合；

所述夹持机构包括左夹片和右夹片，且左夹片和右夹片中与楼道扶梯（19）配合的部位布置有增大摩擦力的垫片；

所述传动机构采用齿轮传动机构，包括转轴位置固定的主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮固定连接左夹片，所述从动齿轮固定连接右夹片；通过扶手驱动主动齿轮绕自身转轴转动，带动从动齿轮正转或反转，能够实现左夹片和右夹片相向或相背运动，实现夹持或放松楼道扶梯（19）。

2.根据权利要求1所述一种基于摩擦自锁的楼道登楼辅助装置，其特征在于：所述主动齿轮和从动齿轮为模数、齿数、齿宽相同的齿轮，通过外啮合配合传动。

3.根据权利要求1所述一种基于摩擦自锁的楼道登楼辅助装置，其特征在于：所述扶手采用不可拆卸的折叠式结构，包括扶手杆、扶手筒和套筒；所述扶手筒与所述传动机构固定连接；所述扶手杆一端与所述扶手筒一端通过销轴连接，所述扶手杆能够通过销轴绕所述扶手筒一端转动；所述套筒套在所述扶手杆与所述扶手筒通过销轴连接的部位，且所述套筒侧壁上具有开槽，通过转动套筒能够实现利用套筒侧壁开槽对所述扶手杆相对所述扶手筒的转动自由度进行锁定和释放。

4.根据权利要求1所述一种基于摩擦自锁的楼道登楼辅助装置，其特征在于：所述扶手采用可拆卸结构，包括扶手杆和扶手筒；所述扶手筒与所述传动机构固定连接；所述扶手杆一端与所述扶手筒一端通过螺纹配合连接。

5.一种基于摩擦自锁的楼道登楼辅助装置，其特征在于：包括能够夹持楼道扶梯（19）的夹持机构、能够带动所述夹持机构夹持或放松楼道扶梯（19）的传动机构、以及能够驱动传动机构的扶手；通过所述扶手能够通过所述传动机构驱动所述夹持机构夹持或放松楼道扶梯（19）；当所述夹持机构夹持楼道扶梯（19）时，所述夹持机构与楼道扶梯（19）之间处于夹紧自锁状态，所述辅助装置不能沿楼道扶梯（19）移动；当所述夹持机构放松楼道扶梯（19）时，所述辅助装置能够沿楼道扶梯（19）移动；所述楼道登楼辅助装置安装在楼道扶梯（19）上，且所述楼道登楼辅助装置辅助用户登楼后，所述夹持机构放松楼道扶梯（19），所述楼道登楼辅助装置能够在重力驱动下沿扶梯自由下滑至扶梯底部；

所述传动机构采用摇杆传动机构，包括主动摇杆、两根连杆和两个从动摇杆；主动摇杆与两根连杆通过转动副连接，两根连杆与两个从动摇杆对应通过转动副连接，主动摇杆以及两个从动摇杆通过位置固定的转轴安装在壳体内；通过扶手驱动主动摇杆绕自身转轴转动，进而通过连杆带动两个从动摇杆绕自身转轴转动，能够实现左夹片和右夹片相向或相背运动，实现夹持或放松楼道扶梯（19）。