CN112842723A - 爬楼方法及爬楼轮组及带有该轮组的爬楼轮椅 - Google Patents

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CN112842723A CN202110168628.2A CN202110168628A CN112842723A CN 112842723 A CN112842723 A CN 112842723A CN 202110168628 A CN202110168628 A CN 202110168628A CN 112842723 A CN112842723 A CN 112842723A
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Abstract

本发明涉及移动装置领域，公开了一种爬楼方法及爬楼轮组及带有该轮组的爬楼轮椅，其包括连接架(4)，连接架(4)的一端安装有伸缩支撑杆(5)，连接架(4)的另一端安装有爬行轮，爬行轮包括内(2)和外轮(3)，连接架(4)上安装有内轮轴(20)和外轮轴(30)，内轮(2)有三个，外轮轴(30)上固装有外轮架(31)并带动其转动，外轮(3)有四个；还包括安装在连接架(4)上内轮驱动装置(6)和外轮驱动装置(7)。本发明本申请中的爬楼梯机构与市面常见的爬楼机截然不同，此机构结构简单，成本较低；智能控制，操纵方便；刹车可靠，安全稳定；能有效的解决行动不便的人员上下楼梯的难题。

Description

爬楼方法及爬楼轮组及带有该轮组的爬楼轮椅
技术领域
本发明涉及移动装置领域，尤其涉及了爬楼方法及爬楼轮组及带有该轮组的爬楼轮椅。
背景技术
因身体缺陷或疾病需乘坐轮椅外出的残疾人和老年人数量众多。当他们居住在没有电梯设施的楼房时，上下楼梯成了困难事。现有技术中的五星轮式、履带式爬楼轮椅基本可以解决乘坐轮椅的人连同轮椅一同上下楼的问题，但存在一些缺陷：五星轮式爬楼轮椅上下楼时需要人力推、拉，因而稳定性差，安全系数低；履带式爬楼轮椅上下楼时需要护理人员将轮椅推到楼梯口处，再操作步进电机，控制履带的运动。履带式爬楼轮椅体积大而且笨重，而且履带式爬楼轮椅制造成本高，护理人员需要经过一定培训才能熟练操作，此外在上下楼爬楼时，容易造成楼梯边缘破损，从而破坏楼梯外观。
目前，专利号为201210136341.2的发明专利，解决了自动爬楼的问题，但还存在安全性较差、稳定性不佳、无法智能操作等的缺陷。
发明内容
本发明针对现有技术中的缺点，提供了爬楼方法及爬楼轮组及带有该轮组的爬楼轮椅。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
一种爬楼方法，其步骤包括：
1)制备轮椅：轮椅包括座椅和安装在座椅上的后轮，在轮椅上安装爬行轮，爬行轮包括内轮和外轮，轮椅上安装内轮轴和外轮轴，内轮轴和外轮轴的轴心相互重合，内轮轴上固装有内轮架并带动其转动，内轮有三个且圆周安装在内轮架上，外轮轴上固装有外轮架并带动其转动，外轮有四个且圆周安装在外轮架上，后轮上安装有伸缩支撑杆；
2)安装在轮椅上的传感器感应到轮椅靠近台阶时，轮椅进行爬楼启动状态，定义位于轮椅最前端并即将与第一节台阶的垂直面接触的外轮为一号外轮，位于一号外轮上方的外轮定义为二号外轮，位于二号外轮后方的外轮定义为三号外轮，后轮向前移动并推动外轮逐渐靠近台阶，控制内轮轴转动并使各内轮在垂直投影面均位于一号外轮和二号外轮的外夹角设置，此时的内轮轴和外轮轴均不发生转动；
3)当一号外轮接触到第一节台阶的垂直面时，控制内轮轴与外轮轴同时转动，并带动二号内轮翻转至第一节台阶的水平面上；
4)内轮轴相对于外轮轴加速转动，使内轮与第一节台阶的水平台面接触并以此内轮作为爬行轮的支撑点；
5)增大内轮轴的扭矩并抬高爬行轮的高度，此时的一号外轮与地面/下层台阶面脱离接触，二号外轮移动至位于第一节台阶的水平面与第二节台阶的垂直面所形成的的夹角面中；
6)后轮增加扭矩向前推动并作为轮椅的支撑点向上撑起轮椅，后轮轴逆向转动并使此前与第一节台阶水平面接触的内轮转动至步骤2)时与一号外轮之间的初始状态；
7)在爬行轮爬行台阶的过程中，当后轮未与第一节台阶接触时，则轮椅上的轮组重复步骤3)-步骤6)的工作并完成台阶的爬行；
8)外轮轴与内轮轴一同转动，并使外轮与待爬行台阶的水平面接触；
9)内轮轴相对于外轮轴加速转动，使内轮与待爬行台阶的水平台面接触并以此内轮作为爬行轮的支撑点；
10)增大内轮轴的扭矩并抬高爬行轮的高度，此时的后轮上安装的伸缩支撑杆伸长并推动后轮向上抬起，并使后轮抬起至大于一节台阶的高度；
11)后轮转动并向上转动爬行，此时外轮轴转动，位于下层台阶的外轮抬起，内轮轴逆转并带动内轮转回到与外轮之间的初始夹角状态此时由于爬行轮的离地高度大于第一步台阶的高度，故在爬行的时候，爬行轮平移至第一步台阶上，这样就完全避开了，前轮爬台阶时破坏台阶的边沿；
12)后轮在被伸缩支撑杆抬起并向前转动的过程中，后轮爬上一节台阶，同时缩回伸缩支撑杆；
13)轮椅上的轮组重复进行步骤8)-步骤12)，完成爬楼。
爬楼轮组，包括连接架，连接架的一端安装有伸缩支撑杆，连接架的另一端安装有爬行轮，爬行轮包括内和外轮，连接架上安装有内轮轴和外轮轴，内轮有三个且圆周安装在内轮架上，外轮轴上固装有外轮架并带动其转动，外轮有四个且圆周安装在外轮架上；还包括安装在连接架上内轮驱动装置和外轮驱动装置，内轮驱动装置和外轮驱动装置分别与内轮轴和外轮轴连接并带动其转动。
作为优选，内轮轴为空心柱体，外轮轴插入内轮轴中并由内轮轴的两端伸出，外轮轴和内轮轴之间通过轴承连接并保证外轮轴和内轮轴能分别实现独立转动。
作为优选，内轮轴上固装有内轮传动轮，内轮驱动装置与内轮传动轮连接；伸出内轮轴外的外轮轴上固装有外轮传动轮，外轮驱动装置与外轮传动轮连接。
作为优选，内轮驱动装置和外驱动装置均为驱动电机，内轮驱动装置和外驱动装置的输出端分别固装有驱动齿轮，两个驱动齿轮通过链传动、齿轮传动或者皮带传动与内轮传动轮和外轮传动轮连接并分别带动内轮轴和外轮轴的转动。
作为优选，内轮架包括一体成型的内轮固定部和内轮安装部，内轮固定部为圆环形并固装在内轮轴上，内轮安装部有三个且均由内轮固定部的边缘沿径向向外延伸，内轮通过轴安装在内轮安装部的延伸端上；外轮架包括一体成型的外轮固定部和外轮安装部，外轮固定部为圆环形并固装在外轮轴上，外轮安装部有四个且由外轮固定部的边缘径向延伸，外轮通过轴安装在外轮安装部的延伸端上。
作为优选，内轮安装部的延伸端到内轮轴的距离为350-390mm，外轮安装部的延伸端到外轮轴的距离为440-480mm。
作为优选，外轮直径为500-640mm，内轮直径为350-470mm。
作为优选，爬行轮安装在连接架的前端，连接架的后端安装有后轮轴，后轮轴的左右两侧均安装有后轮，伸缩支撑杆通过轴承安装在后轮轴上并推动连接架的后轮抬升，连接架上还安装有后轮驱动装置，后轮驱动装置通过链传动、齿轮传动或者皮带传动与后轮轴连接并带动其转动。
作为优选，连接架包括相互固接的下支架和设备支架，下支架为水平放置的四边形支架，内轮轴通过轴承安装在下支架的前端，后轮轴通过轴承安装在下支架的后端。
作为优选，设备支架固装在下支架的上方，后轮驱动装置、内轮驱动装置和外轮驱动装置均固装在设备支架上。
一种爬楼轮椅，包括一种爬楼轮组，连接架上安装有座椅。
本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：本申请中的爬楼梯机构与市面常见的爬楼机截然不同，此机构结构简单，成本较低；智能控制，操纵方便；刹车可靠，安全稳定；能有效的解决行动不便的人员上下楼梯的难题。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的侧视图。
图3是图1的局部结构示意图。
图4是图1的局部结构示意图。
图5是爬楼状态图。
图6是爬楼状态图。
图7是爬楼状态图。
图8是爬楼状态图。
图9是爬楼状态图。
图10是爬楼状态图。
图11是爬楼状态图。
图12是爬楼状态图。
图13是爬楼状态图。
图14是爬楼状态图。
图15是爬楼状态图。
附图中各数字标号所指代的部位名称如下：1—后轮、2—内轮、3—外轮、4—连接架、5—伸缩支撑杆、6—内轮驱动装置、7—外轮驱动装置、8—座椅、11—后轮轴、111—后轮驱动装置、20—内轮轴、21—内轮架、211—内轮固定部、212—内轮安装部、22—内轮传动轮、30—外轮轴、31—外轮架、311—外轮固定部、312—外轮安装部、32—外轮传动轮、41—下支架、42—设备支架。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
一种爬楼方法，其步骤包括：
1)制备轮椅：轮椅包括座椅8和安装在座椅8上的后轮1，在轮椅上安装爬行轮，爬行轮包括内轮2和外轮3，轮椅上安装内轮轴20和外轮轴30，内轮轴20和外轮轴30的轴心相互重合，内轮轴20上固装有内轮架21并带动其转动，内轮2有三个且圆周安装在内轮架21上，外轮轴30上固装有外轮架31并带动其转动，外轮3有四个且圆周安装在外轮架31上，后轮1上安装有伸缩支撑杆5；
2)安装在轮椅上的传感器感应到轮椅靠近台阶时，轮椅进行爬楼启动状态，定义位于轮椅最前端并即将与第一节台阶的垂直面接触的外轮3为一号外轮，位于一号外轮上方的外轮3定义为二号外轮，位于二号外轮后方的外轮3定义为三号外轮，另一个外轮3为四号外轮，后轮1向前移动并推动外轮3逐渐靠近台阶，控制内轮2与一号外轮在垂直投影面上重合，此时的内轮轴20和外轮轴30均不发生转动，如图5；
3)当一号外轮接触到第一节台阶的垂直面时，控制内轮轴20与外轮轴30同时转动，并带动二号内轮翻转至第一节台阶的水平面上，如图6；
4)内轮轴20相对于外轮轴30加速转动，使内轮2与第一节台阶的水平台面接触并以此内轮2作为爬行轮的支撑点，如图7；
5)增大内轮轴20)的扭矩并抬高爬行轮的高度，此时的一号外轮与地面/下层台阶面脱离接触，二号外轮移动至位于第一节台阶的水平面与第二节台阶的垂直面所形成的的夹角面中，如图8；
6)后轮1增加扭矩向前推动并作为轮椅的支撑点向上撑起轮椅，后轮轴20逆向转动并使此前与第一节台阶水平面接触的内轮2转动至步骤2)时与一号外轮之间的初始状态，如图9；
7)在爬行轮爬行台阶的过程中，当后轮1未与第一节台阶接触时，则轮椅上的轮组重复步骤3)-步骤6)的工作并完成台阶的爬行，如图10；
8)外轮轴30与内轮轴20一同转动，并使外轮3与待爬行台阶的水平面接触，如图11；
9)内轮轴20相对于外轮轴30加速转动，使内轮2与待爬行台阶的水平台面接触并以此内轮2作为爬行轮的支撑点，如图12；
10)增大内轮轴20的扭矩并抬高爬行轮的高度，此时的后轮1上安装的伸缩支撑杆5伸长并推动后轮1向上抬起，并使后轮1抬起至大于一节台阶的高度，如图13；
11)后轮1转动并向上转动爬行，此时外轮轴30转动，位于下层台阶的外轮3抬起，内轮轴20逆转并带动内轮2转回到与外轮3之间的初始夹角状态此时由于爬行轮的离地高度大于第一步台阶的高度，故在爬行的时候，爬行轮平移至第一步台阶上，这样就完全避开了，前轮爬台阶时破坏台阶的边沿，如图14；
12)后轮1在被伸缩支撑杆5抬起并向前转动的过程中，后轮1爬上一节台阶，同时缩回伸缩支撑杆5，如图15；
13)轮椅上的轮组重复进行步骤8)-步骤12)，完成爬楼。
实施例2
爬楼轮组，包括连接架4，连接架4的一端安装有伸缩支撑杆5，连接架4的另一端安装有爬行轮，爬行轮包括内2和外轮3，连接架4上安装有内轮轴20和外轮轴30，内轮2有三个且圆周安装在内轮架21上，外轮轴30上固装有外轮架31并带动其转动，外轮3有四个且圆周安装在外轮架31上；还包括安装在连接架4上内轮驱动装置6和外轮驱动装置7，内轮驱动装置6和外轮驱动装置7分别与内轮轴20和外轮轴30连接并带动其转动。
内轮轴20为空心柱体，外轮轴30插入内轮轴20中并由内轮轴20的两端伸出，外轮轴30和内轮轴20之间通过轴承连接并保证外轮轴30和内轮轴20能分别实现独立转动。
内轮轴20上固装有内轮传动轮22，内轮驱动装置6与内轮传动轮22连接；伸出内轮轴20外的外轮轴30上固装有外轮传动轮32，外轮驱动装置7与外轮传动轮32连接。
内轮驱动装置6和外驱动装置7均为驱动电机，内轮驱动装置6和外驱动装置7的输出端分别固装有驱动齿轮，两个驱动齿轮通过链传动、齿轮传动或者皮带传动与内轮传动轮22和外轮传动轮32连接并分别带动内轮轴20和外轮轴30的转动。
内轮架21包括一体成型的内轮固定部211和内轮安装部212，内轮固定部211为圆环形并固装在内轮轴20上，内轮安装部212有三个且均由内轮固定部211的边缘沿径向向外延伸，内轮2通过轴安装在内轮安装部212的延伸端上；外轮架31包括一体成型的外轮固定部311和外轮安装部312，外轮固定部311为圆环形并固装在外轮轴20上，外轮安装部312有四个且由外轮固定部311的边缘径向延伸，外轮2通过轴安装在外轮安装部312的延伸端上。
内轮安装部212的延伸端到内轮轴20的距离为370mm，外轮安装部312的延伸端到外轮轴30的距离为460mm。
外轮3直径为570mm，内轮2直径为410mm。
爬行轮安装在连接架4的前端，连接架4的后端安装有后轮轴11，后轮轴11的左右两侧均安装有后轮1，伸缩支撑杆5通过轴承安装在后轮轴11上并推动连接架4的后轮1抬升，连接架4上还安装有后轮驱动装置111，后轮驱动装置111通过链传动、齿轮传动或者皮带传动与后轮轴11连接并带动其转动。
连接架4包括相互固接的下支架41和设备支架42，下支架41为水平放置的四边形支架，内轮轴20通过轴承安装在下支架41的前端，后轮轴11通过轴承安装在下支架41的后端。
设备支架42固装在下支架41的上方，后轮驱动装置111、内轮驱动装置6和外轮驱动装置7均固装在设备支架42上。
实施例3
一种爬楼轮椅，包括一种爬楼轮组，连接架4上安装有座椅8。

Claims (10)

1.一种爬楼方法，其特征在于：其步骤包括：
1)制备轮椅：轮椅包括座椅(8)和安装在座椅(8)上的后轮(1)，在轮椅上安装爬行轮，爬行轮包括内轮(2)和外轮(3)，轮椅上安装内轮轴(20)和外轮轴(30)，内轮轴(20)和外轮轴(30)的轴心相互重合，内轮轴(20)上固装有内轮架(21)并带动其转动，内轮(2)有三个且圆周安装在内轮架(21)上，外轮轴(30)上固装有外轮架(31)并带动其转动，外轮(3)有四个且圆周安装在外轮架(31)上，后轮(1)上安装有伸缩支撑杆(5)；
2)安装在轮椅上的传感器感应到轮椅靠近台阶时，轮椅进行爬楼启动状态，定义位于轮椅最前端并即将与第一节台阶的垂直面接触的外轮(3)为一号外轮，位于一号外轮上方的外轮(3)定义为二号外轮，后轮(1)向前移动并推动外轮(3)逐渐靠近台阶，此时的内轮轴(20)和外轮轴(30)均不发生转动；
3)当一号外轮接触到第一节台阶的垂直面时，控制内轮轴(20)与外轮轴(30)同时转动，并带动二号内轮翻转至第一节台阶的水平面上；
4)内轮轴(20)相对于外轮轴(30)加速转动，使内轮(2)与第一节台阶的水平台面接触并以此内轮(2)作为爬行轮的支撑点；
5)增大内轮轴(20)的扭矩并抬高爬行轮的高度，此时的一号外轮与地面/下层台阶面脱离接触，二号外轮移动至位于第一节台阶的水平面与第二节台阶的垂直面所形成的的夹角面中；
6)后轮(1)增加扭矩向前推动并作为轮椅的支撑点向上撑起轮椅，后轮轴(20)逆向转动并使此前与第一节台阶水平面接触的内轮(2)转动至步骤2)时与一号外轮之间的初始状态；
7)在爬行轮爬行台阶的过程中，当后轮(1)未与第一节台阶接触时，则轮椅上的轮组重复步骤3)-步骤6)的工作并完成台阶的爬行；
8)外轮轴(30)与内轮轴(20)一同转动，并使外轮(3)与待爬行台阶的水平面接触；
9)内轮轴(20)相对于外轮轴(30)加速转动，使内轮(2)与待爬行台阶的水平台面接触并以此内轮(2)作为爬行轮的支撑点；
10)增大内轮轴(20)的扭矩并抬高爬行轮的高度，此时的后轮(1)上安装的伸缩支撑杆(5)伸长并推动后轮(1)向上抬起，并使后轮(1)抬起至大于一节台阶的高度；
11)后轮(1)转动并向上转动爬行，此时外轮轴(30)转动，位于下层台阶的外轮(3)抬起，内轮轴(20)逆转并带动内轮(2)转回到与外轮(3)之间的初始夹角状态；
12)后轮(1)在被伸缩支撑杆(5)抬起并向前转动的过程中，后轮(1)爬上一节台阶，同时缩回伸缩支撑杆(5)；
13)轮椅上的轮组重复进行步骤8)-步骤12)，完成爬楼。
2.爬楼轮组，其特征在于：包括连接架(4)，连接架(4)的一端安装有伸缩支撑杆(5)，连接架(4)的另一端安装有爬行轮，爬行轮包括内(2)和外轮(3)，连接架(4)上安装有内轮轴(20)和外轮轴(30)，内轮(2)有三个且圆周安装在内轮架(21)上，外轮轴(30)上固装有外轮架(31)并带动其转动，外轮(3)有四个且圆周安装在外轮架(31)上；还包括安装在连接架(4)上内轮驱动装置(6)和外轮驱动装置(7)，内轮驱动装置(6)和外轮驱动装置(7)分别与内轮轴(20)和外轮轴(30)连接并带动其转动；外轮(3)直径为500-640mm，内轮(2)直径为350-470mm。
3.根据权利要求2所述的爬楼轮组，其特征在于：内轮轴(20)为空心柱体，外轮轴(30)插入内轮轴(20)中并由内轮轴(20)的两端伸出，外轮轴(30)和内轮轴(20)之间通过轴承连接并保证外轮轴(30)和内轮轴(20)能分别实现独立转动。
4.根据权利要求3所述的爬楼轮组，其特征在于：内轮轴(20)上固装有内轮传动轮(22)，内轮驱动装置(6)与内轮传动轮(22)连接；伸出内轮轴(20)外的外轮轴(30)上固装有外轮传动轮(32)，外轮驱动装置(7)与外轮传动轮(32)连接。
5.根据权利要求4所述的爬楼轮组，其特征在于：内轮驱动装置(6)和外驱动装置(7)均为驱动电机，内轮驱动装置(6)和外驱动装置(7)的输出端分别固装有驱动齿轮，两个驱动齿轮通过链传动、齿轮传动或者皮带传动与内轮传动轮(22)和外轮传动轮(32)连接并分别带动内轮轴(20)和外轮轴(30)的转动。
6.根据权利要求2所述的爬楼轮组，其特征在于：内轮架(21)包括内轮固定部(211)和内轮安装部(212)，内轮固定部(211)为圆环形并固装在内轮轴(20)上，内轮安装部(212)有三个且均由内轮固定部(211)的边缘沿径向向外延伸，内轮(2)通过轴安装在内轮安装部(212)的延伸端上；外轮架(31)包括外轮固定部(311)和外轮安装部(312)，外轮固定部(311)为圆环形并固装在外轮轴(20)上，外轮安装部(312)有四个且由外轮固定部(311)的边缘径向延伸，外轮(2)通过轴安装在外轮安装部(312)的延伸端上。
7.根据权利要求6所述的爬楼轮组，其特征在于：内轮安装部(212)的延伸端到内轮轴(20)的距离为350-390mm，外轮安装部(312)的延伸端到外轮轴(30)的距离为440-480mm。
8.根据权利要求2所述的爬楼轮组，其特征在于：爬行轮安装在连接架(4)的前端，连接架(4)的后端安装有后轮轴(11)，后轮轴(11)的左右两侧均安装有后轮(1)，伸缩支撑杆(5)通过轴承安装在后轮轴(11)上并推动连接架(4)的后轮(1)抬升，连接架(4)上还安装有后轮驱动装置(111)，后轮驱动装置(111)通过链传动、齿轮传动或者皮带传动与后轮轴(11)连接并带动其转动。
9.根据权利要求8所述的爬楼轮组，其特征在于：连接架(4)包括相互固接的下支架(41)和设备支架(42)，下支架(41)为水平放置的四边形支架，内轮轴(20)通过轴承安装在下支架(41)的前端，后轮轴(11)通过轴承安装在下支架(41)的后端；设备支架(42)固装在下支架(41)的上方，后轮驱动装置(111)、内轮驱动装置(6)和外轮驱动装置(7)均固装在设备支架(42)上。
10.一种爬楼轮椅，其特征在于：包括权利要求2-9的任意一种爬楼轮组，连接架(4)上安装有座椅(8)。
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