CN204016663U - 自动轮椅 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及轮椅技术领域，特别涉及一种能够上下楼梯的自动轮椅。该自动轮椅包括底盘、座椅、履带机构、前车轮机构、后车轮机构以及控制器。底盘具有整体承力箱型结构；履带机构包括履带、履带轮以及履带驱动装置；前车轮机构包括前车轮、前车轮升降单元以及前车轮升降驱动装置；后车轮机构包括后车轮、后车轮升降单元以及后车轮驱动装置；控制器用于控制座椅、履带机构、前车轮机构以及后车轮机构。该自动轮椅还可以包括光电跟随装置，该光电跟随装置包括光电信号发射装置和光电信号接收装置。

Description

自动轮椅

技术领域

本实用新型涉及轮椅技术领域，特别涉及一种能够上下楼梯的自动轮椅。

背景技术

轮椅是老年人及残障人士的代步工具，目前大多轮椅只能在平坦地面操作，不能跨越马路牙和楼梯台阶等障碍。某些轮椅虽然有爬楼能力，但是需要另外操作人员操控轮椅才能上下台阶，也不很方便。轮椅使用者一般年迈或者病弱，操控能力较弱，观察范围有一定局限性，面对台阶沟壑等复杂路况容易发生安全事故，所以需要轮椅具有高度智能，配合轮椅使用者完成辅助操控动作。

能够上下楼梯的轮椅，按照运动方式主要包括连续型和间歇型爬楼轮椅。间歇性爬楼轮椅利用两套支撑装置交替支撑来实现上下楼梯功能，但存在结构复杂、爬楼不连续且爬楼速度慢的缺点，因此难以推广。连续型爬楼轮椅主要有星轮式爬楼轮椅、履带式爬楼轮椅以及轮履复合式爬楼轮椅。由于轮履复合式爬楼轮椅兼具平地行驶和上下楼梯的功能，具备较强的实用性能，因此越来越多人关注此类型轮椅的研究。专利号为US7384046 B2的发明专利一种电动轮椅车(Powered Wheeled Vehicle)采用轮履复合式结构来实现上下楼梯功能，但是在该项专利中车轮的升降通过一根摇臂实现，这会导致在车轮升降过程以及平地行驶时提供的支撑不稳定；另外该项专利中后履带轮的转轴和调整座椅角度的支架的转轴分别设置，该构造下，在上下楼梯过程中座椅水平状态调整时，座椅的重心可能会偏离出前车轮和后车轮之间，发生前后翻、侧翻等危险。

发明内容

本实用新型是鉴于现有技术中存在的上述问题做出的，其目的在于提供一种座椅可调整、爬楼安全稳定、能实现自动跟随的自动轮椅。

为了实现上述目的，本实用新型的第一技术方案的一种自动轮椅，其特征在于，包括：

底盘，该底盘具有整体承力箱型结构；

座椅，该座椅借助座椅支架及座椅角度推杆设置在所述底盘上；

履带机构，包括位于底盘两侧之下的履带、用于带动所述履带的前履带轮和后履带轮以及用于驱动所述前后履带轮的履带驱动装置，其中，所述前履带轮和所述后履带轮分别通过轮轴设置在所述底盘上；

后车轮机构，包括位于底盘下部后端的后车轮、用于升降所述后车轮的后车轮升降单元以及用于驱动所述后车轮升降及转动的后车轮驱动装置，其中，所述后车轮通过所述后车轮升降单元连接到所述底盘下部后端两侧，所述后车轮升降单元具有变形四边形结构；

前车轮机构，包括位于底盘下部前端两侧的前车轮、用于升降所述前车轮的前车轮升降单元以及用于驱动所述前车轮升降的前车轮升降驱动装置，其中，所述前车轮通过所述前车轮升降单元连接到所述底盘下部前端两侧，所述前车轮升降单元具有平行四边形结构；以及

控制器，用于对所述座椅、所述履带机构、所述后车轮机构以及所述前车轮机构进行控制。

本实用新型的第二技术方案的一种自动轮椅，在第一技术方案的基础上，进一步地，所述前车轮升降单元通过所述平行四边形结构上的第一轴和第二轴连接所述底盘；所述控制器控制所述前车轮升降驱动装置驱动所述第一轴和所述第二轴转动，带动与所述第一轴连接的第一臂以及与所述第二轴连接的第二臂转动，使连接所述第一臂下部的第三轴和所述第二臂下部的第四轴的第三臂动作；所述前车轮通过连接杆设置于所述第三臂下部。

本实用新型的第三技术方案的一种自动轮椅，在第一或第二技术方案的基础上，进一步地，所述后车轮升降单元通过所述变形四边形结构上的第五轴和第六轴连接所述底盘；所述控制器控制所述后车轮驱动装置驱动所述第五轴和所述第六轴转动，带动连接所述第五轴的第四臂和连接所述第六轴的第五臂转动，使连接所述第四臂下部的第七轴和所述第五臂下部的第八轴的第六臂动作；当依靠车轮行驶时，所述控制器控制所述后车轮升降单元使所述后车轮降到最低点，并使所述第四臂和所述第六臂处于一条直线上。

通过第一、第二、第三技术方案，由于采用轮履复合式结构，自动轮椅可在平坦路面依靠车轮行驶，舒适节能且操控性能好，而上下楼梯功能依靠履带机构实现且座椅可自动调整，安全稳定。由于采用平行四边形结构的前车轮升降单元以及变形四边形结构的后车轮升降单元，自动轮椅在平地行驶时，所述后车轮升降单元形成三角形稳定支撑结构，从而提供更稳定的支撑以及更高的承力强度；而在上下楼过程中，通过所述第四臂和所述第六臂的变形形成变形四边形结构以及通过所述平行四边形结构的变形，实现前后车轮便捷升降以方便上下楼动作。

本实用新型的第四技术方案的一种自动轮椅，在第一或第二技术方案的基础上，进一步地，所述底盘具有上下相反的“凸”字形横截面。

通过第四技术方案，由于所述底盘采用整体承力箱型的上下相反的“凸”字形结构，该技术方案的自动轮椅的整体结构紧凑、简单，且整体承力强度较大。

本实用新型的第五技术方案的一种自动轮椅，在第一或第二技术方案的基础上，进一步地，所述后履带轮的转轴与用于调整所述座椅角度的所述座椅支架的转轴同轴。

本实用新型的第六技术方案的一种自动轮椅，在第三技术方案的基础上，进一步地，所述后履带轮的转轴与用于调整所述座椅角度的所述座椅支架的转轴同轴。

通过第五、第六技术方案，由于所述后履带轮的转轴与用于调整所述座椅角度的所述座椅支架的转轴同轴，座椅的重心始终在前车轮和后车轮之间，这样在自动轮椅上下楼梯过程中座椅自动水平调整时，可防止侧翻、前翻、后翻等危险，提高轮椅在上下楼梯过程中的安全性能。

本实用新型的第七技术方案的一种自动轮椅，在第一或第二技术方案的基础上，进一步地，所述控制器上设置有操纵杆和控制面板，所述控制面板上进一步设置有用于指示该自动轮椅爬上楼梯及/或爬下楼梯动作的按钮。

本实用新型的第八技术方案的一种自动轮椅，在第一或第二技术方案的基础上，进一步地，所述前车轮可在平行于地面的平面内随意转动。

本实用新型的第九技术方案的自动轮椅，在第一或第二技术方案的基础上，进一步地，具有光电跟随装置，该光电跟随装置包括用于发射光电信号的光电信号发射装置和用于接收所述光电信号发射装置发射的光电信号的光电信号接收装置。

本实用新型的第十技术方案的一种自动轮椅，在第九技术方案的基础上，进一步地，所述光电信号接收装置设置于该自动轮椅上，所述光电信号发射装置作为外围设备设置于该自动轮椅附近的引导物或人上。

通过第九、第十技术方案，由于引入光电跟随技术，在行驶中，该技术方案的自动轮椅可跟随设置光电信号发射装置的人或者物(例如另一轮椅)的运动而运动，从而减轻轮椅使用者的操纵强度以及护理人员的劳动强度。

有益效果：

1.本实用新型的自动轮椅采用轮履复合式的结构，依靠前后车轮实现在平地时的节能稳定行驶，依靠履带机构实现上下楼梯，并采用控制器对全过程进行高度智能控制，便捷安全。

2.本实用新型的自动轮椅采用平行四边形的前车轮升降单元及变形四边新的后车轮升降单元，通过所述升降装置升降前后车轮并提供稳定支撑，使车轮与履带合理配合，实现平地与楼梯之间的平稳过渡。

3.本实用新型的自动轮椅采用上下相反的“凸”字形前视横截面结构的底盘，使结构简单并提高整体承力强度。

4.本实用新型的自动轮椅通过设置光电跟随装置，进一步提高智能化程度，减轻轮椅使用者的操纵强度以及护理人员的劳动强度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的具体实施方式，下面对具体实施方式部分中描述使用到的附图作简单说明。

图1是本实用新型的第一实施方式中的自动轮椅在平地行驶状态下的结构示意图；

图2是本实用新型的第一实施方式中的自动轮椅在上下楼梯状态下的结构示意图；

图3是本实用新型的第一实施方式中的自动轮椅在准备爬上楼梯的第一个台阶时履带、履带轮及前后车轮的位置以及前后车轮升降单元的状态示意图；

图4a、图4b是本实用新型的第一实施方式中的自动轮椅爬上楼梯的第一个台阶时履带、履带轮及前后车轮的位置以及前后车轮升降单元的状态示意图；

图5是本实用新型的第一实施方式中的自动轮椅行驶至楼梯中间段时履带、履带轮及前后车轮的位置以及前后车轮升降单元的状态示意图；

图6是本实用新型的第一实施方式中的自动轮椅爬至楼梯的最后一个台阶时履带、履带轮及前后车轮的位置以及前后车轮升降单元的状态示意图；

图7a、图7b是本实用新型的第一实施方式中的自动轮椅爬上楼梯的最后一个台阶时履带、履带轮及前后车轮的位置以及前后车轮升降单元的状态示意图；

图8是本实用新型的第一实施方式中的自动轮椅爬完楼梯恢复平地行驶状态下履带、履带轮及前后车轮的位置以及前后车轮升降单元的状态示意图；

图9是本实用新型的第二实施方式中设置有光电跟随装置的自动轮椅实现自动跟随的效果图。

其中，附图标记说明如下：

1底盘

2座椅，21座椅主体，22扶手，23脚踏，211座椅支架，212座椅角度推杆

3履带机构，31履带，32前履带轮，33后履带轮

4前车轮机构，41前车轮，42前车轮升降单元，411连接杆，421第一臂，422第二臂，423第三臂，424第一轴，425第二轴，426第三轴，427第四轴

5后车轮机构，51后车轮，52后车轮升降单元，521第四臂，522第五臂，523第六臂，524第五轴，525第六轴，526第七轴，527第八轴

6控制器，61操纵杆，62控制面板，621、622按钮

7光电跟随装置，71光电信号发射装置，72光电信号接收装置

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面，结合附图对本实用新型的具体的实施方式进行详细描述。

第一实施方式

如图1至3所示，本实施方式的自动轮椅包括：底盘1、座椅2、履带机构3、前车轮机构4、后车轮机构5以及控制器6。

其中，底盘1具有整体承力箱型结构，底盘1的前视横截面为上下相反的“凸”字形。

座椅2包括座椅主体21、扶手22以及脚踏23，座椅2通过座椅支架211及座椅角度推杆212与底盘1连接，座椅2的角度可通过座椅支架211及座椅角度推杆212实现调整。座椅主体21的靠背的角度、扶手22的长短及高度、脚踏23距离座椅主体21的距离可根据不同的轮椅使用者适当调整。

履带机构3包括履带31、前履带轮32、后履带轮33以及履带驱动装置。履带31位于底盘1两侧之下，覆于前履带轮32和后履带轮33上。前履带轮32和后履带轮33分别通过轮轴连接底盘，用于传动履带31。履带驱动装置为电机或其他常规驱动装置，用于驱动履带31和前后履带轮32、33。后履带轮33的转轴与用于调整座椅2角度的座椅支架211的转轴为同一个轴。

前车轮机构4包括前车轮41、前车轮升降单元42以及前车轮升降驱动装置。前车轮41通过前车轮升降单元42连接至底盘1下部前端两侧，前车轮41可在平行于地面的平面内随意转动。前车轮升降单元42通过第一轴424和第二轴425连接底盘1，用于升降前车轮41。前车轮升降驱动装置为电机或其他常规驱动装置，用于驱动前车轮升降单元42。

前车轮升降单元42具有平行四边形结构，该平行四边形结构是以第一轴424、第二轴425、第三轴426以及第四轴427的端点的连接线形成的形状为平行四边形的结构。该平行四边形结构上具有第一臂421、第二臂422以及第三臂423，前车轮通过连接杆411与该平行四边形结构连接。第一轴424和/或第二轴425上安装有摇杆，控制器6控制前车轮升降驱动装置通过推杆推动安装在第一轴424和/或第二轴425上的摇杆转动，从而控制第一轴424和/或第二轴425转动，进而带动与第一轴424连接的第一臂421以及与第二轴425连接的第二臂422转动，使连接第一臂421下部的第三轴426和第二臂422下部的第四轴427的第三臂423动作；前车轮41通过连接杆411设置于所述第三臂423下部，在前车轮升降单元42升降前车轮41时，连接杆411保持垂直于地面。如图3或图8所示，在轮椅平地行驶状态下即前车轮41完成支撑状态下，该平行四边形结构为矩形结构。如图4a、图4b至图7a、图7b所示，在轮椅爬楼状态下即前车轮41被升起或升起过程中，该平行四边形结构为常规平行四边形结构。

后车轮机构5包括后车轮51、后车轮升降单元52以及后车轮驱动装置。后车轮51通过后车轮升降单元52连接至底盘1下部后端两侧，后车轮51为驱动轮。后车轮升降单元52通过第五轴524和第六轴525连接底盘1，用于升降后车轮51。后车轮驱动装置为电机或其他常规驱动装置，用于驱动后车轮升降单元52的升降及后车轮51的转动。

后车轮升降单元52具有变形四边形结构，该变形四边形结构是以第五轴524、第六轴525、第七轴526以及第八轴527的端点的连接线形成的形状为变形四边形的结构。该变形四边形结构具有第四臂521、第五臂522及第六臂523。第五轴524和/或第六轴525上安装有摇杆，控制器6控制后车轮驱动装置通过推杆推动安装在第五轴524和/或第六轴525上的摇杆转动，从而控制第五轴524和/或第六轴525转动，进而带动连接第五轴524的第四臂521和连接第六轴525的第五臂522转动，使连接第四臂521下部的第七轴526和第五臂522下部的第八轴527的第六臂523动作；当后车轮升降单元52被控制器6控制使后车轮51降到最低点时，第四臂521和第六臂523处于一条直线上，第五轴524、第七轴525和第八轴527处于一条直线上，车轮行驶时，后车轮升降单元52由变形四边形结构转变为三角形稳定支撑结构。该三角形是指以第五轴524、第六轴525、第七轴526以及第八轴527的端点的连接线形成的形状为三角形。如图3、图4a、图4b、图7a、图7b或图8所示，在轮椅平地行驶或准备爬上楼或爬上楼即将完毕状态下即后车轮51处于完成支撑状态下，该变形四边形结构变为三角形结构。如图5至图6所示，在轮椅爬楼状态下即后车轮51被升起或升起过程中，该变形四边形结构为常规变形四边形结构。

第一轴424、第二轴425、第五轴524以及第六轴525均与底盘1相连接。

控制器6用于对座椅2、履带机构3、后车轮机构4以及前车轮机构5进行控制。控制器6上设置有操纵杆61和控制面板62。控制面板62上进一步设置有用于指示该自动轮椅爬上楼梯动作的按钮621及/或爬下楼梯动作的按钮622。通过操纵操纵杆61可实现轮椅的前进、后退、加速、转弯等动作。

控制器6通过超声传感器、光电传感器、霍尔传感器、三轴加速度传感器、旋转向量传感器、陀螺仪传感器、图像传感器、压力传感器、行程开关传感器、方向传感器、MCU(微控单元)、电机驱动器及通讯电路采集自动轮椅各种状态下的信息，对座椅2及座椅角度推杆212、履带机构3、前车轮机构4以及后车轮机构5的进行控制，这些部件及相关的连接方式为常规技术，在此不做赘述。

下面结合相关附图，对本实用新型的具体动作、切换过程以及驱动原理进行说明。

图3所示，在平地行驶状态以及准备爬上楼梯的第一个台阶前，前车轮41、后车轮51起完全支撑作用，履带31不提供支撑，前车轮升降单元42呈矩形结构，后车轮升降单元52呈三角形结构。当轮椅接收到人通过按钮621发出的爬上楼梯的指示时，控制器6控制轮椅使其以坐在轮椅上的人背对楼梯的台阶状态停止在楼梯的第一台阶下，这时如图3所示，后车轮51比前车轮41更靠近台阶。

图4a、图4b示出自动轮椅爬上楼梯的第一个台阶时履带、履带轮及前后车轮的位置以及前后车轮升降单元的状态图。如图4a所示，当轮椅停止到第一台阶下后，前车轮升降驱动装置驱动前车轮升降驱动装置42由矩形结构变为常规平行四边形结构，进而将前车轮41抬起，同时轮椅倒退使履带31的尾部搭在楼梯最下方的台阶上，座椅2在控制器6的控制下自动调整为水平状态。此时前车轮升降单元42呈常规平行四边形结构，前履带轮32处履带31着地，而后车轮51仍处于地面支撑状态，所以后车轮升降单元52仍处于三角形状态。如图4b所示，紧接上述动作，后车轮驱动装置驱动后车轮升降单元52将后车轮51升起使整个轮椅完全依靠履带31支撑，此时后车轮升降机构52由三角形结构变为变形四边形结构，进而，履带驱动装置驱动前后履带轮32、33转动，通过传动作用驱使履带31运动，从而爬上第一台阶。

图5是自动轮椅行驶至楼梯中间段时履带、履带轮及前后车轮的位置以及前后车轮升降单元的状态示意图。在爬上楼过程中，轮椅主要依靠履带机构爬上楼梯台阶，同时，座椅2在控制器6的控制下自动调整为水平状态。

当控制器6接收到轮椅爬上至最后一台阶的感应信息时，即如图6所示的履带、履带轮及前后车轮的位置以及前后车轮升降单元的状态，履带驱动装置停止驱动履带轮32、33转动，后车轮驱动装置驱动后车轮升降单元52降下后车轮51，即如图7a所示的状态。同时，座椅2在控制器6的控制下自动调整为水平状态。之后，履带驱动装置驱动履带轮32、33继续转动，从而在传动作用下驱使履带31继续行驶，直至轮椅完全处于楼梯上面的平台上后停止，即如图7b所处的状态。最后前车轮升降驱动装置驱动前车轮升降单元42降下前车轮41，轮椅停止于楼梯之上的平台上，即如图8所示的状态，从而完成整个的爬上楼的过程。此过程中，座椅2在控制器6的控制下自动调整为水平状态。

在整个爬上楼的过程中，控制器6借助座位支架211及座位角度推杆212自动调整座椅2使座椅2始终保持水平状态，提高轮椅的舒适性和安全性。

自动轮椅爬下楼梯的过程以及从下楼转变成平地行驶状态为上述自动轮椅爬上楼梯以及从上楼转变为平地行驶状态的过程的逆过程，该逆过程中的动作、切换过程以及驱动原理在此不做赘述。

第二实施方式

在第一实施方式的基础上，如图9所示，本实施方式的自动轮椅，还可以包括光电跟随装置7。光电跟随装置7包括用于发射光电信号的光电信号发射装置71和用于接收所述光电信号发射装置发射的光电信号的光电信号接收装置72。光电信号接收装置72设置于自动轮椅上，光电信号发射装置71作为外围设备设置于自动轮椅附近的引导物或人上。如图9所示的自动跟随效果图，本实施方式的自动轮椅通过设置在该自动轮椅上的光电信号接收装置72接收作为外围设备设置于自动轮椅附近的轮椅或人上的光电信号发射装置71发射出的信号，自动跟随前方的轮椅或人在一定范围内行驶。本实施方式的自动轮椅在座椅可调整、爬楼稳定的基础上，可进一步地减轻轮椅使用者的操控强度以及护理人员的劳动强度。

以上所述的实施例仅用于具体说明本实用新型的精神，本实用新型的保护范围并不局限于此，对于本技术领域的技术人员来说，当然可根据本说明书中所公开的技术内容，通过变更、置换或变型的方式轻易做出其它的实施方式，这些其它的实施方式都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自动轮椅，其特征在于，包括：

底盘，该底盘具有整体承力箱型结构；

座椅，该座椅借助座椅支架及座椅角度推杆设置在所述底盘上；

履带机构，包括位于底盘两侧之下的履带、用于带动所述履带的前履带轮和后履带轮以及用于驱动所述前后履带轮的履带驱动装置，其中，所述前履带轮和所述后履带轮分别通过轮轴设置在所述底盘上；

后车轮机构，包括位于底盘下部后端的后车轮、用于升降所述后车轮的后车轮升降单元以及用于驱动所述后车轮升降及转动的后车轮驱动装置，其中，所述后车轮通过所述后车轮升降单元连接到所述底盘下部后端两侧，所述后车轮升降单元具有变形四边形结构；

前车轮机构，包括位于底盘下部前端两侧的前车轮、用于升降所述前车轮的前车轮升降单元以及用于驱动所述前车轮升降的前车轮升降驱动装置，其中，所述前车轮通过所述前车轮升降单元连接到所述底盘下部前端两侧，所述前车轮升降单元具有平行四边形结构；以及

控制器，用于对所述座椅、所述履带机构、所述后车轮机构以及所述前车轮机构进行控制。

2.如权利要求1所述的自动轮椅，其特征在于，所述前车轮升降单元通过所述平行四边形结构上的第一轴和第二轴连接所述底盘；所述控制器控制所述前车轮升降驱动装置驱动所述第一轴和所述第二轴转动，带动与所述第一轴连接的第一臂以及与所述第二轴连接的第二臂转动，使连接所述第一臂下部的第三轴和所述第二臂下部的第四轴的第三臂动作；所述前车轮通过连接杆设置于所述第三臂下部。

3.如权利要求1或2所述的自动轮椅，其特征在于，所述后车轮升降单元通过所述变形四边形结构上的第五轴和第六轴连接所述底盘；所述控制器控制所述后车轮驱动装置驱动所述第五轴和所述第六轴转动，带动连接所述第五轴的第四臂和连接所述第六轴的第五臂转动，使连接所述第四臂下部的第七轴和所述第五臂下部的第八轴的第六臂动作；当依靠车轮行驶时，所述控制器控制所述后车轮升降单元使所述后车轮降到最低点，并使所述第四臂和所述第六臂处于一条直线上。

4.如权利要求1或2所述的自动轮椅，其特征在于，所述底盘具有上下相反的“凸”字形横截面。

5.如权利要求1或2所述的自动轮椅，其特征在于，所述后履带轮的转轴与用于调整所述座椅角度的所述座椅支架的转轴同轴。

6.如权利要求3所述的自动轮椅，其特征在于，所述后履带轮的转轴与用于调整所述座椅角度的所述座椅支架的转轴同轴。

7.如权利要求1或2所述的自动轮椅，其特征在于，所述控制器上设置有操纵杆和控制面板，所述控制面板上进一步设置有用于指示该自动轮椅爬上楼梯及/或爬下楼梯动作的按钮。

8.如权利要求1或2所述的自动轮椅，其特征在于，所述前车轮可在平行于地面的平面内随意转动。

9.如权利要求1或2所述的自动轮椅，其特征在于，具有光电跟随装置，该光电跟随装置包括用于发射光电信号的光电信号发射装置和用于接收所述光电信号发射装置发射的光电信号的光电信号接收装置。

10.如权利要求9所述的自动轮椅，其特征在于，所述光电信号接收装置设置于该自动轮椅上，所述光电信号发射装置作为外围设备设置于该自动轮椅附近的引导物或人上。