CN212631080U - 一种爬楼梯轮椅 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种爬楼梯轮椅，其中包括椅面，固定连接在所述椅面下表面的支架，设置在所述椅面下方的前部且用于沿竖直方向移动的第一升降机构，转动设置在所述第一升降机构上的前驱动轮；设置在所述椅面下方的后部且用于沿竖直方向移动的第二升降机构，铰接的所述第二升降机构前端且用于前后摆动的后轮推摆机构，转动设置在所述后轮推摆机构上的后驱动轮；设置在所述第二升降机构后端且用于沿竖直方向移动的第三升降机构，转动设置在所述第三升降机构上的第一辅助轮；固定设置在所述椅面下且用于前后摆动的辅助推摆机构，转动设置在所述辅助推摆机构上的第二辅助轮。简化了结构和爬楼梯动作，行动灵活，大幅提高了爬楼梯效率和稳定性。

Description

一种爬楼梯轮椅

技术领域

本实用新型涉及轮椅领域，尤其涉及的是一种爬楼梯轮椅。

背景技术

随着社会老龄化，老年人比例增多，同时残疾人的数量也在增加，行动不便人数的基数近几年增幅明显。而楼梯是日常生活中常见的一种障碍，无论电梯、无障碍通道如何普及，都有很多不可避免楼梯结构，如小区住宅、人行天桥、地下隧道等。即使是只有几级台阶，也成为普通轮椅无法逾越的鸿沟，特别是目前社会发展，建筑数量增多，进一步增加了台阶和楼梯，也加剧了老年人行动不便者与下肢残疾者出行的不便。因此，设计一款可爬梯的轮椅迫在眉睫。

国内外对爬楼梯装置都已经有过大量的研究，总体来看可按照爬楼梯功能实现的原理可分为轮组式，履带式，以及其他附加辅助式爬楼梯装置。轮组式爬梯装置是由星轮翻转，在爬梯过程中重心起伏较大，造成乘坐者感到不适。目前市场上履带式爬楼梯装置的轮椅应用较多，与其它爬梯机构相比，其运动方式更为连续，传动效率比较高，控制简单，能够适应多种尺寸的楼梯。爬梯过程中轮椅的重心总是沿着与楼梯台阶沿的连线相平行的直线运动，其重心的波动很小，运动平稳。但是，履带是爬梯装置结构笨重，行动不灵活，且不适合在楼梯阶沿太光滑及斜度大于30°～ 35°的环境使用。另外，履带轮椅爬楼梯时容易损坏楼梯边沿，后期的维护成本较高。这一系列问题都制约着履带轮椅的发展和普及。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种爬楼梯轮椅，其中，本发的爬楼梯轮椅通过结构上进行巧妙的设计，简化了结构和爬楼梯动作，行动灵活，大幅提高了爬楼梯效率和稳定性，解决了履带轮椅爬楼梯时容易损坏楼梯边沿，后期的维护成本较高的问题，同时爬梯过程中重心起伏平稳，从而实现高效、稳定的攀爬不同尺寸的楼梯的优点。

本实用新型的技术方案如下：

一种爬楼梯轮椅，其中，包括椅面，固定连接在所述椅面下表面的支架，还包括:

设置在所述椅面下方的前部且用于沿竖直方向移动的第一升降机构，转动设置在所述第一升降机构上的前驱动轮；

设置在所述椅面下方的后部且用于沿竖直方向移动的第二升降机构，铰接的所述第二升降机构前端且用于前后摆动的后轮推摆机构，转动设置在所述后轮推摆机构上的后驱动轮；

设置在所述第二升降机构后端且用于沿竖直方向移动的第三升降机构，转动设置在所述第三升降机构上的第一辅助轮；

固定设置在所述椅面下且用于前后摆动的辅助推摆机构，转动设置在所述辅助推摆机构上的第二辅助轮。

进一步，所述第一升降机构包括固定设置在所述椅面下表面的第一电机，连接在所述第一电机的输出轴上的第一滚珠丝杠模组，连接在所述第一滚珠丝杠模组的丝杠螺母上的第一支脚；

在第一支脚上固定设置有第二电机，所述第二电机的输出轴连接所述前驱动轮。

进一步，所述第二升降机构沿竖直方向架设在所述支架与所述椅面之间，所述第二升降机构包括固定设置在所述支架上的第三电机，连接在所述第三电机的输出轴上的第二滚珠丝杠模组，连接在所述第二滚珠丝杠模组的丝杠螺母上且沿前后方向延伸设置的抬升梁，沿竖直方向固定设置在所述椅面与所述支架之间的光轴，套设在所述光轴外且固定连接在所述抬升梁上的直线轴承。

进一步，所述后轮推摆机构包括铰接在所述抬升梁上的第二支脚，一端铰接在所述第二支脚上且另一端铰接在所述抬升梁上的电动推杆，所述电动推杆用于推动所述第二支脚前后摆动；

所述第二支脚上固定设置有第四电机，所述第四电机的输出轴连接所述后驱动轮。

进一步，所述抬升梁的后端固定连接第三升降机构，所述第三升降机构包括第五电机，沿竖直方向连接在第五电机的输出轴上的第三滚珠丝杠模组，所述第三滚珠丝杠模组的丝杠螺母固定连接所述抬升梁，固定连接在所述第三滚珠丝杠模组的下端的第三支脚；所述第三支脚上转动连接所述第一辅助轮。

进一步，所述辅助推摆机构包括固定设置在所述支架后端的舵机，连接在所述舵机的输出轴上的第一连杆，通过限位销铰接在所述第一连杆上的第二连杆，一端铰接在所述第二连杆上的第三连杆，固定连接在所述第三连杆上的第四支脚，所述第三连杆的另一端铰接在所述支架上；

所述第二辅助轮转动设置在所述第四支脚上；

所述支架上固定设置有限位块，所述限位块用于卡嵌所述限位销。

进一步，还包括有转动设置在所述椅面前端的脚架，一端铰接在所述脚架上且另一端铰接在所述支架上的第一可控气弹簧。

进一步，还包括有转动设置在所述椅面后端的靠背，一端铰接在所述靠背上且另一端铰接在所述支架上的第二可控气弹簧。

进一步，所述第一升降机构设置有两个，两个所述第一升降机构分别位于椅面的左右两侧，两个所述第一升降机构之间固定设置有滑靴；

所述第二升降机构设置有两个，两个所述第二升降机构分别位于椅面的左右两侧，所述后轮推摆机构设置有两个，两个所述后轮推摆机构之间固定设置有同步杆。

进一步，还包括有固定设置在所述第一升降机构上用于检测高度的第一传感器；固定设置在所述后轮推摆机构上用于检测高度的第二传感器；固定设置在所述第三升降机构上用于检测高度的第三传感器；固定设置在所述辅助推摆机构上用于检测高度的第四传感器。

与现有技术相比，本实用新型提出的一种爬楼梯轮椅，其中在地面上，后驱动轮为收缩状态，第二辅助轮为收缩状态，轮椅行驶靠前驱动轮和后驱动轮进行支撑，到达楼梯口，使背面靠近楼梯，启动上楼模式，首先辅助推摆机构摆动，使第二辅助轮支撑在地面上，再控制第二升降机构上升，同时后轮推摆机构向前摆出，使后驱动轮靠近前驱动轮，这样形成前驱动轮、后驱动轮、第二辅助轮支撑轮椅的支撑结构；再使第三升降机构下降使第一辅助轮抵靠在楼梯第一台阶上，再下降第一升降机构和第二升降机构从而抬升椅面，使辅助推摆机构的第二辅助轮上升到楼梯第一台阶上，使第一辅助轮和第二辅助轮到达第一台阶后，移动轮椅，使第一辅助轮靠近第二台阶，此时第一辅助轮与第二辅助轮在楼梯第一台阶上，前驱动轮和后驱动轮在地面上，抬升第二升降机构，使后驱动轮和第一辅助轮向上提升，第一辅助轮到第二台阶所在高度，后驱动轮到达第一台阶高度，轮椅向后移动靠近第二台阶，这样使第一辅助轮到达楼梯第二台阶上，后驱动轮到达楼梯第一台阶上，此时轮椅通过后驱动轮和第二辅助轮稳定支撑在楼梯第一台阶上，第一辅助轮支撑在第二台阶上；下降第二升降机构，使第一升降机构和辅助推摆机构进行提升，且整个轮椅除了后驱动轮和第一辅助驱动轮外都被抬升，这样前驱动轮到达第一台阶，第二辅助轮到达第二台阶，轮椅向第三台阶移动，前驱动轮和后驱动轮在第一台阶上实现支撑，第一辅助轮和第二辅助轮在第二台阶上实现对轮椅的支撑；再提升第二升降机构，使第一辅助轮到达第三台阶高度，后驱动轮到达第二台阶；轮椅向第三台阶移动，第一辅助轮在第三台阶上，后驱动轮在第二台阶上实现对轮椅支撑；再下降第二升降机构，使前驱动轮到达第二台阶，第二辅助轮到达第三台阶，依次原理完成轮椅连续抬升，在动作和控制上具有极大的简化，并且更加高效。本方案适应范围广。本实用新型采用轮椅的前后支撑的高度差等于台阶高度的支撑结构作为组成的主要元素，对于不同的台阶高度，轮椅具备了自适应调节的能力，即通过第一升降机构和第三升降机构两组支撑结构调节高度差；对于台阶高度，由于支撑结构支撑在相邻的两级台阶上，前后跨度足够维持重心，因此可以按最窄的楼梯宽度进行设计。对于所有按照国家规定的行业标准设计的楼梯，其宽度均在260-320mm之间，高度均在140-210mm之间，本实用新型可以通过结构尺寸设计，适应行业标准设计下的所有楼梯。同时本方案机身水平抬升，抬升过程平稳，而目前市面上的爬梯轮椅大都采用星轮式或者履带式，这类机器人由于其形式的限制，在爬梯过程中机身是倾斜的，爬梯时，轮椅倾斜会对乘坐者造成心理的恐慌，而且也容易失重，所以此类机构需要额外增加一个矫正的机构，从而增加重量和机构复杂，而本方案的爬梯机构基于升降机构的设计，在爬楼梯的过程中的运动轨迹是垂直上升以及水平前移，不存在角度的变化，因此在爬梯过程中能够保持机器自身水平，不需要增加额外的机构进行水平校正，不易失重，实现平稳爬升。本方案运行稳定、安全。两组前后具有高度差的支撑结构，使得无论是在爬梯过程还是平地运行过程，均保证了至少4个轮子(前后2组)同时接触地面或台阶面，且支撑的前后跨度大，因此运行过程中机体平稳，容易维持重心，不容易翻车或者是倾斜。本方案的结构简洁，主要由分布于两侧的支撑结构组成，体积小、重量轻，并且支撑结构模块化安装，安装、维护方便。

附图说明

图1为本实用新型一种爬楼梯轮椅的实施例的左视图；

图2为本实用新型一种爬楼梯轮椅的实施例的结构示意图；

图3为本实用新型一种爬楼梯轮椅的实施例的第一升降机构的结构示意图；

图4为本实用新型的一种爬楼梯轮椅的实施例的第二升降机构的部分零件的结构示意图。

图5为本实用新型的一种爬楼梯轮椅的实施例的第三升降机构和的后轮推摆机构的结构示意图；

图6为本实用新型的一种爬楼梯轮椅的实施例的后轮推摆机构的收缩状态的结构示意图；

图7为本实用新型的一种爬楼梯轮椅的实施例的辅助推摆机构的收缩状态的结构示意图；

图8为本实用新型的一种爬楼梯轮椅的实施例的辅助推摆机构的展开状态的结构示意图；

图9为本实用新型的一种爬楼梯轮椅的实施例的剖视图；

图10为本实用新型一种爬楼梯轮椅的实施例的左视图；

图11为本实用新型一种爬楼梯轮椅的在爬楼梯时的各状态图；

图12为本实用新型一种爬楼梯轮椅的在爬楼梯时的各状态图；

图13为本实用新型一种爬楼梯轮椅的在爬楼梯时的各状态图；

图14为本实用新型一种爬楼梯轮椅的在下楼梯时的各状态图；

图15为本实用新型一种爬楼梯轮椅的在下楼梯时的各状态图。

图中各标号：1、椅面；2、靠背；3、脚架；4、控制台；5、电池； 6、支架；7、滑靴；8、第一可控气弹簧；9、第二可控气弹簧；10、第一升降机构；11、前驱动轮；12、第一传感器；13、第二电机；14、第一电机；15、第一滚珠丝杠模组；16、第一支脚；20、第二升降机构；21、第三电机；22、第二滚珠丝杠模组；23、抬升梁；24、光轴；25、直线轴承；26、齿轮副；30、后轮推摆机构；31、第二支脚；32、电动推杆； 33、第二传感器；34、后驱动轮；35、第四电机；36、同步杆；40、第三升降机构；41、第三滚珠丝杠模组；42、第五电机；43、第三支脚；44、第一辅助轮；45、第三传感器；50、辅助推摆机构；51、舵机；52、第一连杆；53、第二连杆；54、第三连杆；55、第四支脚；56、第二辅助轮； 57、限位销；58、限位块；59、第四传感器。

具体实施方式

本实用新型提供一种爬楼梯轮椅，为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1、图2所示，一种爬楼梯轮椅，其中，包括椅面1，固定连接在所述椅面1下表面的支架6，以轮椅使用时为参考描述本方案的结构，人坐在椅面1上，竖直方向为上下方向，腿和后背所在的方向为前后方向，人的左右方向为结构描述的左右方向，在椅面1上的左右方向还固定设置有扶手，还包括：设置在所述椅面1下方的前部且用于沿竖直方向移动的第一升降机构10，第一升降机构10可以电动升降，在所述第一升降机构10的下端转动设置有前驱动轮11。在所述椅面1下方的后部固定设置有第二升降机构20，第二升降机构20用于沿竖直方向移动，第二升降机构20采用电动控制，所述第二升降机构20前端铰接有后轮推摆机构30，转动设置在所述后轮推摆机构30上的后驱动轮34；后轮推摆机构30用于前后摆动，从而带动后驱动轮34的前后摆动。在所述第二升降机构20后端设置有第三升降机构40，第三升降机构40用于沿竖直方向移动，第三升降机构40可随第二升降机构20上升或下降，转动设置在所述第三升降机构40上的第一辅助轮 44；通过第三升降机构40调节第一辅助轮44与后驱动轮34之间的高度，可以在爬楼梯时，其高度差等于楼梯高度。在所述椅面1下的支架6上固定设置有辅助推摆机构50，转动设置在所述辅助推摆机构50上的第二辅助轮56，辅助推摆机构50用于前后摆动第二辅助轮56，在不用爬梯时，使第二辅助轮56呈收缩状态，在爬楼时，第一升降机构10可上下调节使前驱动轮11与第二辅助轮56之间的高度差等于楼梯台阶的高度。

本实用新型在爬楼梯过程中的过程为：如图1、图11、图12所示，在地面上，后驱动轮34为收缩状态，第二辅助轮56为收缩状态，轮椅行驶靠前驱动轮11和后驱动轮34进行支撑，到达楼梯口，使背面靠近楼梯，首先辅助推摆机构50摆动，使第二辅助轮56支撑在地面上，再控制第二升降机构20上升，同时后轮推摆机构30向前摆出，使后驱动轮34靠近前驱动轮 11，这样形成前驱动轮11、后驱动轮34、第二辅助轮56支撑轮椅的支撑结构；再使第三升降机构40下降使第一辅助轮44抵靠在楼梯第一台阶上，再下降第一升降机构10和第二升降机构20从而抬升椅面1，使辅助推摆机构 50的第二辅助轮56上升到楼梯第一台阶上，使第一辅助轮44和第二辅助轮 56到达第一台阶后，移动轮椅，使第一辅助轮44靠近第二台阶，此时第一辅助轮44与第二辅助轮56在楼梯第一台阶上，前驱动轮11和后驱动轮34在地面上，抬升第二升降机构20，使后驱动轮34和第一辅助轮44向上提升，第一辅助轮44到第二台阶所在高度，后驱动轮34到达第一台阶高度，轮椅向后移动靠近第二台阶，这样使第一辅助轮44到达楼梯第二台阶上，后驱动轮34到达楼梯第一台阶上，此时轮椅通过后驱动轮34和第二辅助轮56稳定支撑在楼梯第一台阶上，第一辅助轮44支撑在第二台阶上；下降第二升降机构20，使第一升降机构10和辅助推摆机构50进行提升，这样前驱动轮 11到达第一台阶，第二辅助轮56到达第二台阶，轮椅向第三台阶移动，前驱动轮11和后驱动轮34在第一台阶上实现支撑，第一辅助轮44和第二辅助轮56在第二台阶上实现对轮椅的支撑；再提升第二升降机构20，使第一辅助轮44到达第三台阶高度，后驱动轮34到达第二台阶；轮椅向第三台阶移动，第一辅助轮44在第三台阶上，后驱动轮34在第二台阶上实现对轮椅支撑；再下降第二升降机构20，使前驱动轮11到达第二台阶，第二辅助轮56 到达第三台阶，依次原理完成轮椅连续抬升，同理可实现下台阶的操作，本方案在动作和控制上具有极大的简化，并且更加高效。本方案适应范围广。本实用新型采用轮椅的前后支撑的高度差等于台阶高度的支撑结构作为组成的主要元素，对于不同的台阶高度，轮椅具备了自适应调节的能力，即通过第一升降机构10和第三升降机构40两组支撑结构调节高度差；对于台阶高度，由于支撑结构支撑在相邻的两级台阶上，前后跨度足够维持重心，因此可以按最窄的楼梯宽度进行设计。

本实施例的具体结构为：如图2、图3所示，所述第一升降机构10包括通过螺钉固定连接在所述椅面1下表面的第一电机14，连接在所述第一电机14的输出轴上的第一滚珠丝杠模组15，第一滚珠丝杠模组15通过第一电机14的驱动而实现升降，第一滚珠丝杠模组15为常用结构，其中，第一滚珠丝杠模组包含由滚珠丝杆和丝杆螺母组成的滚珠丝杆副和由直线导轨和导轨滑块组成的直线导轨副，通过滚珠丝杠转动，而实现丝杠螺母的直线移动，同时通过直线导轨副进行定位，使丝杠螺钉实现定向的直线移动，滚珠丝杆副具有良好的精度、机械效率和承载能力，能够保证支撑的稳定性和升降的准确性；后文中的第二滚珠丝杠模组22，第三滚珠丝杠模组41 均采用相同或相似的方案来实现；在所述第一滚珠丝杠模组15的丝杠螺母上固定连接有第一支脚16；通过第一滚珠丝杠模组15通电后，实现对第一支脚16的升降。在第一支脚16上通过螺钉固定连接有第二电机13，第二电机13沿左右方向设置，所述第二电机13的输出轴连接所述前驱动轮11；第二电机13通电，带动前驱动轮11转动，从而为轮椅提供动力。

如图4、图5所示，所述第二升降机构20沿竖直方向架设在所述支架6 与所述椅面1之间，所述第二升降机构20包括固定设置在所述支架6上的第三电机21，在所述第三电机21的输出轴上连接有齿轮副26，所述齿轮副26 连接第二滚珠丝杠模组22从而为第二滚珠丝杠模组22提供动力，在所述第二滚珠丝杠模组22的丝杠螺母上且沿前后方向延伸设置有抬升梁23，沿竖直方向在所述椅面1与所述支架6之间固定设置有光轴24，在所述光轴24上套设有直线轴承25，所述直线轴承25固定连接在所述抬升梁23上，光轴24 与直线轴承25的作用相当于滚珠丝杠模组中的直线导轨副，从而通过第二滚珠丝杠模组22实现对抬升梁23的上下升降，而采用齿轮副26连接第三电机21与第二滚珠丝杠模组22，齿轮副26的齿数和模数可以根据电机性能和实际工况进行调整，实现加速(提高升降速度)或减速(增加负载能力)，如果电机性能合适也可以省去齿轮副26，使电机通过联轴器直驱滚珠丝杠模组。

如图5、图6所示，所述后轮推摆机构30包括铰接在所述抬升梁23上的第二支脚31，用于推动第二支脚31的电动推杆32，所述电动推杆32的一端铰接在所述第二支脚31上且另一端铰接在所述抬升梁23上，所述在第二支脚31的下端通过螺钉固定设置有第四电机35，所述第四电机35的输出轴连接所述后驱动轮34，第四电机35驱动所述后驱动轮34转动，为轮椅提供前进或后退的动力。所述电动推杆32推动所述第二支脚31前后摆动从而实现后驱动轮34的展开(抬升梁23与第二支脚31成直角)或收起(抬升梁23与第二支脚31成锐角)；后驱动轮34的展开和收起过程需要电动推杆32伸缩和第二升降机构20驱动抬升梁23升降同时进行，并且速度协调好，不能使后驱动轮34低于第二辅助轮56，这样不会将轮椅抬起，或者避免第四电机 35干涉到其他构件，当开始爬楼时，电动推杆32伸出的同时第二升降机构20驱动抬升梁23上升，这样抬升梁23上升的同时推出第二支脚31，使第二支脚31带动后驱动轮34前移，使抬升梁23与第二支脚31成90度，后驱动轮 34展开，后驱动轮34展开的同时，辅助推摆机构50摆动，使第二辅助轮56 支撑在地面上。

所述抬升梁23的后端固定连接第三升降机构40，所述第三升降机构40 包括第五电机42，沿竖直方向连接在第五电机42的输出轴上的第三滚珠丝杠模组41，所述第三滚珠丝杠模组41的丝杠螺母通过螺钉固定连接所述抬升梁23，固定连接在所述第三滚珠丝杠模组41的下端的第三支脚43；在所述第三支脚43上转动连接所述第一辅助轮44。这样当抬升梁23进行上升或下降时，带动所述第三升降机构40进行上升或下降，而第三滚珠丝杠模组41可以根据台阶的高度单独控制第三支脚43的上升或下降，使第一辅助轮 44抵靠在台阶面上。

如图1、图7、图8所示，所述辅助推摆机构50包括固定设置在所述支架6后端的舵机51，连接在所述舵机51的输出轴上的第一连杆52，通过限位销57铰接在所述第一连杆52上的第二连杆53，铰接在所述第二连杆53上的第三连杆54，第三连杆54的一端铰接在所述第二连杆53上，另一端铰接在所述支架6上；这样第一连杆52、第二连杆53、第三连杆54和支架6组成四连杆机构；在所述第三连杆54上固定连接有第四支脚55，所述第二辅助轮56转动设置在所述第四支脚55上。舵机51与第一连杆52连接，驱动四连杆机构，从而控制第四支脚55收起和展开。第一连杆52与第二连杆53铰接处为限位销57，比机构其他位置的销更长，在所述支架6上通过螺钉固定连接有限位块58，当第四支脚55收起时，限位销57抵靠在所述限位块58 上，而限位块58不会干涉到其他任何构件。当辅助推摆机构50处于收起状态时，第四支脚55倾斜，第二辅助轮56离地，限位销57卡在限位块58上。后驱动轮34的支持力(地面对重力的反作用力)会直接传递到支架上，而不会传递到舵机51和滚珠丝杆副处，减少应力载荷、延长寿命、起保护作用。当辅助推摆机构50处于展开状态时，第二辅助轮56与地面接触，第四支脚55支撑在支架上，地面的支持力也直接传递到支架上，减少四连杆机构受力，同样起保护作用。

如图4、图5所示，所述第一升降机构10设置有两个，两个所述第一升降机构10分别位于椅面1的左右两侧，两个所述第一升降机构10之间固定设置有滑靴7；滑靴7用于增加两个第一升降机构10的直线约束，使第一升降机构10之间稳定支撑。所述第二升降机构20设置有两个，两个所述第二升降机构20分别位于椅面1的左右两侧，所述后轮推摆机构30设置有两个，两个所述后轮推摆机构30之间固定设置有同步杆36。同步杆36固定连接两个后轮推摆机构30，使后轮推摆机构30同步摆动，增强其稳定性。同时，辅助推摆机构50的第三连杆54后端开设凹槽，当辅助推摆机构50处于收起状态时，第四支脚55倾斜、第二辅助轮56离地，限位销57卡在限位块 58上时第四连杆上的凹槽抵靠同步杆36外壁。这样减少应力载荷、延长寿命、起保护作用。

为实现智能化控制，还包括有各种传感器，具体为，如图3所示，固定设置在所述第一升降机构10上用于检测高度的第一传感器12，第一传感器12可以检测前驱动轮11离地面高度并控制第一升降机构10进行相应的升降操作；如图5所示，在所述后轮推摆机构30上固定设置有用于检测高度的第二传感器33，所述第二传感器33可以检测后驱动轮34离地面高度并控制第二升降机构20进行相应的升降操作和后轮推摆机构30进行收缩和展开动作；如图6所示，在所述第三升降机构40上固定设置有用于检测高度的第三传感器45，所述第三传感器45可以检测第一辅助轮44离地面高度并控制第三升降机构40进行相应的升降操作；如图9、图10所示，在所述辅助推摆机构50上固定设置用于检测高度的第四传感器59，所述第四传感器59 可以检测第二辅助轮56离地面高度并控制辅助推摆机构50进行相应的收缩和展开操作。

轮椅整体结构左右对称。各种传感器均采用左右成对设置，如果在上下楼梯过程中左右对称设置的传感器所反馈的信息不一致，则证明轮椅不平行与台阶，方向出现偏移，轮椅会自动通过左右两侧的第一升降机构、第二升降机构或第三升降机构的驱动电机的差速进行方向矫正。

如图1、图9所示，还包括有转动设置在所述椅面1前端的脚架3，一端铰接在所述脚架3上且另一端铰接在所述支架6上的第一可控气弹簧8，通过第一可控气弹簧8推动脚架3的抬起和放下，从而实现脚架3的适宜角度调节控制。还包括有转动设置在所述椅面1后端的靠背2，一端铰接在所述靠背2上且另一端铰接在所述支架6上的第二可控气弹簧9。通过第二可控气弹簧9伸缩来推动靠背2的抬起和放下，控制其倾斜程度，从而实现靠背 2的适宜角度调节。在所述支架6上固定设置有电池5，电池5为所有用电器进行供电。

左扶手或右扶手上设置有控制台4，控制台4上安装有控制电路，通过控制电路实现对轮椅的自动化控制，在所述控制台4上设置有摇杆，用于控制轮椅在地面移动，以及多个按键，用实现控制气弹簧伸缩、进入自动上下楼梯模式等功能。此外也可以根据消费需求增加喇叭、驻车等功能。

本实用新型一种爬楼梯轮椅的爬楼工作原理为：如图11中a-b所示，在地面上，后驱动轮34为收缩状态从而接触于地面，第二辅助轮56为收缩状态从而悬空在地面上，轮椅行驶靠前驱动轮11和后驱动轮34进行支撑，到达楼梯口，使背面靠近楼梯，首先辅助推摆机构50摆动，使第二辅助轮56 支撑在地面上，再控制第二升降机构20上升，同时后轮推摆机构30向前摆出，使后驱动轮34靠近前驱动轮11，这样形成前驱动轮11、后驱动轮34、第二辅助轮56抵靠在地面上的支撑结构。

如图11中b所示，第二升降机构20上升，抬起第三升降机构40，如图 11中c所示，再使第三升降机构40下降使第一辅助轮44抵靠在楼梯第一台阶上；如图11中d所示，再下降第一升降机构10和第二升降机构20从而抬升椅面1，使辅助推摆机构50的第二辅助轮56上升到楼梯第一台阶上，使第一辅助轮44和第二辅助轮56到达第一台阶后，如图12中e所示，移动轮椅，使第一辅助轮44靠近第二台阶，此时第一辅助轮44与第二辅助轮56在楼梯第一台阶上，前驱动轮11和后驱动轮34在地面上。

如图12中f所示，抬升第二升降机构20，使后驱动轮34和第一辅助轮44 向上提升，第一辅助轮44到第二台阶所在高度，如图12中g所示，后驱动轮34到达第一台阶高度，轮椅向后移动靠近第二台阶，这样使第一辅助轮 44到达楼梯第二台阶上，后驱动轮34到达楼梯第一台阶上，此时轮椅通过后驱动轮34和第二辅助轮56稳定支撑在楼梯第一台阶上，第一辅助轮44支撑在第二台阶上。

如图12中h所示，下降第二升降机构20，使第一升降机构10和辅助推摆机构50进行提升，这样前驱动轮11到达第一台阶，第二辅助轮56到达第二台阶，轮椅向第三台阶移动，如图13中i所示，前驱动轮11和后驱动轮34 在第一台阶上实现支撑，第一辅助轮44和第二辅助轮56在第二台阶上实现对轮椅的支撑。

如图13中j所示，再提升第二升降机构20，使第一辅助轮44到达第三台阶高度，后驱动轮34到达第二台阶；如图13中k所示，轮椅向第三台阶移动，第一辅助轮44在第三台阶上，后驱动轮34在第二台阶上实现对轮椅支撑。

如图13中l所示，下降第二升降机构20，使前驱动轮11到达第二台阶，第二辅助轮56到达第三台阶，依次循环完成轮椅连续抬升。

轮椅可能处于两段楼梯的中间平台上的情况，如果是到达楼梯间的中间平台可以不结束上楼梯模式，楼梯的中间平台的大小、方位都不同，无法通过传感器自动检测，使用者通过摇杆控制轮椅移动，转弯到下一梯段，继续进行攀爬。如果是每上一段楼梯就展开一次后轮推摆机构30、收起一次后轮推摆机构30，导致增加步骤、浪费时间。

当到达楼顶，即所有楼梯均爬完，则结束上楼梯模式，即先收起后轮推摆机构30，第三支脚43也收起至初始位置，然后收起辅助推摆机构，恢复普通状态。

下楼梯的原理为：如图14中a所示，当轮椅来到楼梯边缘，正面朝向楼梯，使轮椅进行下楼梯模式，如图14中b所示，首先辅助推摆机构50展开，第二辅助轮56展开，然后后轮推摆机构30展开，后驱动轮34前移。在此状态下，前驱动轮11、后驱动轮34和第二辅助轮56同时接触地面。轮椅缓慢向前行驶。

如图14中c所示，刚第一感应器感应到距离增加，即增加的距离为台阶高度，前驱动轮11悬空时，如图14中d所示，降下第一升降机构10，下降至前驱动轮11接触到第一台阶面，此时第一升降机构10和辅助推摆机构 50之间的高度差等于楼梯台阶高度。轮椅继续向前行驶。

如图15中e-f所示，当后驱动轮34悬空时，降下第二升降机构20，下降至后驱动轮34接触到第一台阶面。如图15中g所示，轮椅继续前进，到前驱动轮11悬空时，然后上升第二升降机构20，使椅面1下降，降至第二辅助轮56接触第一台阶面，如图15中h所示，前驱动轮11向下接触第二台阶面。此时第二升降机构20上的后驱动轮34和第一辅助轮44的高度差等于楼梯台阶高度，座椅会相对于地面下降一级台阶的高度。轮椅继续向前行驶。

当后驱动轮34悬空时，降下第二升降机构20，下降高度等于抬升的高度或台阶高度，即后驱动轮34到第二台阶面，第一辅助轮44到达第一台阶面。轮椅继续向前行驶。

当时前驱动轮11再次悬空时，重复循环前面的步骤。

当前方再无台阶时，即当前梯段结束。如图15中i-j所示，轮椅先行驶至出第二支脚31，其余部分悬空，然后同时第一升降机构10、第二升降机构20上升，使轮椅降落至地面。完成当前梯段下落；此时，轮椅可能处于两梯段间的平台上，或者是抵达楼梯底部，完成下楼。

如果是到达楼梯间的中间平台可以不结束下楼梯模式，使用者通过摇杆控制轮椅移动，转弯或移动到下一梯段，继续进行下楼。

如果是已抵达楼梯底部，则结束下楼梯模式，即先收起第二升降机构 20，第二支脚31收起至初始位置，然后收起辅助推摆机构50，恢复普通状态。

本方案不仅做成方便老人和残疾人出行的爬楼梯轮椅，也可以通过改装转化，做成爬楼梯婴儿车、快递机器人、送餐机器人等。

综上所述，本实用新型的爬楼梯结构是由第一升降机构10和辅助推摆机构50组成的一组具有前后高度差的支撑结构，以及由第二升降机构20上的后轮推摆机构30和第三升降机构40组成的另一组具有前后高度差的支撑结构构成；两组前后具有高度差的支撑结构的前后高度差等于楼梯台阶高度，能够支撑轮椅在台阶上进行水平升降和平移运动。通过两组支撑结构交替支撑、驱动，轮椅能够平稳、快速、高效的实现多级台阶的连续抬升或下降，从而实现上下楼梯的功能。轮椅能够通过传感器检测，利用控制台4中的控制电路调节滚珠丝杆模组，使两组支撑结构的前后高度差等于楼梯台阶高度，攀爬楼梯过程时，第一升降机构10相对座椅保持不动，起支撑和前后驱动的作用，第二升降机构20能够相对座椅做垂直升降运动，起支撑、升降和前后驱动的作用。本方案在动作和控制上具有极大的简化，并且更加高效。本方案适应范围广。本实用新型采用轮椅的前后支撑的高度差等于台阶高度的支撑结构作为组成的主要元素，对于不同的台阶高度，轮椅具备了自适应调节的能力，即通过第一升降机构10和第三升降机构40分别调节两组支撑结构的高度差；对于台阶高度，由于支撑结构支撑在相邻的两级台阶上，前后跨度足够维持重心，因此可以按最窄的楼梯宽度进行设计。对于所有按照国家规定的行业标准设计的楼梯，其宽度均在260-320mm之间，高度均在140-210mm之间，本实用新型可以通过结构尺寸设计，适应行业标准设计下的所有楼梯。同时本方案机身水平抬升，抬升过程平稳，而目前市面上的爬梯轮椅大都采用星轮式或者履带式，这类机器人由于其形式的限制，在爬梯过程中机身是倾斜的，爬梯时，轮椅倾斜会对乘坐者造成心理的恐慌，而且也容易失重，所以此类机构需要额外增加一个矫正的机构，从而增加重量和机构复杂，而本方案的爬梯机构基于升降机构的设计，在爬楼梯的过程中的运动轨迹是垂直上升以及水平前移，不存在角度的变化，因此在爬梯过程中能够保持机器自身水平，不需要增加额外的机构进行水平校正，不易失重，实现平稳爬升。本方案运行稳定、安全。两组前后具有高度差的支撑结构，使得无论是在爬梯过程还是平地运行过程，均保证了至少4个轮子(前后2组)同时接触地面或台阶面，且支撑的前后跨度大，因此运行过程中机体平稳，容易维持重心，不容易翻车或者是倾斜。本方案的结构简洁，主要由分布于两侧的支撑结构组成，体积小、重量轻，并且支撑结构模块化安装，安装、维护方便。

应当理解的是，本实用新型的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种爬楼梯轮椅，包括椅面，固定连接在所述椅面下表面的支架，其特征在于，还包括:

设置在所述椅面下方的前部且用于沿竖直方向移动的第一升降机构，转动设置在所述第一升降机构上的前驱动轮；

设置在所述椅面下方的后部且用于沿竖直方向移动的第二升降机构，铰接的所述第二升降机构前端且用于前后摆动的后轮推摆机构，转动设置在所述后轮推摆机构上的后驱动轮；

设置在所述第二升降机构后端且用于沿竖直方向移动的第三升降机构，转动设置在所述第三升降机构上的第一辅助轮；

固定设置在所述椅面下且用于前后摆动的辅助推摆机构，转动设置在所述辅助推摆机构上的第二辅助轮。

2.根据权利要求1所述的爬楼梯轮椅，其特征在于，所述第一升降机构包括固定设置在所述椅面下表面的第一电机，连接在所述第一电机的输出轴上的第一滚珠丝杠模组，连接在所述第一滚珠丝杠模组的丝杠螺母上的第一支脚；

在第一支脚上固定设置有第二电机，所述第二电机的输出轴连接所述前驱动轮。

3.根据权利要求1所述的爬楼梯轮椅，其特征在于，所述第二升降机构沿竖直方向架设在所述支架与所述椅面之间，所述第二升降机构包括固定设置在所述支架上的第三电机，连接在所述第三电机的输出轴上的第二滚珠丝杠模组，连接在所述第二滚珠丝杠模组的丝杠螺母上且沿前后方向延伸设置的抬升梁，沿竖直方向固定设置在所述椅面与所述支架之间的光轴，套设在所述光轴外且固定连接在所述抬升梁上的直线轴承。

4.根据权利要求3所述的爬楼梯轮椅，其特征在于，所述后轮推摆机构包括铰接在所述抬升梁上的第二支脚，一端铰接在所述第二支脚上且另一端铰接在所述抬升梁上的电动推杆，所述电动推杆用于推动所述第二支脚前后摆动；

所述第二支脚上固定设置有第四电机，所述第四电机的输出轴连接所述后驱动轮。

5.根据权利要求3所述的爬楼梯轮椅，其特征在于，所述抬升梁的后端固定连接第三升降机构，所述第三升降机构包括第五电机，沿竖直方向连接在第五电机的输出轴上的第三滚珠丝杠模组，所述第三滚珠丝杠模组的丝杠螺母固定连接所述抬升梁，固定连接在所述第三滚珠丝杠模组的下端的第三支脚；所述第三支脚上转动连接所述第一辅助轮。

6.根据权利要求1所述的爬楼梯轮椅，其特征在于，所述辅助推摆机构包括固定设置在所述支架后端的舵机，连接在所述舵机的输出轴上的第一连杆，通过限位销铰接在所述第一连杆上的第二连杆，一端铰接在所述第二连杆上的第三连杆，固定连接在所述第三连杆上的第四支脚，所述第三连杆的另一端铰接在所述支架上；

所述第二辅助轮转动设置在所述第四支脚上；

所述支架上固定设置有限位块，所述限位块用于卡嵌所述限位销。

7.根据权利要求1所述的爬楼梯轮椅，其特征在于，还包括有转动设置在所述椅面前端的脚架，一端铰接在所述脚架上且另一端铰接在所述支架上的第一可控气弹簧。

8.根据权利要求1所述的爬楼梯轮椅，其特征在于，还包括有转动设置在所述椅面后端的靠背，一端铰接在所述靠背上且另一端铰接在所述支架上的第二可控气弹簧。

9.根据权利要求1所述的爬楼梯轮椅，其特征在于，所述第一升降机构设置有两个，两个所述第一升降机构分别位于椅面的左右两侧，两个所述第一升降机构之间固定设置有滑靴；

所述第二升降机构设置有两个，两个所述第二升降机构分别位于椅面的左右两侧，所述后轮推摆机构设置有两个，两个所述后轮推摆机构之间固定设置有同步杆。

10.根据权利要求1所述的爬楼梯轮椅，其特征在于，还包括有固定设置在所述第一升降机构上用于检测高度的第一传感器；固定设置在所述后轮推摆机构上用于检测高度的第二传感器；固定设置在所述第三升降机构上用于检测高度的第三传感器；固定设置在所述辅助推摆机构上用于检测高度的第四传感器。

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