TWM576451U - Electric power assisted walking and climbing drive - Google Patents

Abstract

本新型公開了一種可電動助力行走與爬樓驅動裝置，採用將行走機構與爬行架相結合，構成創新性的行星齒輪傳動原理。平路行走時，驅動部帶動太陽輪正向旋轉，具有兩個行走輪同時與地面接觸，太陽輪帶動行星輪圍繞行星軸反向自轉，齒圈的內齒和外齒與行星輪同步反向旋轉，以使傳動齒輪帶動行走輪正向旋轉實現行走轉動。樓梯爬行時，太陽輪正向旋轉，行走輪遇樓梯受阻，傳動齒輪、齒圈的內齒與外齒停止轉動，太陽輪帶動行星輪沿內齒正向公轉，以使行星軸帶動爬行架正向旋轉實現跨越障礙爬行。解決了現有星輪結構在行走輪無法運轉時造成爬行架動力反向運轉，難以完成爬樓功能的技術問題，並具有結構簡單與使用安全可靠的特點。

Description

可電動助力行走與爬樓驅動裝置

本新型涉及爬樓器械技術領域，具體是一種可電動助力行走與爬樓驅動裝置。

對於沒有電梯的輪椅爬樓或搬運重物，是一件很困難的事情，需要消耗更多的人力才能完成，因此，採用電動動力的自動載重爬樓機或爬樓輪椅應運而生。爬樓機或爬樓輪椅的執行行走部分基本類同，按照其傳動方式可分為：履帶式、步進支撐式和星輪式三種。 　　其中，履帶型機構的爬樓裝置為連續的行走方式，但當履帶每離開上一台階或行進到下一台階時會出現因重心偏離而前後傾側，不適合在樓梯階緣太光滑及斜度大於30－35度的環境使用，另外履帶的質量較重與磨損較大，以造成使用不方便、對樓梯階緣造成損傷與後期維修成本高的問題，同時在平地行走時其阻力也較大，轉角處拐彎不靈活。對此，國內外提出過各種各樣的改進機構，但目前仍不是很理想。 　　步進支撐式的爬樓裝置已有近百年的歷史，由兩套支承裝置交替支承，以實現上下樓梯的功能，經過多年不斷的演變和改進，具有使用廣泛及安全性比較高的優點，但步進支撐式的爬樓裝置存在傳動機構複雜、結構高度集成化的特點，加之大量高硬度輕質材料的使用導致造價高昂。 　　星輪式的爬樓機構由均勻分佈在Y形、五星或十字形系桿上的若干個小輪構成，各個小輪既可以繞各自的軸線自轉，又可以隨著系桿一起繞中心軸公轉，在平地行走時，各小輪自轉，而爬樓梯時，各小輪一起公轉，從而實現爬樓的功能，星輪式的爬樓機構具有傳動結構簡單，平地行走、爬樓梯及轉彎轉角都比較靈活，且質量輕便和造價低廉的優點，適於推廣應用。 　　中國專利公告號CN103932849B的專利公開了一種欠驅動自適應式爬樓輪椅，其欠驅動輪系包括齒輪箱、輪架軸、中軸、小軸、車輪、變速箱、輪架軸上套裝的大齒輪、中軸上活動套裝的中齒輪、小軸上活動套裝的小齒輪，小齒輪、中齒輪和大齒輪均設置在齒輪箱內，車輪與小齒輪數量相同，且與小齒輪固定連接，大齒輪與中齒輪相齒合，中齒輪與小齒輪相齒合，輪架軸與變速箱的動力輸出端連接，該欠驅動輪系為三臂星形輪系，三臂星形輪系優點在於可以跨過較高的障礙。 　　但上述技術方案的爬樓驅動輪系在遇到障礙時，車輪會停止轉動，進而使小齒輪和中齒輪也會停止轉動，大齒輪對中齒輪的力矩會使整個輪系產生向前翻轉轉動以實現跨過障礙，但問題在於，大齒輪與中齒輪以及中齒輪與小齒輪均是採用外齒合傳動形式，亦即，大齒輪與中齒輪的旋轉方向相反，小齒輪與大齒輪的旋轉方向相同，當大齒輪正向轉動時，中齒輪起到傳動作用使小齒輪也同步正向轉動。在大齒輪正向轉動為正向前行時，大齒輪對中齒輪的力矩會使整個輪系產生向大齒輪轉動方向相反的反向轉動，亦即，使整個輪系產生向後翻轉轉動而非向前翻轉轉動，進而造成輪椅向後退，從而無法實現向前跨過障礙的爬樓梯使用功能需要。另外，通過對現有專利技術的檢索分析發現，三臂星形輪系均採用上述類同的外齒合傳動形式，因此研究設計一種能實現爬樓梯使用功能需要，且輕便可靠的星形輪輪椅驅動裝置十分必要。

為解決上述技術問題，本新型的目的在於提供一種可電動助力行走與爬樓驅動裝置，採用行星齒輪結構的傳動工作原理，可有效實現平路行走及樓梯爬行的使用功能需要，解決了現有星輪結構在行走輪無法運轉時造成爬行架動力反向運轉，難以完成爬樓功能的問題，具有結構簡單、輕便可靠以及實用性強的特點。 　　為達到上述目的，本新型的技術方案如下： 　　一種可電動助力行走與爬樓驅動裝置，包括爬行架、驅動部以及行走機構，行走機構包括行走輪組以及行星輪組，行走輪組的數量為多個且構成以行星輪組軸心為中心的星形狀； 　　行走輪組包括與爬行架轉動連接的轉軸、安裝在轉軸上的傳動齒輪以及固設在轉軸外端的行走輪； 　　行星輪組包括主軸、太陽輪、行星軸、行星輪以及齒圈，主軸轉動連接在爬行架上且與驅動部的動力輸出端連接，太陽輪固設在主軸的外端，行星軸與爬行架固定連接，行星輪轉動連接在行星軸的外端，且行星輪的數量為多個，齒圈具有與太陽輪同軸心的內齒和外齒； 　　行星輪與太陽輪外齒合，且行星輪與齒圈的內齒內齒合，外齒與傳動齒輪外齒合； 　　平路行走工作狀態，驅動部動力傳遞到主軸以使太陽輪正向旋轉，具有兩個行走輪與地面接觸，太陽輪帶動行星輪圍繞行星軸反向自轉，齒圈的內齒和外齒與行星輪同步反向旋轉，以使傳動齒輪帶動行走輪正向旋轉實現行走轉動； 　　樓梯爬行工作狀態，驅動部動力傳遞到主軸以使太陽輪正向旋轉，行走輪遇樓梯受阻，傳動齒輪、齒圈的內齒與外齒停止轉動，太陽輪帶動行星輪沿內齒正向公轉，以使行星軸帶動爬行架正向旋轉實現跨越障礙爬行。 　　進一步地，還包括安裝在主軸上且位於齒圈外側的齒圈固定板，且齒圈固定板與齒圈可拆卸連接。 　　進一步地，還包括單向軸承，轉軸通過單向軸承實現與爬行架轉動連接。 　　進一步地，行走輪組的數量為3-5個。 　　進一步地，驅動部包括旋轉電機和變速機構，旋轉電機通過變速機構與主軸動力連接。 　　進一步地，還包括與旋轉電機電連接的電力控制單元，電力控制單元包括蓄電池組、電池監控模塊、顯示及充電模塊、感測器及控制模塊、操控開關以及電機驅動模塊。 　　進一步地，感測器及控制模塊中的感測器包括角度感測器，角度感測器用於感測行走及爬行角度以控制電機驅動模塊的輸出功率大小或主軸的轉速大小。 　　本新型的有益效果： 　　1、本新型採用將行走機構與爬行架相結合，構成創新性的行星齒輪傳動工作原理，行走機構包括行走輪組以及行星輪組，行星輪組包括主軸、太陽輪、行星軸、行星輪以及齒圈；在平路行駛工作狀態時，驅動部動力傳遞到主軸以使太陽輪正向旋轉，具有兩個行走輪與地面接觸，太陽輪帶動行星輪圍繞行星軸反向自轉，齒圈的內齒和外齒與行星輪同步反向旋轉，以使傳動齒輪帶動行走輪正向旋轉實現行走轉動；樓梯爬行工作狀態時，驅動部動力傳遞到主軸以使太陽輪正向旋轉，行走輪遇樓梯受阻，傳動齒輪、齒圈的內齒與外齒停止轉動，太陽輪帶動行星輪沿內齒正向公轉，以使行星軸帶動爬行架正向旋轉實現跨越障礙爬行，從而有效實現平路行走及樓梯爬行的使用功能需要； 　　2、本新型中設置具有內齒與外齒的齒圈，既可起到太陽輪對傳動齒輪的同向動力傳遞作用，還可在傳動齒輪及齒圈固定受阻時，保證行星輪帶動爬行架沿內齒同向旋轉，解決了現有星輪結構在行走輪無法運轉時造成爬行架動力反向運轉，難以完成爬樓功能的問題，太陽輪的動力輸出順暢，且運轉工作靈活無卡滯，使用輕便可靠； 　　3、本新型中的轉軸通過單向軸承實現與爬行架轉動連接，應用單向軸承或稱超越軸承，可在驅動部失去電力或電機出現故障時，仍可由人力單方向運作行走，使用方便，滿足不同的實際使用需要； 　　4、本新型的可電動助力行走與爬樓驅動裝置，行走輪組的數量可根據實際應用需要進行具體設定，爬行架與行走輪組相對應，有效取代了傳統人力搬運方式，可適於不同載重運輸爬行及輪椅爬行的爬樓應用，並具有其結構簡單、佈局緊湊、質量輕便、價格低廉與實用性強的特點，適於推廣應用。

為使本新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖，對本新型作進一步詳細說明。 　　需要注意的是，除非另有說明，本申請使用的技術術語或者科學術語應當為本新型所屬領域技術人員所理解的通常意義。 　　如圖1所示，一種可電動助力行走與爬樓驅動裝置，包括爬行架1、驅動部以及行走機構，爬行架作為與輪椅或載重運輸爬樓裝置的連接使用，用於安裝在車架底部的縱向兩側，起到結構連接與支承作用，同時驅動部也安裝車架上，用於給行走機構提供動力，爬行架與驅動部需根據行走機構進行對應設定，具體結構可結合現有機械技術手段，此處不作贅述。行走機構包括行走輪組3以及行星輪組4，行走輪組3的數量為多個且構成以行星輪組4軸心為中心的星形狀，亦即，多個行走輪組3呈以行星輪組4軸心為中心均布設置，爬行架1的設置可與行走輪組3的數量相對應。較佳地，行走輪組3的數量為3-5個，以滿足不同的載重或使用功能需要，根據實際應用經驗，設置3個行走輪組時，可有利於使行走輪組跨過較高的障礙，適於樓梯爬行需要。 　　行走輪組3包括與爬行架1轉動連接的轉軸31、安裝在轉軸31上的傳動齒輪32以及固設在轉軸31外端的行走輪33，若行走輪組3的數量為三個時，三個轉軸31的軸心之間的連線構成等邊三角形，相鄰行走輪33之間需間距設置，以避免產生相互干涉。 　　行星輪組4包括主軸41、太陽輪42、行星軸43、行星輪44以及齒圈45，主軸41轉動連接在爬行架1上且與驅動部的動力輸出端連接，太陽輪42固設在主軸41的外端，行星軸43與爬行架1固定連接，行星輪44轉動連接在行星軸43的外端，且行星輪44的數量為多個，較佳為三個，也可與行走輪組3的數量相對應，可根據實際需要進行具體設定。另外，當行走輪與行星輪也同樣設為三個時，其爬行架與行走輪及行星輪的數量較佳為相對應設置，且較佳的是主軸41、行星軸43及轉軸31的軸心之間位於同一連線上。齒圈45具有與太陽輪42同軸心的內齒45a和外齒45b。行星輪44與太陽輪42外齒合，且行星輪44與齒圈45的內齒45a內齒合，外齒45b與傳動齒輪32外齒合。 　　驅動部較佳係包括旋轉電機和變速機構，旋轉電機通過變速機構與主軸動力連接，變速機構或稱為變速箱，可起到對旋轉電機輸出轉動速度的調配作用，變速機構可採用現有成熟技術手段。 　　作平路行走工作狀態時，驅動部動力傳遞到主軸以使太陽輪正向旋轉，此時具有兩個行走輪與地面接觸，由於行走輪的阻力小，爬行架被固定，亦即，構成太陽輪主動、爬行架固定與齒圈被動的運轉模式，太陽輪帶動行星輪圍繞行星軸反向自轉，齒圈的內齒和外齒與行星輪同步反向旋轉，亦即，行星輪由於與太陽輪外齒合，使行星輪與太陽輪的轉向相反，齒圈的內齒與行星輪內齒合，使齒圈與行星輪轉向相同並與太陽輪轉向相反，齒圈的外齒與傳動齒輪外齒合，使傳動齒輪與齒圈的轉向相反並與太陽輪轉向相同，從而使傳動齒輪帶動行走輪正向旋轉以實現正向轉動行走的使用功能需要。 　　作樓梯爬行工作狀態，驅動部動力傳遞到主軸以使太陽輪正向旋轉，此時行走輪遇樓梯受阻，傳動齒輪連同齒圈被停止轉動，亦即，構成太陽輪主動、齒圈被固定與爬行架被動的運轉模式，行星輪在太陽輪帶動下作反向自轉，同時行星輪沿齒圈的內齒作正向公轉，從而使行星軸帶動爬行架作正向旋轉以實現帶動行走輪組作跨越障礙爬行的使用功能需要。 　　由上述技術方案可知，設置的具有內齒與外齒的齒圈，既可起到太陽輪對傳動齒輪的同向動力傳遞作用，還可在傳動齒輪及齒圈固定受阻時，保證了行星輪帶動爬行架沿內齒同向旋轉，解決了現有星輪結構在行走輪無法運轉時造成爬行架動力反向運轉，難以完成爬樓功能的問題。 　　本技術方案的行星輪組可歸結為以下運轉工作原理： 　　1)齒圈固定，太陽輪主動，爬行架被動；2)齒圈固定，爬行架主動，太陽輪被動；3)太陽輪固定，齒圈主動，爬行架被動；4)太陽輪固定，爬行架主動，齒圈被動；5)爬行架固定，太陽輪主動，齒圈被動；6)爬行架固定，齒圈主動，太陽輪被動；7)把齒圈、太陽輪與爬行架三個元件中任意兩個結合為一體；8)齒圈、太陽輪與爬行架三個元件中任意一元件為主動，其餘兩元件自由。由上述原理可知，利用齒圈的中間傳動作用，可實現多種不同的工作模式原理，在與行走輪的傳動齒輪配合過程中，可保證太陽輪的動力輸出更加順暢，且運轉工作靈活無卡滯，使用安全可靠。根據上述行星輪組的工作原理可以得出，平路行走狀態的行星輪組工作原理為：序號5)爬行架固定，太陽輪主動，齒圈被動；而樓梯爬行狀態的行星輪組工作原理為：1)齒圈固定，太陽輪主動，爬行架被動。 　　如圖2所示，作為較佳的一種技術方案，還包括安裝在主軸上且位於齒圈45外側的齒圈固定板46，且齒圈固定板46與齒圈45可拆卸連接，設置齒圈固定板可起到對齒圈的固定作用，並與主軸作同軸轉動，可保證齒圈的傳動可靠與穩定性。齒圈的另外一種實施例，包括具有內齒的齒圈內齒輪與具有外齒的齒圈外齒輪，亦即，將內齒與外齒作分開設置，齒圈外齒輪具有用於安裝齒圈內齒輪的軸孔，通過齒圈固定板以實現齒圈內齒輪與齒圈外齒輪可拆卸固定連接。同時，也可便於生產製造，滿足不同的安裝與使用需要。 　　作為較佳的一種技術方案，還包括單向軸承5，轉軸通過單向軸承實現與爬行架轉動連接。應用單向軸承或稱超越軸承，當在驅動部失去電力或電機出現故障時，仍可由人力單方向運作行走，使用方便，滿足不同的實際使用需要。 　　如圖3所示，還包括與旋轉電機電連接的電力控制單元，電力控制單元包括蓄電池組、電池監控模塊、顯示及充電模塊、感測器及控制模塊、操控開關以及電機驅動模塊，蓄電池組可為電機提供電力，由電池監控模塊監控電池的電量及實時使用狀態，由顯示及充電模塊顯示電力狀況及電量的補充，感測器及控制模塊與操控開關，可用於驅動裝置的自動控制與手動控制模式的調節或切換，各控制模塊較佳係採用現有成熟技術手段的PLC集成控制。 　　進一步的，感測器及控制模塊中的感測器包括角度感測器，角度感測器用於感測行走及爬行角度以控制電機驅動模塊的輸出功率大小或主軸的轉速大小，此處可結合安裝本驅動裝置的輪椅或載重運輸部分的需要設置用於感測位置或距離的距離感測器以及其它應用類型的感測器，此處不作贅述。 　　由上述技術方案可知，本新型的可電動助力行走與爬樓驅動裝置，可根據載重量及實際需要採用兩個或兩個以上的旋轉電機提供動力，行走機構的安裝方式結合現有輪椅及載重爬樓機等的結構進行具體設計以連接固定。另外，其驅動方式也不局限於電力推動，也可根據實際應用環境及技術的進步採用其它動力方式實現。 　　以上的說明和實施例僅是範例性的，並不對本新型的範圍構成任何限制。本領域技術人員應該理解的是，在不偏離本新型的精神和範圍下可以對新型技術方案的細節和形式進行修改或替換，但這些修改和替換均落入本新型的保護範圍內。

1‧‧‧爬行架

3‧‧‧行走輪組

31‧‧‧轉軸

32‧‧‧傳動齒輪

33‧‧‧行走輪

4‧‧‧行星輪組

41‧‧‧主軸

42‧‧‧太陽輪

43‧‧‧行星軸

44‧‧‧行星輪

45‧‧‧齒圈

45a‧‧‧內齒

45b‧‧‧外齒

46‧‧‧齒圈固定板

5‧‧‧單向軸承

圖1為本新型的可電動助力行走與爬樓驅動裝置的結構示意圖； 　　圖2為本新型的行星輪組的實施例的結構示意圖； 　　圖3為本新型的電力控制單元的流程圖。

Claims (6)

1. 一種可電動助力行走與爬樓驅動裝置，包括爬行架、驅動部以及行走機構，其特徵在於：該行走機構包括行走輪組以及行星輪組，該行走輪組的數量為多個且構成以行星輪組軸心為中心的星形狀；該行走輪組包括與該爬行架轉動連接的轉軸、安裝在該轉軸上的傳動齒輪以及固設在該轉軸外端的行走輪；該行星輪組包括主軸、太陽輪、行星軸、行星輪以及齒圈，該主軸轉動連接在該爬行架上且與該驅動部的動力輸出端連接，該太陽輪固設在該主軸的外端，該行星軸與該爬行架固定連接，該行星輪轉動連接在該行星軸的外端，且該行星輪的數量為多個，該齒圈具有與該太陽輪同軸心的內齒和外齒；該行星輪與該太陽輪外齒合，且該行星輪與該齒圈的該內齒內齒合，該外齒與該傳動齒輪外齒合；平路行走工作狀態，該驅動部動力傳遞到該主軸以使該太陽輪正向旋轉，具有兩個該行走輪與地面接觸，該太陽輪帶動該行星輪圍繞該行星軸反向自轉，該齒圈的該內齒和該外齒與該行星輪同步反向旋轉，以使該傳動齒輪帶動該行走輪正向旋轉實現行走轉動；樓梯爬行工作狀態，該驅動部動力傳遞到該主軸以使該太陽輪正向旋轉，該行走輪遇樓梯受阻，該傳動齒輪、該齒圈的該內齒與該外齒停止轉動，該太陽輪帶動該行星 輪沿該內齒正向公轉，以使該行星軸帶動該爬行架正向旋轉實現跨越障礙爬行。
2. 根據申請專利範圍第1項所述的可電動助力行走與爬樓驅動裝置，還包括安裝在該主軸上且位於該齒圈外側的齒圈固定板，且該齒圈固定板與該齒圈可拆卸連接。
3. 根據申請專利範圍第1項所述的可電動助力行走與爬樓驅動裝置，還包括單向軸承，該轉軸通過該單向軸承實現與該爬行架的轉動連接。
4. 根據申請專利範圍第1項所述的可電動助力行走與爬樓驅動裝置，其中，該行走輪組的數量為3-5個。
5. 根據申請專利範圍第1項所述的可電動助力行走與爬樓驅動裝置，其中，該驅動部包括旋轉電機和變速機構，該旋轉電機通過該變速機構與該主軸動力連接。
6. 根據申請專利範圍第5項所述的可電動助力行走與爬樓驅動裝置，還包括與該旋轉電機電連接的電力控制單元，該電力控制單元包括配置來對該旋轉電機提供電力的蓄電池組、配置來監控該蓄電池組的電池監控模塊、配置來顯示該蓄電池組的電力狀況及電量的補充的顯示及充電模塊、感測器及控制模塊、操控開關以及電機驅動模塊， 其中，該感測器及控制模塊與該操控開關配置為用於該電機驅動模塊的調節或切換。