CN111000685A - 智能啮合式爬楼轮椅 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能啮合式爬楼轮椅,包括支撑架固定在底板上,所述底板四周设有电机驱动机构,每个电机驱动机构与对应的弹簧伸缩轮相连,弹簧伸缩轮之间设有连杆机构,该连杆机构位于底板上;所述弹簧伸缩轮包括轮主壳体,该轮主壳体上分布有多个方形通道,每个方形通道中设有依次连接的方形接触杆、减震弹簧、传力杆、连杆,多个连杆活动连接在推力伞状环上,该推力伞状环位于轮主壳体中心;所述推力伞状环与推力轴承一侧相连,推力轴承另一侧与工尾连接杆相连,该工尾连接杆与传力连杆相连;本申请保证了轮椅的行驶稳定性,避免因上下楼梯导致车体的倾斜而给使用者带来的恐惧感。
Description
技术领域
本发明涉及一种轮椅,具体说是一种智能啮合式爬楼轮椅。
背景技术
近年来,随着人口老龄化以及行动不便,下肢无力,不能站立者人群数量的增加,对轮椅的需求正在逐步上升,人们对轮椅的要求也越来越高。但在市场上,我国轮椅的发展速度以及经验有限。调查研究后,我们得出重要的结论:市场正急需一种完全不需要他人帮助就可以自由行走在任何地方的轮椅。
目前,我国轮椅的种类十分有限,并且大部分大型生产线的企业都在复制有限的轮椅种类。因此,市场上大部分的轮椅都不能实现,在没人帮助照看的情况下,仅依靠使用者自己就能去任何想去的地方的目地。这种轮椅的主要缺点是:不能由使用者自己实现去想去的任何地点。爬楼轮椅可以帮助使用者实现上楼梯的功能,扩大行走范围,从而更加便利行动不便的人的生活。目前已有的3种机械结构:轮组式爬楼轮椅直接利用车轮或者类轮转动达到爬坡的目的,通过轮组的翻转来达到上下楼梯的目的。它的特点是每个轮组依照星形轮的方式进行运动,一般有平地行驶和跨越台阶两种工作模式。但是,爬楼梯是一个小轮一起绕中心轴公转,翻跨上台阶,速度较慢,重心起伏较大,会使乘坐者感到不适和不安全。履雷型爬楼梯的轮椅,比轮组式有更加连续的行走方式,传动效率相此较长,在下楼梯的过程中,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,比较1来说,它最大的不足就是平底行走的阻力较大,运动不灵活,在爬楼梯使轮带容易折损。多足式爬楼礼轮椅的主基特点是:具有两套或两套以上支承装置,支承装置交替出现实现上下楼梯的功能。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题,本申请提供智能啮合式爬楼轮椅,保证了轮椅的行驶稳定性,避免因上下楼梯导致车体的倾斜而给使用者带来的恐惧感。
为实现上述目的,本申请的技术方案为:智能啮合式爬楼轮椅,包括支撑架、椅架、弹簧伸缩轮、电机驱动机构、平衡调节机构和连杆机构;所述支撑架固定在底板上,所述底板四周设有电机驱动机构,每个电机驱动机构与对应的弹簧伸缩轮相连,弹簧伸缩轮之间设有连杆机构,该连杆机构位于底板上;
所述连杆机构包括电动推杆,所述电动推杆两端设有工字型连接件,每个工字型连接件连接有两个传力连杆,所述传力连杆与对应的弹簧伸缩轮相连;
所述弹簧伸缩轮包括轮主壳体,该轮主壳体上分布有多个方形通道,每个方形通道中设有依次连接的方形接触杆、减震弹簧、传力杆、连杆,多个连杆活动连接在推力伞状环上,该推力伞状环位于轮主壳体中心;所述推力伞状环与推力轴承一侧相连,推力轴承另一侧与工尾连接杆相连,该工尾连接杆与传力连杆相连;
所述电机驱动机构包括四个直流电机,所述直流电机分别通过固定板安装在底板上,直流电机的输出轴依次穿过对应的工尾连接杆、推力轴承伸进推力伞状环的中心孔中;
平衡调节机构包括伸缩杆、陀螺仪、旋转合页,所述伸缩杆一端固定在底板上,伸缩杆另一端固定在椅架的座椅底部;所述陀螺仪安装在底板上,椅架通过旋转合页与支撑架活动连接。
进一步的,所述传力杆的一端设有螺纹凹槽a,减震弹簧的一端与螺纹凹槽a相连,所述方形接触杆的一端设有螺纹凹槽b,减震弹簧的另一端与螺纹凹槽b相连。
进一步的,所述陀螺仪与微控制器输入端相连,所述微控制器输出端与电机和电动推杆相连,该电机与伸缩杆相连。
进一步的,在轮主壳体上均匀开有避让孔,所述避让孔位于相邻两个方形通道之间。
进一步的,当爬楼梯时,方形接触杆伸出方形通道与楼梯相接触。
本发明由于采用以上技术方案,能够取得如下的技术效果:
(1)本申请中的弹簧伸缩轮爬楼时依靠电动推杆推力实现裂变,裂变成齿轮状,齿轮状裂变后轮子表面通过内部伸缩性弹簧与楼梯表面接触,实现与楼梯表面的啮合,保证轮子做滚动摩擦运动,实现高效率,高安全性,稳定性运动。
(2)微控制器通过控制电动推杆实现弹簧伸缩轮裂变,结构简单,并且操作方便,功耗低。
(3)由陀螺仪传感器收集座椅平衡状态,并将数据传入微控制器进行处理,通过控制伸缩杆的长度,控制座椅保持水平。
(4)适应障碍路段以及坑洼地带行驶,轮子内轨嵌入可伸缩弹簧,遇特殊地段能够保持轮椅平稳,扩大了老年人活动范围,提高安全性能。
附图说明
图1为智能啮合式爬楼轮椅整体结构示意图;
图2为本申请部分结构示意图;
图3为本申请部分结构示意图;
图4为弹簧伸缩轮***图;
图5为正常行驶时弹簧伸缩轮状态图;
图6为爬楼梯时弹簧伸缩轮状态图;
图中序号说明:1.椅架;2.弹簧伸缩轮;3.电动推杆;4、工字型连接件;5.传力连杆;6.底板;7.直流电机;8.方形接触杆;9.减震弹簧;10.传力杆;11.连杆;12.推力伞状环;13.推力轴承;14.工尾连接杆;15.轮主壳体。
具体实施方式
本发明的实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施的,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述实施例。
实施例1
本实施例提供一种智能啮合式爬楼轮椅,包括支撑架、椅架、弹簧伸缩轮、电机驱动机构、平衡调节机构和连杆机构;所述支撑架固定在底板上,所述底板四周设有电机驱动机构,每个电机驱动机构与对应的弹簧伸缩轮相连,弹簧伸缩轮之间设有连杆机构,该连杆机构位于底板上;整个轮椅以支撑架为基准,椅架末端通过旋转合页与支撑架相连,保持可绕支撑架旋转的自由度,当伸缩杆伸长时推动椅架绕支撑架旋转,使其与支撑架保持一定角度,用以平衡上下楼过程中所产生的倾斜角度。另外椅架设有腿部支撑机构方便用户乘坐舒适。
所述连杆机构包括电动推杆,所述电动推杆两端设有工字型连接件,每个工字型连接件连接有两个传力连杆,所述传力连杆与对应的弹簧伸缩轮相连;当电动推杆伸长,向前后推动工字型连接件进而推动传力连杆移动,因传力连杆一端通过工尾连接杆与推力轴承连接,且推力轴承仅存在电机轮轴左右沿轴向移动的自由度,故推动轴承向远离直流电机方向移动,也就使弹簧伸缩轮裂变成齿轮状,同理当弹簧伸缩轮紧缩时即使电动推杆收缩。
所述弹簧伸缩轮包括轮主壳体,该轮主壳体上分布有多个方形通道,每个方形通道中设有依次连接的方形接触杆、减震弹簧、传力杆、连杆,多个连杆活动连接在推力伞状环上,该推力伞状环位于轮主壳体中心;所述推力伞状环与推力轴承一侧相连,推力轴承另一侧与工尾连接杆相连,该工尾连接杆与传力连杆相连;采用两对弹簧伸缩轮式机构,也是本次设计的亮点所在,弹簧收缩轮包括轮主壳体,轮主壳体与其他轮子不同,为使其具有适应普通道路与楼梯等复杂道路两种变形状态,该轮主壳体上分布有多个方形通道,每个方形通道中设有依次连接的方形接触杆、减震弹簧、传力杆、连杆,多个连杆活动连接在推力伞状环上,该推力伞状环位于轮主壳体中心;所述推力伞状环与推力轴承一侧相连,推力轴承另一侧与工尾连接杆相连,该工尾连接杆与传力连杆相连,方形通道一方面可保证轮子内部连接件不产生旋转现象,保持稳定状态,另一方面可以提高轮缘整体强度。推力伞状环接收到来自传力连杆的推力作用在推力轴承,模仿雨伞撑起原理,使连杆沿轮子内部方形通道移动,且当推力伞状环与轮主壳体接触时,方形接触杆、减震弹簧、传力杆、连杆成一条沿径向的直线,达到自锁效果,也就只产生径向力,对于推力轴承无力的作用,将轴向推力转变为轮子伸缩的径向推力,依次推出方形接触杆,减震弹簧,传力杆等,方形接触杆与楼梯表面接触,类似千足虫行进原理,弹簧收缩轮旋转,使多个方形接触杆与楼梯表面接触形成一平面,保证爬楼过程为滚动摩擦,不出现打滑现象,减震弹簧一方面可以保证轮子爬楼过程中轮子中心运动曲线平滑达到减震效果,另一方面上楼过程可保证方形接触杆接触到楼梯表面时收缩,未接触到时伸长,时刻与楼梯表面接触且为一平面,减震弹簧与传力杆和方形接触杆为弹簧螺纹槽连接,在保证不脱断的前提下能够减少内部零件使用空间,可增长方形接触杆伸出长度,提高使用效果,本申请座椅的轮子由十二个方形接触杆组成轮齿机构,轮齿越多与楼梯接触面积越大,与楼梯表面啮合,达到上楼梯的目的;
所述电机驱动机构包括四个直流电机,所述直流电机分别通过固定板安装在底板上,直流电机的输出轴依次穿过对应的工尾连接杆、推力轴承伸进推力伞状环的中心孔中;四个直流电机通过微控制器(STM32单片机)控制转向速度与制动,能够提供较大的动力和扭矩,电机输出轴连接弹簧伸缩轮,为其提供动力的同时也作为推力伞状环的移动导轨。
平衡调节机构包括伸缩杆、陀螺仪、旋转合页,所述伸缩杆一端固定在底板上,伸缩杆另一端固定在椅架的座椅底部;所述陀螺仪安装在底板上,椅架通过旋转合页与支撑架活动连接。将椅架,支撑架作为连杆,两连杆与伸缩杆构成三角形架构,当伸缩杆伸长时即可使三角形倾角增大用以平衡上下楼过程产生的倾斜角度变化。用陀螺仪进行用户身体倾斜姿态收集,将返回数据传入微控制器(STM32单片机)中进行数据处理,进而控制伸缩杆的伸缩长度。达到保持用户身体平衡的效果。
本申请结构可应用于需要进行越障爬楼平地等环境中;例如:月球车,自动勘探机器人,爬楼轮椅等特殊环境场所,减震效果好,速度快,车身波动性小,行驶过程安全稳定。
当平地状态行驶时,可通过控制电机转向达到转弯调速效果,轮子此时为紧缩状态,并无特殊效果,可保证高速行驶。当行驶过程遇到坑洼及爬楼过程时,可调制爬楼状态,上楼时,车尾与楼梯棱角处保持水平且车尾靠近楼梯,即反向上楼。连杆机构中电动推杆接收到来自微控制器(STM32单片机)命令后伸长,推动工字型连接件,推力轴承,推力伞状环等移动,进而将方形接触杆推出,且内部零件达到自锁状态。平衡调节机构的伸缩杆受微控制器控制,上楼过程可实现自动化智能化保持座椅水平。下楼时轮椅正面朝向楼梯与上楼方向相同,其余动作原理和上楼过程相同。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,并不用于限制本发明,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变型,这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.智能啮合式爬楼轮椅,其特征在于,包括支撑架、椅架、弹簧伸缩轮、电机驱动机构、平衡调节机构和连杆机构;所述支撑架固定在底板上,所述底板四周设有电机驱动机构,每个电机驱动机构与对应的弹簧伸缩轮相连,弹簧伸缩轮之间设有连杆机构,该连杆机构位于底板上;
所述连杆机构包括电动推杆,所述电动推杆两端设有工字型连接件,每个工字型连接件连接有两个传力连杆,所述传力连杆与对应的弹簧伸缩轮相连;
所述弹簧伸缩轮包括轮主壳体,该轮主壳体上分布有多个方形通道,每个方形通道中设有依次连接的方形接触杆、减震弹簧、传力杆、连杆,多个连杆活动连接在推力伞状环上,该推力伞状环位于轮主壳体中心;所述推力伞状环与推力轴承一侧相连,推力轴承另一侧与工尾连接杆相连,该工尾连接杆与传力连杆相连;
所述电机驱动机构包括四个直流电机,所述直流电机分别通过固定板安装在底板上,直流电机的输出轴依次穿过对应的工尾连接杆、推力轴承伸进推力伞状环的中心孔中;
平衡调节机构包括伸缩杆、陀螺仪、旋转合页,所述伸缩杆一端固定在底板上,伸缩杆另一端固定在椅架的座椅底部;所述陀螺仪安装在底板上,椅架通过旋转合页与支撑架活动连接。
2.根据权利要求1所述智能啮合式爬楼轮椅,其特征在于,所述传力杆的一端设有螺纹凹槽a,减震弹簧的一端与螺纹凹槽a相连,所述方形接触杆的一端设有螺纹凹槽b,减震弹簧的另一端与螺纹凹槽b相连。
3.根据权利要求1所述智能啮合式爬楼轮椅,其特征在于,所述陀螺仪与微控制器输入端相连,所述微控制器输出端与电机和电动推杆相连,该电机与伸缩杆相连。
4.根据权利要求1所述智能啮合式爬楼轮椅,其特征在于,在轮主壳体上均匀开有避让孔,所述避让孔位于相邻两个方形通道之间。
5.根据权利要求1所述智能啮合式爬楼轮椅,其特征在于,当爬楼梯时,方形接触杆伸出方形通道与楼梯相接触。
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