專利名稱:微電腦控制便攜式電/手動輪椅的制作方法
技術領域:
本實用新型涉及一種輪椅,尤其是一種微電腦控制的電動、手動兩用輪椅,是用于殘疾患者行動和運動煅煉的組合器械。
背景技術:
患者因腦內出血或造成中樞神經受壓時,會導致偏癱或下肢失支去知覺,患者不能站立行走,甚至生活不能自理,有的雖說可借助工具行走,但行走困難,無法進行室內外的自由活動。現有的技術中,對于嚴重癱瘓患者的行動器具主要是通過自身或他人進行行動的器具,對于下肢癱瘓患者則采用機動車駕駛行動;如輪椅,三輪摩托;但這些器具只能用于不完全性癱瘓,且機動車體積和重量大,速度快,只適合上肢具有相當體力的下肢癱瘓患者;這種機動車不能在室內或庭院小巷活動,既不安全又不方便,且不能給患者進行必要的運動鍛煉。又不可折疊,不易于存放和攜帶運輸。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種微電腦控制便攜式電/手動輪椅,使患者能方便地出入室內、外進行活動和進行運動鍛煉;并可以進行遠距離行走,還可以疊并后攜帶運輸;為了完成上述任務,本實用新型采用的技術方案為一種微電腦控制便攜式電/手動輪椅,包括車架,設在車架上的兩個車輪及手驅動圈,設在車架前下部的導向輪及其后下部的防傾翻輪,設在車架中部的椅座坐墊及活動扶手架,其特征在于它還包括設在車架上可控制輪椅運行的微電腦控制裝置及與其電連接的電力驅動裝置,及設在車架前部的腳踏裝置。
所述微電腦控制裝置包括設置在車架右側部的微電腦控制器及其上方扶手處的操作器座、操縱器、操縱手柄,設在椅座坐墊下方并置于蓄電池架上的蓄電池。
所述電力驅動裝置為設在車架兩側部并各自獨立驅動兩側車輪的兩套相同的電力驅動裝置,其每套包括由筒式直流電機與雙級齒輪減速器連接為一體的總成件,筒式直流電機的輸出軸與雙級齒輪減速器的輸入軸為同一軸,該雙級齒輪減速器的輸出軸通過其外端設置的牙嵌式車輪離合器與車輪呈連接或分離狀,該筒式直流電機轉子軸的末端設有電磁摩擦式制動器,該電子驅動裝置通過設在其雙級齒輪減速器上部的頂面卡瓦及前端的側卡瓦分別卡固在車架的橫梁及助推把上,而構成該電力驅動裝置與車架的固定連接。
所述腳踏裝置為連接在車架前端的踏腳板總成。或所述腳踏裝置為一連接在車架前端的下肢運動康復器,其包括底座,固接在底座上可與車架連接的連接固定架、運動電機、蝸輪減速器,設在蝸輪減速器輸出軸上的踏板搖臂、運動踏板及其鎖緊扣帶,運動踏板上向內依次鉸接有連桿及上端與車架鉸接的擺桿;其還包括設在左側扶手上可控制該下肢運動康復器的電子調速器,其分別與作為電源的蓄電池及運動電機電連接。
所述車架前端的縱梁上設有兩對可與腳踏裝置的踏腳板總成或下肢運動康復器60構成易拆裝并固定連接的插接式固定銷座及鎖止開關。
所述車架是可折疊的長方形框架結構,其后面的兩垂直助推把向上延伸構成車架的靠背部,該長方形框架結構的車架的內側設有穩定支架,其由兩件結構相同的“工”字形內、外構件通過中心銷連接為叉式結構,其兩上橫梁與椅座坐墊相連接,并坐落在車架邊框橫梁上所設的兩對內弧形的坐墊固定座上,該穩定支架的下橫梁通過活銷與車架的下橫梁鉸接。
所述蓄電池架上還連接有吊耳及吊耳座,該吊耳座為焊接在車架側面并設有通孔的矩形板,吊耳穿過吊耳座的通孔,通過旋接在吊耳端部的螺母構成可對蓄電池架調整及拆卸的固定連接。
所述穩定支架的下段結構為與筒式直流電機外殼形狀相吻合的弧形結構。
采用上述方案后,本實用新型與現有技術相比具有以下有益效果1)由于本實用新型設有手驅動圈和電驅動裝置,可以作為電、手動兩用輪椅,手驅動時可進行室內外范圍不大的活動,電驅動時可進行室內外活動,還可以作遠距離行走的交通工具;電動部分采用24V直流電源供電,保證安全。
2)由于操作部分采用了操縱器,患者只需小范圍地扳動操縱手柄,就能方便地實現輪椅的前進、倒退、轉向動作;同時,通過電壓調整或調節輸出電壓,以改變輸出電壓而改變電機轉速,實現無級變速。
3)車輪采用手動、電動兩種方式驅動,并在電力驅動裝置的減速器輸出軸外端設置了牙嵌式車輪離合器,因此操作靈活方便。當蓄電池電量不足時,操縱器上的電量指示燈由綠色變以紅色,警示電量不足,應充電。此時若需繼續使用輪椅,可旋轉輪軸上的牙嵌式車輪離合器,該牙嵌式車輪離合器使車輪與減速器輸出軸分離后,用手轉動手驅動圈使輪椅行走;采用電動驅動時,旋轉牙嵌式車輪離合器,使車輪與減速器輸出軸相結合,由扶手處安裝的微電腦控制器操縱器,通過操作操縱手柄使操縱器將輪椅運行要求傳送給微電腦控制器,從而使微電腦控制器確認工作要求后,發出各項工作程序命令,使電力驅動裝置按照命令進行工作。
4)由于該輪椅設有微電腦控制裝置,可容易實現定點轉向,轉向時由微電腦控制裝置控制一側車輪前進,另一側車輪后退而各作方向相反的差動運動,使輪椅可進行小角度轉向和360°原地旋轉;在室內可方便地出入各房間;在室外可以在庭院小道,胡同小巷中靈活方便地行走。
5)由于電力驅動裝置的筒式直流電機轉子軸的末端上設置了電磁摩擦式制動器,當操縱手柄直立時,即切斷通向電磁摩擦式制動器的電流,筒式直流電機的電流也同時被切斷而停止工作,摩擦片在彈簧的彈力作用下,將直流電機轉子軸抱緊制動,使車輪停止轉動;當電流通過電磁摩擦式制動器時,產生的電磁力將摩擦片彈簧壓縮,解除筒式直流電機動力輸出軸制動,筒式直流電機接通電流旋轉工作,車輪又被驅動行走。操作操縱手柄,微電腦控制器反應快速,各種工作方式的切換可在瞬間完成,有效地控制行走中的加速、減速、轉向、制動和停車。
6)由于在車架的前端的縱梁上設置了兩對可與踏腳板總成或下肢運動康復器連接的插接式固定銷座,踏腳板總成和下肢運動康復器可更換使用,下肢運動康復器是一獨立的電動總成,在左側扶手上設有控制該裝置的電子調速器,當患者需對下肢進行活動鍛煉時,可取下踏腳板總成,將下肢運動康復器安裝于固定銷座上,通過電子調速器選擇運動速度,即可進行下肢的強制性運動鍛煉;當患者在用輪椅散步時,該裝置電源取用于蓄電池,可在輪椅慢速行走中進行鍛煉;在室內使用該裝置時,可接用外接電源,以減小蓄電池電量消耗。
7)由于車架是可折疊的長方形框架結構,其內側設有上下活動連接的穩定支架,很易于折疊,折疊輪椅時,該穩定支架下段的弧形結構又可與直流電機外殼的形狀相吻合,使車架的兩側部完全向中心靠攏,使輪椅折疊后厚度更小,易于存放和攜帶運輸。
以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步詳細的描述。
圖1是本實用新型微電腦控制便攜式電/手動輪椅安裝有踏腳板總成的側面視圖;圖2是本實用新型微電腦控制便攜式電/手動輪椅的背面視圖;圖3是本實用新型微電腦控制便攜式電/手動輪椅的車架折疊后的視圖;圖4是本實用新型微電腦控制便攜式電/手動輪椅的穩定支架視圖;圖5是本實用新型微電腦控制便攜式電/手動輪椅安裝有下肢運動康復器的側面視圖;圖6是本實用新型微電腦控制便攜式電/手動輪椅的電控原理流程圖;圖中車輪1筒式直流電機2 吊耳座3 活動扶手架4微電腦控制器5電子調速器6 操縱手柄7 操縱器8操縱器座9坐墊固定座10 電磁摩擦式制動器11鎖止開關12固定銷座13 踏腳板總成14 導向輪15 防傾翻輪16車架17 牙嵌式車輪離合器18側卡瓦19 頂面卡瓦20減速器21 驅動圈22 蓄電池23 蓄電池架24穩定支架25 吊耳26椅座坐墊27靠背部28擺桿29 連桿30運動電機31連接固定架32鎖緊扣帶33 運動踏板35蝸輪減速器36 底座37中心銷50 活銷51下肢運動康復器60具體實施方式
如圖1、圖2、圖3、圖4和圖5所示,本實用新型微電腦控制便攜式電/手動輪椅的結構包括車架17,設在車架17上的兩個車輪1及手驅動圈22,設在車架17前下部的導向輪15及其后下部的防傾翻輪16,設在車架17中部的椅座坐墊27及活動扶手架4。其主要特征是該車架上還設有可控制輪椅運行的微電腦控制裝置及與其電連接的電力驅動裝置,及設在車架前部的腳踏裝置。
本實用新型所述的微電腦控制裝置包括設置在車架17右側部的微電腦控制器5及其上方扶手處的操縱器座9、操縱器8、操縱手柄7,設在椅座坐墊27下方并置于蓄電池架24上的蓄電池23。該蓄電池架24上還連接有吊耳26及吊耳座3,該吊耳座3為設有通孔的矩形板并焊接在車架17的側面,吊耳26穿過吊耳座3的通孔,通過旋接在吊耳26的端部的螺母固定連接在與車架焊接的吊耳座3上,該吊耳26還可由螺母對蓄電池架24進行調整及折卸,圖中未繪出。
本實用新型輪椅的驅動裝置包括上述手動裝置的手驅動圈22和電力驅動裝置,該電力驅動裝置為設在車架兩側部并各自獨立驅動兩側車輪1的兩套相同的電力驅動裝置,其每套電力驅動裝置包括由筒式直流電機2與雙級齒輪減速器21連接為一體的總成件,筒式直流電機2的輸出軸與雙級齒輪減速器21的輸入軸為同一軸,該雙級齒輪減速器21的輸出軸外端設有牙嵌式車輪離合器18,通過該牙嵌式車輪離合器18使雙級齒輪減速器21的輸出軸與車輪1呈連接或分離狀態,即用于電力驅動時,雙級齒輪減速器21的輸出軸與車輪1連接結合,手驅動時則分離。該筒式直流電機2轉子軸的末端設有電磁摩擦式制動器11,用于輪椅的減速、轉向和制動。
該電力驅動裝置通過設在其雙級齒輪減速器21上部的頂面卡瓦20及前端的側卡瓦19分別卡固在車架17的橫梁及助推把上,而構成該電力驅動裝置與車架17的固定連接,即垂直的側卡瓦19與水平的平行的頂面卡瓦20將雙級齒輪減速器21及筒式直流電機進行了有效的固定。
本實用新型所述的設在車架17前部的腳踏裝置具有兩種實施方式,可以在車架17的前部連接一踏腳板總成14,也可以連接一下肢運動康復器60,兩者可以互相置換,為此,在車架前端的縱梁上設有兩對可與腳踏裝置的踏腳板總成14或下肢運動康復器60構成易拆裝并固定連接的插接式固定銷座13及鎖止開關12。該下肢運動康復器60的結構包括底座37,固接在底座37上可與車架17連接的連接固定架32、運動電機31、蝸輪減速器36,設在蝸輪減速器36輸出軸上的踏板搖臂34,運動踏板35及鎖緊扣帶33,運動踏板35上向內依次鉸接有連桿30及上端與車架鉸接的擺桿29,其還包括設在左側扶手上可控制該下肢運動康復器60的電子調速器6,其分別與作為電源的蓄電池23及運動電機31電連接。該下肢運動康復器60是一獨立的電動總成,當患者需對下肢進行活動鍛煉時,取下踏腳板總成14,將下肢運動康復器60安裝于固定銷座13上,并用鎖止開關12鎖定。通過電子調速器6選擇運動速度,即可進行下肢的強制性運動鍛煉;當患者在用輪椅散步時,該下肢運動康復器的電源取用于蓄電池,可在輪椅慢速行走中進行鍛煉;在室內使用該下肢運動康復器時,可接用外接電源,以減小蓄電池電量消耗。
本實用新型所述的車架17是可折疊的長方形框架結構,其后面的兩垂直助推把向上延伸構成車架的靠背部28,加上車架后下部設置的防傾翻輪16,保證上坡或越過溝坎時安全行駛。該長方形框架結構的車架17的內側設有穩定支架25,其由兩件結構相同的“工”字形內、外構件通過中心銷50連接為叉式結構,其兩上橫梁與椅座坐墊相連接,并坐落在車架17邊框橫梁上所設的兩對內弧形的坐墊固定座10上,該穩定支架25的上橫梁通過活銷51與車架17的下橫梁鉸接。該穩定支架25的下段結構為與筒式直流電機2外殼形狀相吻合的弧形結構。當輪椅展開時,該穩定支架25的上橫梁可穩固地座落在坐墊固定座10上,并通過下端連接于車架17的下橫梁對車架進行有效穩定的支撐,同時也很容易實現折疊,當輪椅折疊時,由于穩定支架25的下段的弧形結構恰與筒式直流電機2的外殼的形狀相吻合,使車架的兩側部完全向中心靠攏,使輪椅折疊后厚度更小。
如圖6所示,本實用新型微電腦控制便攜式電/手動輪椅的電控原理流程,其中微電腦控制器主要由二部分組成操縱器和控制系統(圖6)操縱手柄是二維操縱桿,由兩個5K電位器外加附屬電路組成。將前后方向設定為X,旋轉方向設定為Z,X、Z初始值設定為2.5V;附屬電路主要產生開關信號、高低速和電制動信號。
控制系統由電源控制器、信息處理器(CPU)、操縱桿剎車控制、電機驅動電路、速度控制電路組成。
電源部分將蓄電池23的24V電壓經DC/DC轉換器處理后給微電腦控制器提供+5V工作電壓。
控制電路主要由微處理芯片(80C196K-16/CPU)及附屬電路組成。
電路介紹CPU的外接的晶振經內部二分頻產生8MHZ的時鐘信號經U8、U6分頻后產生64us的信號送到CPU的42腳,這就是PWM(脈寬調制解調)的周期信號;CPU的4腳為電壓基準信號輸入;45-60腳為地址/數據線;15腳為過流中斷請求;28、29為PWM信號輸出端;5、6、7、19、20、21、22為操縱器控制端。
本實用新型微電腦控制便攜式電/手動輪椅的使用及工作原理
采用手動驅動時,可旋轉輪軸上的牙嵌式車輪離合器18,牙嵌式車輪離合器18使車輪1與雙級齒輪減速器21的動力輸出軸分離,用手轉動車輪手驅動圈22使輪椅行走;采用電動驅動時,靠微電腦控制裝置和電力驅動裝置完成,通過操作操縱手柄7使操縱器8將輪椅運行要求傳送給微電腦控制器5,從而使微電腦控制器5確認工作要求后,發出各項工作程序命令,使電力驅動裝置執行,按照命令進行工作實現輪椅的前進、倒退、加速、減速、制動,可進行一輪前進,另一輪后退而實現差動轉向,并可360°原地旋轉,控制輪椅等各項運行動作要求;使筒式直流電機2接通電流,進行各種工作方式的切換,按照命令進行工作,有效地控制行走中的前進、后退、加速、減速、轉向、制動和停車。當輪椅在需減速、轉向或制動時,通過筒式直流電機2的電流被減小或節斷,通過電磁摩擦式制動器11的電流也同時減小或切斷;當減小電流至電磁力小于摩擦片的彈簧彈力時,摩擦片在彈簧的彈力作用下,逐漸加強對筒式直流電機轉子軸的摩擦,摩擦阻力使筒式直流電機軸降速;傳動兩車輪的筒式直流電機2同時降速時,輪椅行走減速;一側筒式直流電機2減速時,輪椅轉向;切斷電流時,摩擦片將筒式直流電機轉子軸抱緊制動,使車輪停止轉動;當電流通過電磁摩擦式制動器11時,產生的電磁力將摩擦片彈簧壓縮,解除筒式直流電機2的動力輸出軸的制動,輸出動力至車輪1。
在微電腦控制裝置方面,操縱手柄7使操縱器8產生的二維模擬信號(X、Z)送到CPU內部的A/D轉換電路將模擬信號轉換成數字信號,系統將X、Z的2.5V設定為零點位置,系統根據X、Y的變化經CPU換算后產生控制信號發送到電機驅動電路,獨立控制兩側的筒式直流電機2的正反轉,實現前進、后退、及一輪前進,一輪后退的差動轉向和360°原地旋轉功能。驅動電路由兩路相同的H橋式電路組成,驅動管采用EPROM對兩路電機進行獨立控制。控制系統特點采用微處理芯片控制,具有控制靈活、體積小,對外界狀態時時監控,系統設有多重保護,如過壓、過流保護、電剎;在蓄電池電壓低于22V時,有低壓報警,指示燈由綠色變為紅色發出提示,并自動關閉驅動電路,延長電池的使用壽命,從而保證整個系統安全可靠。
當需進行下肢運動鍛煉時(參見圖5),將安裝于車架17前端縱梁上的踏腳板總成14取下,將下肢運動康復器60上的連接固定架32采用與踏腳板總成14同樣方式固定于車架前端縱梁上的固定銷座13上;患者坐穩在輪椅上,將雙腳置于運動踏板35上,并用鎖緊扣帶33將雙腳可靠地把持在運動踏板35上,通過安裝在車架17左側扶手上的電子調速器6接通電源,使運動電機31工作,經蝸輪減速器36、踏板搖臂34驅動運動踏板35進行下肢的強制性運動鍛煉;以逐漸恢復下肢的運動功能。當患者用輪椅散步時,該下肢運動康復器60的電源取用于蓄電池23,可在輪椅慢速行走中進行鍛煉;在室內使用該下肢運動康復器60時,可接用外接電源。
當外出需攜帶輪椅時,只要松開吊耳26上的螺母,可方便地將蓄電池架24取下,同時將安裝于車架前端縱梁上的踏腳板總成14(或下肢運動康復器60)取下,取下踏腳板總成14(或下肢運動康復器60)時只需將鎖止開關12扳開,然后上提踏腳板總成14(或下肢運動康復器60)使其離開固定銷座13,便可取下,然后下壓或上提坐墊使穩定支架25收縮靠攏,便可使輪椅疊并,隨身攜帶或裝入汽車后備箱內。
綜上所述,本實用新型的主要特點是1)微電腦控制,操作輕巧方便,動作切換靈敏,運行平緩。
2)采用一輪前進另一輪后退的差動轉向,并實現360°原地旋轉,行動靈活方便。
3)輪椅制動采用電磁摩擦式制動器,在制動的同時切斷電機電流,制動可靠,實現斷電制動,不損傷電機和減速器。
4)采用筒式直流電機,功率大,體積小,重量輕。
5)采用牙嵌式車輪離合器結構,直接安裝于雙級齒輪減速箱輸出軸端,直接與車輪結合、分離,方便可靠。
6)設置了獨立的電動下肢運動康復器,連接結構與踏腳板總成相同,方便與踏腳板總成相互置換;使患者既可行走,又可進行運動鍛煉。
7)車架采用可折疊的框架結構,便于折疊,存放及攜帶方便。
權利要求1.一種微電腦控制便攜式電/手動輪椅,包括車架(17)設在車架上的兩個車輪(1)及手驅動圈(22),設在車架(17)前下部的導向輪(15)及其后下部的防傾翻輪(16),設在車架(17)中部的椅座坐墊(27)及活動扶手架(4),其特征在于它還包括設在車架上可控制輪椅運行的微電腦控制裝置及與其電連接的電力驅動裝置,及設在車架前部的腳踏裝置。
2.根據權利要求1所述的一種微電腦控制便攜式電/手動輪椅,其特征在于所述微電腦控制裝置包括設置在車架(17)右側部的微電腦控制器(5)及其上方扶手處的操作器座(9)、操縱器(8)、操縱手柄(7),設在椅座坐墊(27)下方并置于蓄電池架(24)上的蓄電池(23)。
3.根據權利要求1所述的一種微電腦控制便攜式電/手動輪椅,其特征在于所述電力驅動裝置為設在車架兩側部并各自獨立驅動兩側車輪(1)的兩套相同的電力驅動裝置,其每套包括由筒式直流電機(2)與雙級齒輪減速器(21)連接為一體的總成件,筒式直流電機(2)的輸出軸與雙級齒輪減速器(21)的輸入軸為同一軸,該雙級齒輪減速器(21)的輸出軸通過其外端設置的牙嵌式車輪離合器(18)與車輪呈連接或分離狀,該筒式直流電機(2)轉子軸的末端設有電磁摩擦式制動器(11),該電子驅動裝置通過設在其雙級齒輪減速器(21)上部的頂面卡瓦(20)及前端的側卡瓦(19)分別卡固在車架(17)的橫梁及助推把上,而構成該電力驅動裝置與車架(17)的固定連接。
4.根據權利要求1所述的一種微電腦控制便攜式電/手動輪椅,其特征在于所述腳踏裝置為連接在車架前端的踏腳板總成(14)。
5.根據權利要求1所述的一種微電腦控制便攜式電/手動輪椅,其特征在于所述腳踏裝置為一連接在車架前端的下肢運動康復器(60),其包括底座(37),固接在底座(37)上可與車架(17)連接的連接固定架(32)、運動電機(31)、蝸輪減速器(36),設在蝸輪減速器(36)輸出軸上的踏板搖臂(34)、運動踏板(35)及其鎖緊扣帶(33),運動踏板(35)上向內依次鉸接有連桿(30)及上端與車架鉸接的擺桿(29);其還包括設在左側扶手上可控制該下肢運動康復器的電子調速器(6),其分別與作為電源的蓄電池(23)及運動電機(31)電連接。
6.根據權利要求1所述的一種微電腦控制便攜式電/手動輪椅,其特征在于所述車架前端的縱梁上設有兩對可與腳踏裝置的踏腳板總成(14)或下肢運動康復器60構成易拆裝并固定連接的插接式固定銷座(13)及鎖止開關(12)。
7.根據權利要求1所述的一種微電腦控制便攜式電/手動輪椅,其特征在于所述車架(17)是可折疊的長方形框架結構,其后面的兩垂直助推把向上延伸構成車架的靠背部(28),該長方形框架結構的車架(17)的內側設有穩定支架(25),其由兩件結構相同的“工”字形內、外構件通過中心銷(50)連接為叉式結構,其兩上橫梁與椅座坐墊(27)相連接,并坐落在車架(17)邊框橫梁上所設的兩對內弧形的坐墊固定座(10)上,該穩定支架(25)的下橫梁通過活銷(51)與車架(17)的下橫梁鉸接。
8.根據權利要求1所述的一種微電腦控制便攜式電/手動輪椅,其特征在于所述蓄電池架(24)上還連接有吊耳(26)及吊耳座(3),該吊耳座(3)為焊接在車架(17)側面并設有通孔的矩形板,吊耳(26)穿過吊耳座(3)的通孔,通過旋接在吊耳(26)端部的螺母構成可對蓄電池架(24)調整及拆卸的固定連接。
9.根據權利要求1所述的一種微電腦控制便攜式電/手動輪椅,其特征在于所述穩定支架(25)的下段結構為與筒式直流電機(2)外殼形狀相吻合的弧形結構。
專利摘要本實用新型公開了一種微電腦控制便攜式電/手動輪椅,其主要特征是在其車架右側設有可控制輪椅運行的微電腦控制裝置,其包括微電腦控制器、操縱器、操縱手柄。在車架兩側部固定有各自獨立驅動兩側車輪的電力驅動裝置,其包括由筒式直流電機及雙級齒輪減速器,雙級齒輪減速器的輸出軸通過其外端的牙嵌式車輪離合器與車輪呈連接或分離狀,筒式直流電機轉子的末端設有電磁摩擦式制動器。在車架前端設有可相互置換的踏腳板總成或電動的下肢運動康復器。所述車架為可折疊的長方形框架結構,其上還設有蓄電池。本實用新型可使患者采用手動和電動方式,具有方便地行走,運動鍛煉及折疊后攜帶運輸的功效。
文檔編號A61G5/00GK2602741SQ0320410
公開日2004年2月11日 申請日期2003年2月18日 優先權日2003年2月18日
發明者金麗杰 申請人:金麗杰