一種欠驅(qū)動自適應式爬樓梯輪椅的制作方法
【專利摘要】一種能夠自動平穩(wěn)爬樓梯的欠驅(qū)動自適應式爬樓梯輪椅，屬于醫(yī)療器械【技術(shù)領(lǐng)域】，其設(shè)備包括椅架主體、電池、平衡機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，其驅(qū)動系統(tǒng)采用星形欠驅(qū)動輪系，通過其特有的機械智能可以實現(xiàn)輪椅平穩(wěn)的越過道路上的障礙以及順利的上下樓梯，平衡機構(gòu)可以調(diào)節(jié)本輪椅在上下樓梯過程中的重心平衡，防止因為重心不穩(wěn)而傾倒，同時加入了單向旋轉(zhuǎn)支撐架和距離傳感器等安全防護措施，有效避免了身體不便的人在乘用輪椅時遇到的危險。
【專利說明】一種欠驅(qū)動自適應式爬樓梯輪椅
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明屬于醫(yī)療器械【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種能夠自動平穩(wěn)爬樓梯的欠驅(qū)動自適應式爬樓梯輪椅。
【背景技術(shù)】:
[0002]目前市場上的輪椅種類很多，均配有大的行走輪，有折疊式、電動式、爬樓式等，為身體行動不便的人提供了方便，但不論哪一種形式的輪椅，都無法跨過道路上比較高的障礙，或者在有坡度的道路上保持平衡，尤其是在爬樓梯、登公交車等復雜情況下，傳統(tǒng)輪椅都難以給身體行動不便的人帶來足夠的幫助。有些公共場所和住宅有垂直電梯，行動不便的人可以乘坐垂直電梯上下樓，但是仍然有很大一部分住宅和公共場所只有步梯或手扶電梯，乘坐傳統(tǒng)輪椅的行動不便的人在這種情況下無法獨立完成上下樓行動。除此之外，有時身體行動不便的人在乘坐傳統(tǒng)輪椅行走在有坡度的道路上時，也可能因為重心不穩(wěn)而遇到輪椅傾翻的危險。
【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0003]為解決以上現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出了一種可以自動爬樓梯，且在爬樓梯或行走在不平整的 道路上時也能維持椅身平衡的欠驅(qū)動自適應式爬樓梯輪椅。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種欠驅(qū)動自適應式爬樓梯輪椅，包括椅架主體、電池、平衡機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)；
[0005]所述驅(qū)動系統(tǒng)包括變速箱、主電動機和欠驅(qū)動輪系，所述變速箱的殼體和主電動機的殼體分別連接在椅架主體下部，主電動機動力輸出端與變速箱的動力輸入端固定連接，所述欠驅(qū)動輪系為多臂星形輪系，包括齒輪箱、輪架軸、中軸、小軸和車輪，所述輪架軸與變速箱的動力輸出端固定連接，輪架軸通過軸承設(shè)置在齒輪箱上，在輪架軸上固定套裝有大齒輪；所述中軸和小軸固定在齒輪箱內(nèi)，在中軸上活動套裝有中齒輪，在小軸上活動套裝有小齒輪，所述小齒輪、中齒輪和大齒輪均設(shè)置在齒輪箱內(nèi)；所述車輪與小齒輪數(shù)量相同，且與小齒輪固定連接，所述大齒輪與中齒輪相嚙合，中齒輪與小齒輪相嚙合；
[0006]所述平衡機構(gòu)包括絲杠支架、上框架、下框架和尾框架，絲杠支架固定在椅架主體的椅背后部，在絲杠支架上設(shè)置有絲杠，在椅架主體的后部固定有絲杠電機的殼體，絲杠電機的動力輸出端與絲杠固定連接；所述上框架上端鉸接有帶螺紋孔的滑塊，滑塊與所述絲杠相配合，所述下框架的下端鉸接在椅架主體下部，下框架的上端與上框架的下端和尾框架的上端鉸接在框架軸上，尾框架的下端設(shè)置有萬向輪；在上框架上鉸接有直線電機的一端，直線電機的另一端與尾框架相鉸接；
[0007]所述控制系統(tǒng)包括角度傳感器、控制器及操作手柄，所述操作手柄設(shè)置在椅架主體上，角度傳感器位于椅架主體的坐位的下部；控制器的信號輸入端分別與角度傳感器及操作手柄相連接，控制器的信號輸出端分別與主電動機、直線電機及絲杠電機相連接；所述電池分別與角度傳感器、操作手柄、主電動機、直線電機及絲杠電機相連接。[0008]在欠驅(qū)動輪系上還設(shè)置有電磁離合器，電磁離合器的主動端固定套裝在欠驅(qū)動輪系的輪架軸上，電磁離合器的從動端固定在齒輪箱上，電磁離合器的信號輸入端與控制器的信號輸出端相連接，電磁離合器與電池相連接。
[0009]所述控制系統(tǒng)還包括距離傳感器，距離傳感器固定于椅架主體的下前部，距離傳感器的輸出端與控制器的信號輸入端相連接，距離傳感器與電池相連接。
[0010]所述變速箱殼體的后部鉸接在椅架主體的下部，變速箱殼體的前部與減震器的一端相鉸接，減震器的另一端與椅架主體的下部相鉸接；所述主電動機的殼體固定在變速箱殼體上。
[0011]所述欠驅(qū)動輪系為三臂 星形或四臂星形輪系。
[0012]所述控制器為PLC。
[0013]所述電池和控制器位于椅架主體的坐位下部。
[0014]所述平衡機構(gòu)還包括單向旋轉(zhuǎn)支撐架，所述單向旋轉(zhuǎn)支撐架安裝在框架軸上。
[0015]本發(fā)明的有益效果:
[0016]本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊、傳動效率高、性能穩(wěn)定可靠。本發(fā)明通過欠驅(qū)動輪系的特性可以實現(xiàn)爬樓梯和跨過較高障礙物的功能，同時平衡機構(gòu)可以在路面不平的情況下維持車身的平衡，提高了安全性能。
【專利附圖】
【附圖說明】:
[0017]圖1是本發(fā)明的一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是圖1的欠驅(qū)動輪系結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3是圖1的驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4是圖1的欠驅(qū)動輪系與電磁離合器連接后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖5是圖1涉及的實施例上樓梯時控制系統(tǒng)的工作流程圖；
[0022]圖6是圖1涉及的實施例下樓梯時控制系統(tǒng)的工作流程圖；
[0023]圖7是圖1的控制系統(tǒng)的電路原理框圖；
[0024]其中:1-椅架主體、2-電池、3-減震器、4-車輪、5-絲杠支架、6-絲杠、7-滑塊、8-上框架、9-直線電機、10-單向旋轉(zhuǎn)支撐架、11-尾框架、12-絲杠電機、13-下框架、14-框架軸、15-輪架軸、16-中軸、17-小軸、18-齒輪箱、19-大齒輪、20-中齒輪、21-小齒輪、22-主電動機、23-變速箱、24-電磁離合器、25-萬向輪、26-控制器、27-角度傳感器、28-距離傳感器、29-操作手柄、30-欠驅(qū)動輪系、31-電磁離合器的主動端、32-電磁離合器的從動端。
【具體實施方式】:
[0025]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行進一步的詳細說明:
[0026]如圖1~圖4所示，一種欠驅(qū)動自適應式爬樓梯輪椅，包括椅架主體1、電池2、平衡機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，所述電池2固定于椅架主體I的坐位的下部；
[0027]所述驅(qū)動系統(tǒng)包括變速箱23、主電動機22和欠驅(qū)動輪系30，所述驅(qū)動系統(tǒng)在椅架主體I上設(shè)置左右各一組，可以通過左右兩組驅(qū)動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動差來實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，所述變速箱23的殼體后部鉸接在椅架主體I的下部，變速箱23殼體的前部與減震器3的一端相鉸接，減震器3的另一端與椅架主體I的下部相鉸接；所述主電動機22的殼體固定在變速箱23殼體上，主電動機22動力輸出端與變速箱23的動力輸入端固定連接，本實施例中的欠驅(qū)動輪系為三臂星形輪系，包括齒輪箱18、輪架軸15、中軸16、小軸17和車輪4，也可以制造為四臂星形輪系，三臂星形輪系的優(yōu)點在于可以跨過較高的障礙，四臂星形輪系的優(yōu)點在于跨過障礙時較為平穩(wěn)，可以在生產(chǎn)時根據(jù)不同的客戶需求來制造不同的輪系，欠驅(qū)動輪系30包括齒輪箱18、輪架軸15、中軸16、小軸17和車輪4，所述輪架軸15與變速箱23的動力輸出端相連接，輪架軸15通過軸承設(shè)置在齒輪箱18上，在輪架軸15上固定套裝有大齒輪19 ;所述中軸16和小軸17固定在齒輪箱18內(nèi)，在中軸16上活動套裝有中齒輪20，在小軸17上活動套裝有小齒輪21，所述小齒輪21、中齒輪20和大齒輪19均設(shè)置在齒輪箱18內(nèi)；所述車輪4與小齒輪21數(shù)量相同，且與小齒輪21固定連接，所述大齒輪19與中齒輪20相嚙合，中齒輪20與小齒輪21相嚙合，在變速箱23與欠驅(qū)動輪系30之間還設(shè)置有電磁離合器24，電磁離合器的主動端31固定套裝在欠驅(qū)動輪系30的輪架軸15上，電磁離合器的從動端31固定在齒輪箱18上，當電磁離合器24吸合的時，齒輪箱18會與輪架軸15同時運動。
[0028]所述平衡機構(gòu)包括絲杠支架5、上框架8、下框架13和尾框架11，絲杠支架固定在椅架主體I的椅背后部，在絲杠支架5上設(shè)置有絲杠6，在椅架主體的后部固定有絲杠電機9的殼體，絲杠電機9的動力輸出端與絲杠6固定連接；所述上框架8上端鉸接有帶螺紋孔的滑塊7，滑塊7與所述絲杠6相配合，所述下框架13的下端鉸接在椅架主體I下部，下框架13的上端與上框架8的下端和尾框架11的上端鉸接在框架軸14上，尾框架14的下端設(shè)置有萬向輪25在框架軸14上安裝有單向旋轉(zhuǎn)支撐架10，在上下樓梯的時候可以為椅架主體I提供一部分支撐力；在上框架8上鉸接有直線電機9的一端，直線電機9的另一端與尾框架11相鉸接；[0029]所述控制系統(tǒng)包括角度傳感器27、控制器26、距離傳感器28及操作手柄29，在本實施例中，控制器為PLC，角度傳感器，所述操作手柄29設(shè)置在椅架主體I上，PLC和角度傳感器27均位于椅架主體I的坐位的下部，距離傳感器28位于椅架主體I的下前部；PLC的信號輸入端分別與角度傳感器27、距離傳感器28及操作手柄29相連接，PLC的信號輸出端分別與主電動機22、直線電機9、電磁傳感器24及絲杠電機12相連接；所述電池分別與角度傳感器27、距離傳感器28、電磁傳感器、操作手柄29、主電動機22、直線電機9以及絲杠電機12相連接。
[0030]本實施例中，角度傳感器型號為MPU6050，距離傳感器型號為E18-D80NK，PLC使用的是西門子S7-200，操作手柄型號為XB222。
[0031]本實施例中欠驅(qū)動輪系的運行過程如下:
[0032]在地面平整時，主電動機22提供動力，經(jīng)過變速箱23變速后，動力傳輸?shù)捷喖茌S15，輪架軸15帶動大齒輪19運轉(zhuǎn)，大齒輪19帶動中齒輪20并進一步帶動小齒輪21和車輪4的運轉(zhuǎn)，完成前進動作。如果PLC控制左右兩組主電動機22提供相同的轉(zhuǎn)速，兩組輪系前進的速度相同，此時輪椅直線前進，如果PLC控制左右兩組驅(qū)動系統(tǒng)的主電動機22提供不同的轉(zhuǎn)速，由于車輪4轉(zhuǎn)速不同，則可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎動作。
[0033]當車輪4遇到障礙的時候，車輪4會停止轉(zhuǎn)動，因而小齒輪21和中齒輪20也會停止轉(zhuǎn)動，大齒輪19對中齒輪20的力矩會使整個輪系向前翻轉(zhuǎn)，并跨過障礙，當輪椅在樓梯上時，前述步驟會重復多次，因而進一步爬上樓梯。如果電磁離合器24處于吸合狀態(tài)，車輪4也會停止轉(zhuǎn)動，輪架軸15會與齒輪箱18同時向前旋轉(zhuǎn)，并跨過障礙。
[0034]本實施例中的平衡機構(gòu)的運行過程如下:
[0035]當椅架主體I向前傾斜時，角度傳感器27會向PLC發(fā)出信號，PLC對絲杠電機12和直線電機9發(fā)出控制信號，使滑塊7向上運動、直線電機9收縮，因而尾框架11抬起，使椅架主體I恢復平衡。
[0036]當椅架主體I后傾時，角度傳感器27會向PLC發(fā)出信號，使PLC對絲杠電機12和直線電機9發(fā)出控制信號，使滑塊7向下運動、直線電機9伸長，因而尾框架11下降，最終使椅架主體I恢復平衡。
[0037]結(jié)合控制系統(tǒng)的控制功能、欠驅(qū)動輪系和平衡機構(gòu)的工作原理，如圖5~圖6所示，本實施例上下樓梯的工作步驟如下:
[0038]上樓梯時，選擇上樓梯模式，并控制操作手柄29前進，此時角度傳感器27會向PLC發(fā)出信號，如果角度傳感器27為水平狀態(tài)，PLC會控制主電動機22運行，輪系向前運動，當開始上樓梯時，椅架 主體I會后傾，角度傳感器27會向PLC發(fā)出信號，PLC會控制直線電機9伸長，絲杠電機12反轉(zhuǎn)使滑塊7下移，從而使椅架主體I向前傾，并不斷調(diào)整姿勢，使椅架主體I保持平衡。
[0039]下樓梯時，選擇下樓梯模式，并控制操作手柄29前進，此時PLC會控制電磁離合器24，使電磁離合器的主動端31和從動端32吸合，以輪架軸15與齒輪箱18同時運動，有助于輪系在樓梯上的平穩(wěn)運行，角度傳感器27會向PLC發(fā)出信號，如果角度傳感器27為水平狀態(tài)，PLC會控制主電動機22運行，輪系向前運動，當開始下樓梯時，椅架主體I會前傾，角度傳感器27會向PLC發(fā)出信號，PLC會控制直線電機9收縮，絲杠電機12正轉(zhuǎn)使滑塊7上移，從而使椅架主體I向后傾，并不斷調(diào)整姿勢，使椅架主體I保持平衡運行。
[0040]在上樓梯或者下樓梯動作完成后，進入了平地狀態(tài)，PLC也會自動根據(jù)角度傳感器27發(fā)出的信號來判斷椅架主體I姿勢，并調(diào)整水平度，繼續(xù)前進。
[0041]如果前方出現(xiàn)較高的落差，如懸崖或者深溝、沒有蓋井蓋的下水道口等危險位置，距離傳感器28檢測到前下方有較遠距離，將會向PLC發(fā)出信號，PLC會停止主電動機22的運行并發(fā)出警告。
【權(quán)利要求】
1.一種欠驅(qū)動自適應式爬樓梯輪椅，其特征在于:包括椅架主體、電池、平衡機構(gòu)、驅(qū)動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)； 所述驅(qū)動系統(tǒng)包括變速箱、主電動機和欠驅(qū)動輪系，所述變速箱的殼體和主電動機的殼體分別連接在椅架主體下部,主電動機動力輸出端與變速箱的動力輸入端固定連接,所述欠驅(qū)動輪系為多臂星形輪系，包括齒輪箱、輪架軸、中軸、小軸和車輪，所述輪架軸與變速箱的動力輸出端固定連接，輪架軸通過軸承設(shè)置在齒輪箱上，在輪架軸上固定套裝有大齒輪；所述中軸和小軸固定在齒輪箱內(nèi)，在中軸上活動套裝有中齒輪，在小軸上活動套裝有小齒輪，所述小齒輪、中齒輪和大齒輪均設(shè)置在齒輪箱內(nèi)；所述車輪與小齒輪數(shù)量相同，且與小齒輪固定連接，所述大齒輪與中齒輪相嚙合，中齒輪與小齒輪相嚙合； 所述平衡機構(gòu)包括絲杠支架、上框架、下框架和尾框架，絲杠支架固定在椅架主體的椅背后部，在絲杠支架上設(shè)置有絲杠，在椅架主體的后部固定有絲杠電機的殼體，絲杠電機的動力輸出端與絲杠固定連接；所述上框架上端鉸接有帶螺紋孔的滑塊，滑塊與所述絲杠相配合，所述下框架的下端鉸接在椅架主體下部，下框架的上端與上框架的下端和尾框架的上端鉸接在框架軸上，尾框架的下端設(shè)置有萬向輪；在上框架上鉸接有直線電機的一端，直線電機的另一端與尾框架相鉸接； 所述控制系統(tǒng)包括角度傳感器、控制器、距離傳感器及操作手柄，所述操作手柄設(shè)置在椅架主體上,角度傳感器位于椅架主體的坐位的下部,距離傳感器位于椅架主體的下前部；控制器的信號輸入端分別與角度傳感器、距離傳感器及操作手柄相連接，控制器的信號輸出端分別與主電動機、直線電機及絲杠電機相連接；所述電池分別與角度傳感器、距離傳感器、操作手柄、主電動機、直線電機及絲杠電機相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的欠驅(qū)動自適應式爬樓梯輪椅，其特征在于:在所述欠驅(qū)動輪系上還設(shè)置有電磁離合器，電磁離合器的主動端固定套裝在輪系的輪架軸上，電磁離合器的從動端固定在齒輪箱上，電磁離合器的信號輸入端與控制器相連接，電磁離合器與電池相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的欠驅(qū)動自適應式爬樓梯輪椅，其特征在于:所述控制系統(tǒng)還包括距離傳感器，距離傳感器固定于椅架主體的下前方，距離傳感器的輸出端與控制器的信號輸入端相連接，距離傳感器與電池相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的欠驅(qū)動自適應式爬樓梯輪椅，其特征在于:所述變速箱殼體的后部鉸接在椅架主體的下部，變速箱殼體的前部與減震器的一端相鉸接，減震器的另一端與椅架主體的下部相鉸接；所述主電動機的殼體固定在變速箱殼體上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的欠驅(qū)動自適應式爬樓梯輪椅，其特征在于:所述欠驅(qū)動輪系為三臂星形或四臂星形輪系。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的欠驅(qū)動自適應式爬樓梯輪椅，其特征在于:所述控制器為PLC。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的欠驅(qū)動自適應式爬樓梯輪椅，其特征在于:所述電池和控制器位于椅架主體的坐位下部。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的欠驅(qū)動自適應式爬樓梯輪椅，其特征在于:所述平衡機構(gòu)還包括單向旋轉(zhuǎn)支撐架，所述單向旋轉(zhuǎn)支撐架安裝在框架軸上。
【文檔編號】A61G5/06GK103932849SQ201410171664
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】陸志國, 原培新, 龔佳樂, 李子陽, 仝允, 曹輝, 胡杰鑫 申請人:東北大學