一种新型六自由度自动爬楼梯轮椅制造技术

本发明专利技术设计了一种新型六自由度自动爬楼梯轮椅，可以自动上下楼梯或者跨越一些障碍物，主要包括轮椅架、履带组件、后轮组件、前轮组、控制器、姿态传感器、履带驱动电机、后轮摆臂电机、履带罩、后轮摆臂角度传感器。履带组件和后轮组件与四个轮子的运动组成六自由度，使得爬楼梯轮椅上下楼过程中能够完全平滑过渡，不会产生突然倾转现象；轮椅不需要控制和调节重心位置，使重心能够始终自动在四个轮子中间，确保安全；可以自动完成上下楼和平路工作模式的转换，降低用户操作能力的要求，简化操作步骤；下楼过程开始时，轮椅可以自动对准下楼梯的方向；上下楼过程中一个人通过简单操作可以独立完成，不需要健康人辅助完成上下楼操作。

A new type of six degree of freedom automatic stair climbing wheelchair

The present invention relates to a novel six degree of freedom automatic stair climbing wheelchair, can automatic up and down the stairs or across some obstacles, including wheelchair frame, track assembly, rear wheel assembly, a front wheel group, controller, sensor, track drive motor, rear swing arm motor, track cover, rear swing arm angle sensor. The track assembly and a rear wheel assembly with four wheels. Six degrees of freedom, making the process of climbing stairs wheelchair downstairs to complete a smooth transition, does not produce sudden tilting phenomenon; wheelchair does not need to control and adjust the position of the center of gravity, gravity can always automatically in the middle, four wheels can automatically complete the conversion to ensure safety; downstairs on the peace road model, reduce the user capacity requirements, simplify the operation steps down; process begins when the wheelchair can be automatically aligned under the stairs up and down direction; in the process of a person through a simple operation can be completed independently, does not need to assist healthy people downstairs operation.

【技术实现步骤摘要】
一种新型六自由度自动爬楼梯轮椅
本专利技术涉及一种自动爬楼梯的轮椅，属于不需要人干预的自动机械领域。
技术介绍
目前中国老年人口日益增加，失能老人和一些残疾人出行受到了极大限制。尽管我国城市无障碍设施日益普及，但是很多老旧居民区低于六层以下的居民楼仍然大量存在。而恰恰是这些老旧的无电梯的楼房中居住了大量的退休老年人。因此他们出行受到了极大的限制。为了方面腿脚不够灵便的老年人和残疾人上下楼，人们设计了很多种爬楼梯的装置。特别是电动轮椅的出现，使得爬楼梯装置和轮椅种类繁多，但是目前很多爬楼梯轮椅的安全性不能满足要求，有些轮椅或者爬楼装置需要一个强壮的健康人辅助老年人或者残疾人乘坐爬楼梯轮椅或者装置上下楼，因此非常不可靠。而且目前所有爬楼梯轮椅或装置几乎都无法使轮椅在平地状态平滑过渡到下楼状态，或者上楼状态平滑过渡到平地状态。目前所有轮椅在两种状态转换时都会有一个角度和重心的快速摆动，这样就降低了爬楼轮椅的安全性，为了解决这个问题，大多需要一个健康强壮的人在轮椅后部把持轮椅，防止轮椅的角度和重心的快速变化，避免轮椅倾覆的危险。中国专利CN201510344769.X公开了一种多功能电动轮椅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型六自由度自动爬楼梯轮椅，包括轮椅架(1)、后轮组件(3)、前轮组件(4)、控制器(5)、姿态传感器(6)、刹车装置(11)，轮椅架(1)包括坐垫(102)，其特征在于，还包括履带组件(2)、履带驱动电机(7)、后轮摆臂电机(8)、履带罩(9)、后轮摆臂角度传感器(10)；所述轮椅架(1)包括前距离传感器(110)，所述后轮组件(3)包括后角度传感器(316)、右后角度传感器(317)，所述前轮组件(4)包括左前角度传感器(405)和右前角度传感器(406)，距离传感器(110)、后角度传感器(316)、右后角度传感器(317)、左前角度传感器(405)和右前角度传感器(406)与控制器...

【技术特征摘要】
1.一种新型六自由度自动爬楼梯轮椅，包括轮椅架(1)、后轮组件(3)、前轮组件(4)、控制器(5)、姿态传感器(6)、刹车装置(11)，轮椅架(1)包括坐垫(102)，其特征在于，还包括履带组件(2)、履带驱动电机(7)、后轮摆臂电机(8)、履带罩(9)、后轮摆臂角度传感器(10)；所述轮椅架(1)包括前距离传感器(110)，所述后轮组件(3)包括后角度传感器(316)、右后角度传感器(317)，所述前轮组件(4)包括左前角度传感器(405)和右前角度传感器(406)，距离传感器(110)、后角度传感器(316)、右后角度传感器(317)、左前角度传感器(405)和右前角度传感器(406)与控制器(5)通过电信号连接，向控制器(5)传递检测信号；所述履带组件(2)包括履带(201)、主动轴(205)、后轮轴(206)、前轮轴(207)，轮椅架(1)安装在履带组件(2)上方，后轮组件(3)与履带组件(2)的后轮轴(206)相连接，前轮组件(4)与履带组件(2)的前轮轴(207)相连接，控制器(5)安装在轮椅架(1)的坐垫(102)下方，姿态传感器(6)安装在控制器(5)上，履带驱动电机(7)安装在履带组件(2)的主动轴(205)上驱动履带(201)滚动，后轮摆臂电机(8)安装在履带组件(2)的后轮轴(206)上控制后轮组件(3)的摆动角度，履带罩(9)覆盖在履带组件(2)上，后轮摆臂角度传感器(10)安装在后轮轴(206)上检测后轮组件(3)的摆动角度，刹车装置(11)安装在后轮组件(3)和前轮组件(4)的轮轴上。2.如权利要求1所述的一种新型六自由度自动爬楼梯轮椅，其特征在于，所述轮椅架(1)还包括框架(101)、前安装法兰(103)、后安装法兰(104)、左避震支点(105)、右避震支点(106)、靠背(107)、头枕(108)、脚踏板(109)，整个轮椅架(1)通过前安装法兰(103)、后安装法兰(104)和框架(101)支撑起来，左避震支点(105)、右避震支点(106)分别与前轮组件(4)相连，靠背(107)和头枕(108)相对坐垫(102)向后倾斜，前距离传感器(110)置于脚踏板(109)下方用于探测脚踏板(109)距离地面的距离。3.如权利要求1所述的一种新型六自由度自动爬楼梯轮椅，其特征在于，所述履带组件(2)还包括大梁(202)、主动轮(203)、从动轮(204)、后支架法兰(208)、前支架法兰(209)；所述后支架法兰(208)和前支架法兰(209)分别安装在后轮轴(206)和前轮轴(207)上，用于安装轮椅架(1)的前安装法兰(103)和后安装法兰(104),主动轮(203)、从动轮(204)、后轮轴(206)、前轮轴(207)分别安装在大梁(202)，后轮轴(206)安装在大梁(202)的中间部位，前轮轴(207)安装在大梁(202)的最下端并与最下端的从动轮(204)的轴重合，主动轮(203)和从动轮(204)可以安装在大梁(202)上的任何部位；所述主动轮(203)上的主动轴(205)与安装履带驱动电机(7)相连；所述履带(201)与轮椅架(1)的靠背(107)平行。4.如权利要求1所述的一种新型六自由度自动爬楼梯轮椅，其特征在于，所述后轮组件(3)还包括左后轮(301)、右后轮(302)、横梁(303)、左后轴套(304)、右后轴套(305)、左摆臂(306)、右摆臂(307)、左后避震(308)、右后避震(309)、左后电机(310)、右后电机(311)、左后轮轴(312)、右后轮轴(313)、左后摇臂(314)、右后摇臂(315)、后距离传感器(318)；所述左后轮(301)和右后轮(302)分别安装在左后轮轴(312)和右后轮轴(313)，横梁(303)将左后电机(310)和右后电机(311)连接为一个整体，左后轴套(304)和右后轴套(305)在右摆臂(307)和左后避震(308)的顶端并分别安装在履带组件(2)的后轮轴(206)上，左摆臂(306)和右摆臂(307)分别与左后摇臂(314)和右后摇臂(315)以及左后避震(308)和右后避震(309)相连组成后轮减震系统，左后电机(310)和右后电机(311)分别安装在左后摇臂(314)和右后摇臂(315)的前端，左后角度传感器(316)和右后角度传感器(317)分别安装在左后摇臂(314)和右后摇臂(315)的后端，检测左后摇臂(314)和右后摇臂(315)的摆动角度，后距离传感器(318)安装在横梁(303)的中间部位，用于测量距离地面的距离；所述后轮组件(3)的横梁(303)为U型结构，保证在后轮组件(3)向上抬起时横梁(303)不会碰到靠背(107)和头枕(108)。5.如权利要求1所述的一种新型六自由度自动爬楼梯轮椅，其特征在于，所述前轮组件(4)还包括左前轮(401)、右前轮(402)、左前避震(403)、右前避震(404)、左前摇臂(407)、右前摇臂(408)、左前电机(409)、右前电机(410)；所述左前轮(401)和右前轮(402)分别安装在左前电机(409)和右前电机(410)上，左前电机(409)和右前电机(410)上分别安装在左前摇臂(407)和右前摇臂(408)前端，左前避震(403)和右前避震(404)前端分别安装在左前电机(409)和右前电机(410)上，后端分别安装在轮椅架(1)的左避震支点(105)和右避震支点(106)上，左前摇臂(407)和右前摇臂(408)的后端分别安装在履带组件(2)前轮轴(207)上，共同组成前轮减震系统，左前角度传感器(405)和右前角度传感器(406)分别安装在左前摇臂(407)和右前摇臂(408)的后端，用以检测左前摇臂(407)和右前摇臂(408)的摆动角度。6.如权利要求1所述的一种新型六自由度自动爬楼梯轮椅，其特征在于，所述后轮组件(3)、前轮组件(4)上下摆动具有上限位和下限位功能，防止摆动超过幅度影响安全使用，所述前轮组件(4)在下楼过程中下限位功能，还可以保证左前轮(401)和右前轮(402)不与楼梯接触；所述后轮组件(3)、前轮组件(4)均具有刹车装置(11)能够将车轮抱死，所述刹车装置(11)为手动和自动并联装置。7.一种新型六自由度自动爬楼梯轮椅的实现方法，其特征在于，根据上下楼的状态不同有多种工作模式，主要包括：下楼模式、上楼模式、楼梯自动对准模式，各种工作模式均可以采用自动控制实现，在自动控制过程中，也可以加入人为的调整，但是控制器(5)可以判断出人为操作的指令是否危险，如果人为操作具有危险因素，控制器(5)将对人为操作加以限制。8.如权利要求7所述的一种新型六自由度自动爬楼梯轮椅的实现方法，其特征在于，所述下楼模式的控制策略实现步骤如下：步骤D-A：人为调整轮椅对准下楼梯方向，然后给出自动下楼指令；步骤D-B：控制器(5)收到自动下楼指令后控制左后电机(310)和右后电机(311)以及左前电机(409)和右前电机(410)缓慢向前转动，当左前轮(401)和右前轮(402)滚动到第一个台阶处时，继续缓慢向下滚动，这时左前避震(403)和右前避震(404)缓慢伸长，带动左前摇臂(407)和右前摇臂(408)缓慢平滑下摆，左前角度传感器(405)和右前角度传感器(406)检测摆动角度位置并发送给控制器(5)，如果左前角度传感器(405)和右前角度传感器(406)反馈的角度位置信号不一致，控制器(5)轮椅...

【专利技术属性】
技术研发人员：冬雷，郝颖，
申请(专利权)人：北京动力京工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11