一种轮腿复合式轮椅底盘机构制造技术

本发明专利技术公开一种轮腿复合式轮椅底盘机构，其特征在于该底盘机构主要由排轮传动机构、前位姿调节机构、后位姿调节机构、五杆机构和控制系统组成；所述排轮传动机构主要由排轮架、上齿轮、排轮、传动轮、下齿轮和主轴组成；前位姿调节机构主要由支座、前丝杠、前直流电机、前丝杠螺母、底盘机身、前连杆、前曲柄、主齿轮和从齿轮组成；后位姿调节机构主要由后丝杠、后丝杠螺母、后直流电机、连杆、后曲柄和后连杆组成；五杆机构由底盘机身、前曲柄、排轮架、后曲柄和后连杆组成；控制系统包括主驱动模块、副驱动模块、输入模块及定时模块。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及轮椅技术，具体是一种轮腿复合式轮椅底盘机构。
技术介绍
随着老龄化社会的到来和残疾人数量的增加，轮椅在老年人及残疾人的生活中发挥的作用越来越重要，生活中处处可见的楼梯限制了普通轮椅的使用。因此人们先后研制了各种各样的上下楼梯机构或爬楼机构(轮椅)。如果按照机构形式分类，主要分为行星轮式、履带式、腿足式和平行四杆机构等。行星轮式爬楼梯机构结构紧凑、运动灵活。袁华祥、刘香香在“基于马斯洛需求层次理论电动轮椅创新设计探析”中介绍了由美国强生公司研制出的爬楼梯轮椅IBOT (参见《包装工程》2009年第7期P85)，它有6个轮子，前面是一对实心脚轮，后面有两对行星结构的充气轮，通过两后轮交替翻转可以上下楼梯。它的最大优点是能自动调节轮椅重心使其能在不同状态下保持平衡，但控制复杂和成本高，对推广使用来说造成了很大的困难。履带式爬楼梯机构的原理类似于履带装甲运兵车或坦克，其原理简单。苏和平和王人成在“爬楼梯轮椅的研究进展”中介绍了法国Topchair公司生产的电动爬楼梯轮椅(参见《中国康复医学杂志》2005年20卷第5期P366-P368)。它的底部有四个车轮供正常情况下平地运行使用；当遇到楼梯等特殊地形时，用户通过适当按键操作将两侧的橡胶履带缓缓放下至地面，然后把这四个车轮收起，依靠履带无需旁人辅助便能自动完成爬楼等功能。国内许光树设计的“无障代步轮椅”(参见专利01140292.X)中介绍了一种平地、楼梯运行无障碍轮椅，主要由前后升降杆、滑动齿轮、主传动链轮、支撑轮等组成，支撑轮上绕有齿形带用来上下楼梯。段星光、黄强等人在“多运动模式的小型地面移动机器人设计及实现”(参见《机械工程学报》2007年18卷第I期P8-P12)中介绍了无障碍轮椅的优点是行走时重心波动小，运动非常平稳，且使用地形范围较广；缺点是重量大、运动不够灵活、爬楼时在楼梯边缘造成巨大的压力，对楼梯有一定的损坏；此外，在开始上下楼梯某一时刻，整个机构会出现倾斜，从而导致侧翻`且平地使用受阻力较大，而且转弯不方便，这些问题限制了其在日常生活中的推广使用。腿足式爬楼梯机构具有较强的越障能力，王丽娟在“行星滚轮转换步行式驱动爬楼梯轮椅设计”中介绍了由日本长崎大学机械工程系研究了一种高阶爬楼梯装置(参见苏州大学《硕士学位论文》2010年)。它由一系列液压操作杆和前后两组星型轮构成，它的优点是爬楼时运动平稳且爬楼幅度高，甚至能自行上下货车；缺点是对控制的要求很高、操作比较复杂、动作缓慢，距离实际应用还有一定的距离。为了解决腿足式爬楼梯机构爬行速度较慢的缺点，有学者提出了平行四杆式爬楼梯机构。国内由苏和平和项海筹等人提出的手动爬楼梯轮椅机构，就是在普通轮椅的两侧各加装一套由平行四边形机构组成的爬楼梯执行机构，每套机构中的两等长连架杆各与一个相同齿数的链轮相固接，用链条来驱动。项海筹、乌兰木其等人在“手动爬楼梯轮椅”中介绍了平行四杆式爬楼梯机构的优点是结构简单、价格低廉，缺点是由于仅仅由四个点支撑整车，其平稳度不高，安全性也不太好(参见《中国康复医学杂志》1999年9卷第2期P62-P66)。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种轮腿复合式轮椅底盘机构，该底盘机构为轮腿复合式轮椅爬楼梯底盘机构，使轮椅适于翻越障碍物、跨沟等结构性障碍，上下楼梯平稳安全，电动操作手柄控制，操作容易，使残疾人能够独立的上下楼梯，同时减轻护理、服务人员的劳动强度。本专利技术解决所述技术问题的技术方案是:设计一种轮腿复合式轮椅底盘机构，其特征在于该底盘机构主要包括排轮传动机构、前位姿调节机构、后位姿调节机构、五杆机构和控制系统；所述的排轮传动机构主要由排轮架、上齿轮、排轮、传动轮、下齿轮和主轴组成；下齿轮、上齿轮及排轮分别固定在主轴上，传动轮固定在排轮架上，上齿轮与传动轮啮合，排轮与上齿轮同轴，排轮与传动轮共有相同的五组，在空间上它们交错排列，排轮传动机构由蜗轮蜗杆减速器传动机构的传动齿轮与下齿轮啮合传动，同时带动上齿轮与排轮运动；所述的前位姿调节机构主要由支座、前丝杠、前直流电机、前丝杠螺母、底盘机身、前连杆、前曲柄、主齿轮和从齿轮组成；其中，前直流电机、前丝杠、支座分别固定在底盘机身上，前直流电机与主齿轮连接，从齿轮固定在前丝杠上，前丝杠与前丝杠螺母连接，前丝杠螺母的伸出杆与前连杆连接，前连杆与前曲柄连接，前曲柄分别与支座、排轮架连接；前位姿调节机构由前直流电机带动主齿轮，主齿轮与从齿轮啮合传动，同时带动前丝杠转动；前丝杠与前丝杠螺母配合把前丝杠的转动变成前丝杠螺母的直线运动，同时前丝杠螺母伸出杆带动前连杆运动，前连杆又带动前曲柄运动，使排轮架的一端绕着支座做圆弧运动；所述的后位姿调节机构主要由后丝杠、后丝杠螺母、后直流电机、连杆、后曲柄和后连杆组成；后直流电机固定在 底盘机身上，后曲柄一端固定在底盘机身上，另一端和后连杆连接，连杆一端固定在后丝 螺母上，另一端与后曲柄连接，后连杆一端固定在所述排轮架上，另一端与后曲柄连接；后位姿调节机构由后直流电机驱动后丝杠转动，后丝杠与后丝杠螺母配合把后丝杠的旋转运动转化成直线运动；同时后丝杠螺母又带动连杆运动，连杆带动后曲柄运动，后曲柄带动后连杆运动，最终使得后曲柄绕底盘机身做圆弧运动；排轮架一端通过后连杆做相应的运动；所述的五杆机构由底盘机身、前曲柄、排轮架、后曲柄和后连杆组成；前曲柄通过支座与底盘机身铰接，后曲柄铰接在底盘机身上，前曲柄的一端与后曲柄的一端在底盘机身上的铰接点连起来构成五杆机构；后曲柄的另一端与后连杆相连，是五杆机构中的一个连杆，前曲柄的另一端通过铰链固定在排轮架上，后连杆一端与后曲柄相连，另一端通过铰链固定在排轮架上；前曲柄与后连杆在排轮架上的铰接点连起来构成五杆机构中的一个连杆；五杆机构的前曲柄通过前连杆的运动使得前曲柄绕着固定在底盘机身上的支座转动，即前曲柄为五杆机构的原动件；同理，后曲柄通过连杆的运动使其绕着固定在底盘机身上的铰链点转动，即后曲柄为五杆机构的另一个原动件；排轮架就是五杆机构的输出件；所述的控制系统主要包括主驱动模块、副驱动模块、输入模块及定时模块。与现有技术相比，本专利技术的轮腿复合式轮椅底盘机构具有以下优点:1.爬楼梯时，交错分布的齿形轮可以卡住楼梯的台阶，有效地增强了爬楼的动力，大大增强了轮椅的爬楼能力。2.与履带式结构相比，在平地上运动时灵活性高，在攀爬楼梯时，齿形轮齿端联接胶皮，可以有效地保护楼梯，结构简单，安装方便。3.本专利技术底盘机构结构相对简单，成本增加较少，功能和效率却大大增加。4.本专利技术底盘机构可使乘坐者通过正确的操作手柄就能独立完成上下楼梯、翻越障碍物、跨沟等动作，无需人员协助，减少人力。5.与轮式机构相比，因排轮直径小，数量多，跨越台阶需要的能量小，重心位置低，冲击小，而且可以适应多种不同规格的台阶；与腿式机构相比，平地移动速度较快，动作灵活；爬楼梯时轮腿的有效配合提高爬楼的效率，安全性及稳定性高，机构控制简单，承载能力强；.与行星轮式相比，攀爬楼梯时重心波动小，通过爬楼梯机构姿态的调整可以轻松攀爬不同高度的台阶，其运动的平稳性较好，乘坐舒适。附图说明图1是本专利技术轮腿复合式轮椅底盘机构一种实施例的整体结构示意图；图2是本专利技术轮腿复合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轮腿复合式轮椅底盘机构，其特征在于该底盘机构主要由排轮传动机构、前位姿调节机构、后位姿调节机构、蜗轮蜗杆减速器机构、五杆机构和控制系统组成；所述的排轮传动机构主要由排轮架、上齿轮、排轮、传动轮、下齿轮和主轴组成；下齿轮、上齿轮及排轮分别固定在主轴上，传动轮固定在排轮架上，上齿轮与传动轮啮合，排轮与上齿轮同轴，排轮与传动轮共有相同的五组，在空间上它们交错排列，排轮传动机构由蜗轮蜗杆减速器传动机构的传动齿轮与下齿轮啮合传动，同时带动上齿轮与排轮运动；所述的前位姿调节机构主要由支座、前丝杠、前直流电机、前丝杠螺母、底盘机身、前连杆、前曲柄、主齿轮和从齿轮组成；其中，前直流电机、前丝杠、支座分别固定在底盘机身上，前直流电机与主齿轮连接，从齿轮固定在前丝杠上，前丝杠与前丝杠螺母连接，前丝杠螺母的伸出杆与前连杆连接，前连杆与前曲柄连接，前曲柄分别与支座、排轮架连接；前位姿调节机构由前直流电机带动主齿轮，主齿轮与从齿轮啮合传动，同时带动前丝杠转动；前丝杠与前丝杠螺母配合把前丝杠的转动变成前丝杠螺母的直线运动，同时前丝杠螺母伸出杆带动前连杆运动，前连杆又带动前曲柄运动，使排轮架的一端绕着支座做圆弧运动；所述的后位姿调节机构主要由后丝杠、后丝杠螺母、后直流电机、连杆、后曲柄和后连杆组成；后直流电机固定在底盘机身上，后曲柄一端固定在底盘机身上，另一端和后连杆连接，连杆一端固定在后丝杠螺母上，另一端与后曲柄连接，后连杆一端固定在所述排轮架上，另一端与后曲柄连接；后位姿调节机构由后直流电机驱动后丝杠转动，后丝杠与后丝杠螺母配合把后丝杠的旋转运动转化成直线运动；同时后丝杠螺母又带动连杆运动，连杆带动后曲柄运动，后曲柄带动后连杆运动，最终使得后曲柄绕底盘机身做圆弧运动；排轮架一端通过后连杆做相应的运动；所述的五杆机构由底盘机身、前曲柄、排轮架、后曲柄和后连杆组成;前曲柄通过支座与底盘机身铰接，后曲柄铰接在底盘机身上，前曲柄的一端与后曲柄的一端在底盘机身上的铰接点连起来构成五杆机构；后曲柄的另一端与后 连杆相连，是五杆机构中的一个连杆，前曲柄的另一端通过铰链固定在排轮架上，后连杆一端与后曲柄相连，另一端通过铰链固定在排轮架上；前曲柄与后连杆在排轮架上的铰接点连起来构成五杆机构中的一个连杆；五杆机构的前曲柄通过前连杆的运动使得前曲柄绕着固定在底盘机身上的支座转动，即前曲柄为五杆机构的原动件；同理，后曲柄通过连杆的运动使其绕着固定在底盘机身上的铰链点转动，即后曲柄为五杆机构的另一个原动件；排轮架就是五杆机构的输出件；所述的控制系统主要包括主驱动模块、副驱动模块、输入模块及定时模块。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曹东兴，毛建辉，单亚楠，曹帅，常宏，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：