專(zhuān)利名稱(chēng):一種輪腿復(fù)合式輪椅底盤(pán)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及輪椅技術(shù),具體是一種輪腿復(fù)合式輪椅底盤(pán)機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù):
隨著老齡化社會(huì)的到來(lái)和殘疾人數(shù)量的增加,輪椅在老年人及殘疾人的生活中發(fā)揮的作用越來(lái)越重要,生活中處處可見(jiàn)的樓梯限制了普通輪椅的使用。因此人們先后研制了各種各樣的上下樓梯機(jī)構(gòu)或爬樓機(jī)構(gòu)(輪椅)。如果按照機(jī)構(gòu)形式分類(lèi),主要分為行星輪式、履帶式、腿足式和平行四桿機(jī)構(gòu)等。行星輪式爬樓梯機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)動(dòng)靈活。袁華祥、劉香香在“基于馬斯洛需求層次理論電動(dòng)輪椅創(chuàng)新設(shè)計(jì)探析”中介紹了由美國(guó)強(qiáng)生公司研制出的爬樓梯輪椅IBOT (參見(jiàn)《包裝工程》2009年第7期P85),它有6個(gè)輪子,前面是一對(duì)實(shí)心腳輪,后面有兩對(duì)行星結(jié)構(gòu)的充氣輪,通過(guò)兩后輪交替翻轉(zhuǎn)可以上下樓梯。它的最大優(yōu)點(diǎn)是能自動(dòng)調(diào)節(jié)輪椅重心使其能在不同狀態(tài)下保持平衡,但控制復(fù)雜和成本高,對(duì)推廣使用來(lái)說(shuō)造成了很大的困難。履帶式爬樓梯機(jī)構(gòu)的原理類(lèi)似于履帶裝甲運(yùn)兵車(chē)或坦克,其原理簡(jiǎn)單。蘇和平和王人成在“爬樓梯輪椅的研究進(jìn)展”中介紹了法國(guó)Topchair公司生產(chǎn)的電動(dòng)爬樓梯輪椅(參見(jiàn)《中國(guó)康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志》2005年20卷第5期P366-P368)。它的底部有四個(gè)車(chē)輪供正常情況下平地運(yùn)行使用;當(dāng)遇到樓梯等特殊地形時(shí),用戶(hù)通過(guò)適當(dāng)按鍵操作將兩側(cè)的橡膠履帶緩緩放下至地面,然后把這四個(gè)車(chē)輪收起,依靠履帶無(wú)需旁人輔助便能自動(dòng)完成爬樓等功能。國(guó)內(nèi)許光樹(shù)設(shè)計(jì)的“無(wú)障代步輪椅”(參見(jiàn)專(zhuān)利01140292.X)中介紹了一種平地、樓梯運(yùn)行無(wú)障礙輪椅,主要由前后升降桿、滑動(dòng)齒輪、主傳動(dòng)鏈輪、支撐輪等組成,支撐輪上繞有齒形帶用來(lái)上下樓梯。段星光、黃強(qiáng)等人在“多運(yùn)動(dòng)模式的小型地面移動(dòng)機(jī)器人設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)”(參見(jiàn)《機(jī)械工程學(xué)報(bào)》2007年18卷第I期P8-P12)中介紹了無(wú)障礙輪椅的優(yōu)點(diǎn)是行走時(shí)重心波動(dòng)小,運(yùn)動(dòng)非常平穩(wěn),且使用地形范圍較廣;缺點(diǎn)是重量大、運(yùn)動(dòng)不夠靈活、爬樓時(shí)在樓梯邊緣造成巨大的壓力,對(duì)樓梯有一定的損壞;此外,在開(kāi)始上下樓梯某一時(shí)刻,整個(gè)機(jī)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)傾斜,從而導(dǎo)致側(cè)翻`且平地使用受阻力較大,而且轉(zhuǎn)彎不方便,這些問(wèn)題限制了其在日常生活中的推廣使用。腿足式爬樓梯機(jī)構(gòu)具有較強(qiáng)的越障能力,王麗娟在“行星滾輪轉(zhuǎn)換步行式驅(qū)動(dòng)爬樓梯輪椅設(shè)計(jì)”中介紹了由日本長(zhǎng)崎大學(xué)機(jī)械工程系研究了一種高階爬樓梯裝置(參見(jiàn)蘇州大學(xué)《碩士學(xué)位論文》2010年)。它由一系列液壓操作桿和前后兩組星型輪構(gòu)成,它的優(yōu)點(diǎn)是爬樓時(shí)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)且爬樓幅度高,甚至能自行上下貨車(chē);缺點(diǎn)是對(duì)控制的要求很高、操作比較復(fù)雜、動(dòng)作緩慢,距離實(shí)際應(yīng)用還有一定的距離。為了解決腿足式爬樓梯機(jī)構(gòu)爬行速度較慢的缺點(diǎn),有學(xué)者提出了平行四桿式爬樓梯機(jī)構(gòu)。國(guó)內(nèi)由蘇和平和項(xiàng)?;I等人提出的手動(dòng)爬樓梯輪椅機(jī)構(gòu),就是在普通輪椅的兩側(cè)各加裝一套由平行四邊形機(jī)構(gòu)組成的爬樓梯執(zhí)行機(jī)構(gòu),每套機(jī)構(gòu)中的兩等長(zhǎng)連架桿各與一個(gè)相同齒數(shù)的鏈輪相固接,用鏈條來(lái)驅(qū)動(dòng)。項(xiàng)?;I、烏蘭木其等人在“手動(dòng)爬樓梯輪椅”中介紹了平行四桿式爬樓梯機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉,缺點(diǎn)是由于僅僅由四個(gè)點(diǎn)支撐整車(chē),其平穩(wěn)度不高,安全性也不太好(參見(jiàn)《中國(guó)康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志》1999年9卷第2期P62-P66)。
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足,本發(fā)明擬解決的技術(shù)問(wèn)題是,提供一種輪腿復(fù)合式輪椅底盤(pán)機(jī)構(gòu),該底盤(pán)機(jī)構(gòu)為輪腿復(fù)合式輪椅爬樓梯底盤(pán)機(jī)構(gòu),使輪椅適于翻越障礙物、跨溝等結(jié)構(gòu)性障礙,上下樓梯平穩(wěn)安全,電動(dòng)操作手柄控制,操作容易,使殘疾人能夠獨(dú)立的上下樓梯,同時(shí)減輕護(hù)理、服務(wù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。本發(fā)明解決所述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是:設(shè)計(jì)一種輪腿復(fù)合式輪椅底盤(pán)機(jī)構(gòu),其特征在于該底盤(pán)機(jī)構(gòu)主要包括排輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、前位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、后位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、五桿機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng);所述的排輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由排輪架、上齒輪、排輪、傳動(dòng)輪、下齒輪和主軸組成;下齒輪、上齒輪及排輪分別固定在主軸上,傳動(dòng)輪固定在排輪架上,上齒輪與傳動(dòng)輪嚙合,排輪與上齒輪同軸,排輪與傳動(dòng)輪共有相同的五組,在空間上它們交錯(cuò)排列,排輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由蝸輪蝸桿減速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)齒輪與下齒輪嚙合傳動(dòng),同時(shí)帶動(dòng)上齒輪與排輪運(yùn)動(dòng);所述的前位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主要由支座、前絲杠、前直流電機(jī)、前絲杠螺母、底盤(pán)機(jī)身、前連桿、前曲柄、主齒輪和從齒輪組成;其中,前直流電機(jī)、前絲杠、支座分別固定在底盤(pán)機(jī)身上,前直流電機(jī)與主齒輪連接,從齒輪固定在前絲杠上,前絲杠與前絲杠螺母連接,前絲杠螺母的伸出桿與前連桿連接,前連桿與前曲柄連接,前曲柄分別與支座、排輪架連接;前位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由前直流電機(jī)帶動(dòng)主齒輪,主齒輪與從齒輪嚙合傳動(dòng),同時(shí)帶動(dòng)前絲杠轉(zhuǎn)動(dòng);前絲杠與前絲杠螺母配合把前絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)變成前絲杠螺母的直線運(yùn)動(dòng),同時(shí)前絲杠螺母伸出桿帶動(dòng)前連桿運(yùn)動(dòng),前連桿又帶動(dòng)前曲柄運(yùn)動(dòng),使排輪架的一端繞著支座做圓弧運(yùn)動(dòng);所述的后位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主要由后絲杠、后絲杠螺母、后直流電機(jī)、連桿、后曲柄和后連桿組成;后直流電機(jī)固定在 底盤(pán)機(jī)身上,后曲柄一端固定在底盤(pán)機(jī)身上,另一端和后連桿連接,連桿一端固定在后絲 螺母上,另一端與后曲柄連接,后連桿一端固定在所述排輪架上,另一端與后曲柄連接;后位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由后直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)后絲杠轉(zhuǎn)動(dòng),后絲杠與后絲杠螺母配合把后絲杠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng);同時(shí)后絲杠螺母又帶動(dòng)連桿運(yùn)動(dòng),連桿帶動(dòng)后曲柄運(yùn)動(dòng),后曲柄帶動(dòng)后連桿運(yùn)動(dòng),最終使得后曲柄繞底盤(pán)機(jī)身做圓弧運(yùn)動(dòng);排輪架一端通過(guò)后連桿做相應(yīng)的運(yùn)動(dòng);所述的五桿機(jī)構(gòu)由底盤(pán)機(jī)身、前曲柄、排輪架、后曲柄和后連桿組成;前曲柄通過(guò)支座與底盤(pán)機(jī)身鉸接,后曲柄鉸接在底盤(pán)機(jī)身上,前曲柄的一端與后曲柄的一端在底盤(pán)機(jī)身上的鉸接點(diǎn)連起來(lái)構(gòu)成五桿機(jī)構(gòu);后曲柄的另一端與后連桿相連,是五桿機(jī)構(gòu)中的一個(gè)連桿,前曲柄的另一端通過(guò)鉸鏈固定在排輪架上,后連桿一端與后曲柄相連,另一端通過(guò)鉸鏈固定在排輪架上;前曲柄與后連桿在排輪架上的鉸接點(diǎn)連起來(lái)構(gòu)成五桿機(jī)構(gòu)中的一個(gè)連桿;五桿機(jī)構(gòu)的前曲柄通過(guò)前連桿的運(yùn)動(dòng)使得前曲柄繞著固定在底盤(pán)機(jī)身上的支座轉(zhuǎn)動(dòng),即前曲柄為五桿機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件;同理,后曲柄通過(guò)連桿的運(yùn)動(dòng)使其繞著固定在底盤(pán)機(jī)身上的鉸鏈點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng),即后曲柄為五桿機(jī)構(gòu)的另一個(gè)原動(dòng)件;排輪架就是五桿機(jī)構(gòu)的輸出件;所述的控制系統(tǒng)主要包括主驅(qū)動(dòng)模塊、副驅(qū)動(dòng)模塊、輸入模塊及定時(shí)模塊。與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的輪腿復(fù)合式輪椅底盤(pán)機(jī)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn):
1.爬樓梯時(shí),交錯(cuò)分布的齒形輪可以卡住樓梯的臺(tái)階,有效地增強(qiáng)了爬樓的動(dòng)力,大大增強(qiáng)了輪椅的爬樓能力。2.與履帶式結(jié)構(gòu)相比,在平地上運(yùn)動(dòng)時(shí)靈活性高,在攀爬樓梯時(shí),齒形輪齒端聯(lián)接膠皮,可以有效地保護(hù)樓梯,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,安裝方便。3.本發(fā)明底盤(pán)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,成本增加較少,功能和效率卻大大增加。4.本發(fā)明底盤(pán)機(jī)構(gòu)可使乘坐者通過(guò)正確的操作手柄就能獨(dú)立完成上下樓梯、翻越障礙物、跨溝等動(dòng)作,無(wú)需人員協(xié)助,減少人力。5.與輪式機(jī)構(gòu)相比,因排輪直徑小,數(shù)量多,跨越臺(tái)階需要的能量小,重心位置低,沖擊小,而且可以適應(yīng)多種不同規(guī)格的臺(tái)階;與腿式機(jī)構(gòu)相比,平地移動(dòng)速度較快,動(dòng)作靈活;爬樓梯時(shí)輪腿的有效配合提高爬樓的效率,安全性及穩(wěn)定性高,機(jī)構(gòu)控制簡(jiǎn)單,承載能力強(qiáng);.與行星輪式相比,攀爬樓梯時(shí)重心波動(dòng)小,通過(guò)爬樓梯機(jī)構(gòu)姿態(tài)的調(diào)整可以輕松攀爬不同高度的臺(tái)階,其運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性較好,乘坐舒適。
圖1是本發(fā)明輪腿復(fù)合式輪椅底盤(pán)機(jī)構(gòu)一種實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖;圖2是本發(fā)明輪腿復(fù)合式輪椅底盤(pán)機(jī)構(gòu)一種實(shí)施例的蝸輪蝸桿減速器機(jī)構(gòu)示意圖;圖3 (a)是排輪傳動(dòng)部分的主視結(jié)構(gòu)示意圖;圖3(b)是排輪傳動(dòng)部分的府視結(jié)構(gòu)示意圖;圖4(a)是前位姿調(diào)節(jié)部分局部機(jī)構(gòu)示意`
圖4 (b)是前位姿調(diào)節(jié)部分機(jī)構(gòu)示意圖;圖5是本發(fā)明輪腿復(fù)合式輪椅底盤(pán)機(jī)構(gòu)一種實(shí)施例的后位姿調(diào)節(jié)部分機(jī)構(gòu)示意圖;圖6是本發(fā)明輪腿復(fù)合式輪椅底盤(pán)機(jī)構(gòu)一種實(shí)施例的五桿機(jī)構(gòu)部分結(jié)構(gòu)示意圖;圖7是本發(fā)明輪腿復(fù)合式輪椅底盤(pán)機(jī)構(gòu)一種實(shí)施例的上樓梯結(jié)構(gòu)示意圖;其中,圖7(a)是輪椅從平地模式轉(zhuǎn)換到爬樓模式,準(zhǔn)備開(kāi)始上樓梯,單獨(dú)由后位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié);圖7(b)是在輪椅底盤(pán)上的排輪傳動(dòng)部分上第一個(gè)臺(tái)階時(shí),通過(guò)調(diào)節(jié)五桿機(jī)構(gòu),即前后位姿調(diào)節(jié)部分共同作用來(lái)得到較好位姿;圖7(c)是排輪傳動(dòng)部分上最后一個(gè)臺(tái)階的位姿,五桿機(jī)構(gòu)無(wú)需調(diào)節(jié);圖7(d)是排輪傳動(dòng)部分完全爬上樓梯,即整個(gè)輪椅爬上樓梯;圖8是本發(fā)明輪腿復(fù)合式輪椅底盤(pán)機(jī)構(gòu)一種實(shí)施例的下樓梯結(jié)構(gòu)示意圖;其中,圖8(a)是輪椅從平地模式轉(zhuǎn)換到爬樓模式,準(zhǔn)備開(kāi)始下樓梯,單獨(dú)由后位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié);圖8(b)是在輪椅底盤(pán)上的排輪傳動(dòng)部分下到第一個(gè)臺(tái)階后,通過(guò)調(diào)節(jié)五桿機(jī)構(gòu),即前后位姿調(diào)節(jié)部分共同作用來(lái)得到較好位姿;圖8(c)是排輪傳動(dòng)部分要下第二個(gè)臺(tái)階時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)五桿機(jī)構(gòu),即前后位姿調(diào)節(jié)部分共同作用來(lái)得到較好位姿;下臺(tái)階過(guò)程可參考圖8(b)-圖8(c)-圖8(b)的循環(huán);圖8(d)是在排輪傳動(dòng)部分下最后一個(gè)臺(tái)階時(shí)的較好位姿,此時(shí)輪椅完全下完樓梯;圖9是本發(fā)明輪腿復(fù)合式輪椅底盤(pán)機(jī)構(gòu)一種實(shí)施例的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖;圖10是本發(fā)明輪腿復(fù)合式輪椅底盤(pán)機(jī)構(gòu)一種實(shí)施例的控制程序框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述:本發(fā)明設(shè)計(jì)的輪腿復(fù)合式輪椅底盤(pán)機(jī)構(gòu)(簡(jiǎn)稱(chēng)底盤(pán)機(jī)構(gòu),參見(jiàn)圖1-10),主要由排輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)1、前位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)2、后位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)3、五桿機(jī)構(gòu)5和控制系統(tǒng)6組成。所述的排輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)I (參見(jiàn)圖3,包括圖3(a)和圖3(b))主要由排輪架11、上齒輪12、排輪13、傳動(dòng)輪14、下齒輪15和主軸16組成;下齒輪15、上齒輪12以及排輪13分別固定在主軸16上,傳動(dòng)輪14固定在排輪架11上。排輪13與上齒輪12同軸,此機(jī)構(gòu)部分含有 五組相同的排輪13與傳動(dòng)輪14,在空間上它們交錯(cuò)排列,能更好的接觸樓梯。傳動(dòng)齒輪的參數(shù)均相同,以保證各排輪13同步運(yùn)動(dòng)。排輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)I由蝸輪蝸桿減速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)4的傳動(dòng)齒輪41與下齒輪15嚙合傳動(dòng),同時(shí)帶動(dòng)上齒輪12與排輪13,上齒輪12與傳動(dòng)輪14嚙合,這樣的嚙合共有五組。它們可以實(shí)現(xiàn)攀爬樓梯的動(dòng)作。所述的前位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)2 (參見(jiàn)圖4,包括圖4(a)和圖4(b))主要由支座21、前絲杠22、前直流電機(jī)23、前絲杠螺母24、底盤(pán)機(jī)身25、前連桿26、前曲柄27、主齒輪28和從齒輪29組成;其中,前直流電機(jī)23、前絲杠22、支座21分別固定在底盤(pán)機(jī)身25上,前直流電機(jī)23與主齒輪28連接,從齒輪29固定在前絲杠22上,前絲杠22與前絲杠螺母24連接,前絲杠螺母24的伸出桿與前連桿26連接,前連桿26與前曲柄27連接,前曲柄27分別與支座21、排輪架11連接。前位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)2由前直流電機(jī)23帶動(dòng)主齒輪28,主齒輪28與從齒輪29嚙合傳動(dòng),同時(shí)帶動(dòng)前絲杠22轉(zhuǎn)動(dòng),前絲杠22與前絲杠螺母24配合把前絲杠22的轉(zhuǎn)動(dòng)變成前絲杠螺母24的直線運(yùn)動(dòng),同時(shí)前絲杠螺母24伸出桿帶動(dòng)前連桿26運(yùn)動(dòng),前連桿26又帶動(dòng)前曲柄27運(yùn)動(dòng),使排輪架11的一端繞著支座21做圓弧運(yùn)動(dòng)。前位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)2的前絲杠螺母24、前連桿26與前曲柄27的組合利用杠桿原理,放大了排輪架11 一端的位移,從而使排輪機(jī)構(gòu)I可以獲得較大的位姿調(diào)整空間。所述的后位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)3 (參見(jiàn)圖5)主要由后絲杠31、后絲杠螺母32、后直流電機(jī)33、連桿34、后曲柄35和后連桿36組成。其中,后直流電機(jī)33固定在底盤(pán)機(jī)身25上,后曲柄35 —端固定在底盤(pán)機(jī)身25上,另一端和后連桿36連接,連桿34 —端固定在后絲杠螺母32上,另一端與后曲柄35連接,后連桿36 —端固定在所述排輪架11上,另一端與后曲柄35連接。后位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)3由后直流電機(jī)33驅(qū)動(dòng)后絲杠31轉(zhuǎn)動(dòng),后絲杠31與后絲杠螺母32配合把后絲杠31的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng);同時(shí)后絲杠螺母32又帶動(dòng)連桿34運(yùn)動(dòng),連桿34帶動(dòng)后曲柄35運(yùn)動(dòng),后曲柄35帶動(dòng)后連桿36運(yùn)動(dòng),最終使得后曲柄35繞底盤(pán)機(jī)身25做圓弧運(yùn)動(dòng);排輪架11 一端通過(guò)后連桿36做相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)。在后位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)3中,后絲杠螺母31、連桿34與后曲柄35的組合利用杠桿原理,放大了排輪架11另一端的位移,從而使排輪機(jī)構(gòu)I可以獲得較大的位姿調(diào)整空間。所述的蝸輪蝸桿減速器機(jī)構(gòu)4 (參見(jiàn)圖2)包括傳動(dòng)齒輪41、蝸輪和蝸桿以及一系列用于傳動(dòng)的齒輪和軸。蝸輪蝸桿減速器機(jī)構(gòu)4嚴(yán)格說(shuō)是底盤(pán)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)位姿的動(dòng)力機(jī)構(gòu),它與所述排輪架11連接,具體是通過(guò)其上的傳動(dòng)齒輪41與所述下齒輪15的嚙合來(lái)給排輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)I傳遞動(dòng)力。當(dāng)輪椅需要進(jìn)行上下樓梯或者翻越障礙物、跨越溝渠時(shí),通過(guò)蝸輪蝸桿減速器機(jī)構(gòu)4的傳動(dòng)齒輪41與下齒輪15的嚙合來(lái)給排輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)I傳遞動(dòng)力,當(dāng)運(yùn)行的外部環(huán)境需要改變排輪位置時(shí),由后直流電機(jī)33單獨(dú)驅(qū)動(dòng)后位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),或者由前直流電機(jī)23單獨(dú)驅(qū)動(dòng)前位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),或者前直流電機(jī)23和后直流電機(jī)33同時(shí)驅(qū)動(dòng)前位姿和后位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),均可以實(shí)現(xiàn)排輪架11的姿態(tài)調(diào)節(jié)。顯然,所述蝸輪蝸桿減速器機(jī)構(gòu)4僅是一種實(shí)施例的動(dòng)力機(jī)構(gòu),實(shí)現(xiàn)排輪架11的姿態(tài)調(diào)節(jié)還可以采用其他動(dòng)力機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)。所述的五桿機(jī)構(gòu)5 (參見(jiàn)圖6)由底盤(pán)機(jī)身25、前曲柄27、排輪架11、后曲柄35和后連桿36組成。前曲柄27通過(guò)支座21與底盤(pán)機(jī)身25鉸鏈連接,后曲柄35鉸接在底盤(pán)機(jī)身25上,前曲柄27的一端與后曲柄35的一端在底盤(pán)機(jī)身上的鉸接點(diǎn)連起來(lái)構(gòu)成五桿機(jī)構(gòu)的機(jī)架。后曲柄35的另一端與后連桿36相連,是五桿機(jī)構(gòu)中的一個(gè)連桿。前曲柄27的另一端通過(guò)鉸鏈固定在排輪架11上,后連桿36 —端與后曲柄35相連,另一端通過(guò)鉸鏈固定在排輪架11上。前曲柄27與后連桿36在排輪架11上的鉸接點(diǎn)連起來(lái)構(gòu)成五桿機(jī)構(gòu)中的一個(gè)連桿。五桿機(jī)構(gòu)5的前曲柄27通過(guò)前連桿26的運(yùn)動(dòng)使得前曲柄27繞著固定在底盤(pán)機(jī)身上的支座21轉(zhuǎn)動(dòng),即前曲柄27為五桿機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件。同理,后曲柄35通過(guò)連桿34的運(yùn)動(dòng)使其繞著固定在底盤(pán)機(jī)身25上的鉸鏈點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng),即后曲柄35為五桿機(jī)構(gòu)的另一個(gè)原動(dòng)件。排輪架11就是五桿機(jī)構(gòu)的輸出件。
所述五桿機(jī)構(gòu)實(shí)施例有三種工作模式:第一:僅前曲柄27單獨(dú)驅(qū)動(dòng),而后曲柄35靜止不動(dòng),構(gòu)成一種四桿機(jī)構(gòu)。第二:僅后曲柄35單獨(dú)驅(qū)動(dòng),而前曲柄27靜止不動(dòng),構(gòu)成另一種四桿機(jī)構(gòu)。第三:前曲柄27與后曲柄35同時(shí)驅(qū)動(dòng),構(gòu)成五桿機(jī)構(gòu)。通過(guò)以上三種運(yùn)動(dòng)方式,使得輸出件排輪架11實(shí)現(xiàn)輪椅底盤(pán)機(jī)構(gòu)的各種位姿調(diào)整。本發(fā)明輪椅底盤(pán)機(jī)構(gòu)上下樓梯的操作過(guò)程和運(yùn)動(dòng)過(guò)程如下:上樓梯過(guò)程(參見(jiàn)圖7):當(dāng)輪椅即將接觸樓梯時(shí),按下輸入模塊中的按鍵2使得離合器2吸合,位姿電機(jī)2 (后電機(jī)33)開(kāi)始驅(qū)動(dòng)后絲杠31轉(zhuǎn)動(dòng),后絲杠31與后絲杠螺母32配合把后絲杠31的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng),同時(shí)后絲杠螺母32帶動(dòng)連桿34運(yùn)動(dòng),連桿34帶動(dòng)后曲柄35,后曲柄35帶動(dòng)后連桿36,最終使得后曲柄35繞底盤(pán)機(jī)身25做圓弧運(yùn)動(dòng),排輪架11 一端通過(guò)后連桿36做相應(yīng)的運(yùn)動(dòng),使得五組排輪接地,此時(shí)走平地用的后小輪脫離地面,輪椅進(jìn)入爬樓梯模式,前位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)不變。此時(shí)排輪架11與底盤(pán)機(jī)身25之間有一定的夾角,在爬樓梯時(shí),可以抵消一部分輪椅由于樓梯而產(chǎn)生的傾角。當(dāng)運(yùn)動(dòng)到一定時(shí)刻時(shí),同時(shí)按下按鍵I和按鍵2使得離合器I和離合器2都吸合,位姿電機(jī)I驅(qū)動(dòng)前位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),位姿電機(jī)2驅(qū)動(dòng)后位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),即利用五桿機(jī)構(gòu)變換排輪架11的位置,使得排輪緊緊接觸樓梯并形成可攀爬的角度,同時(shí)與前面的大輪形成四驅(qū)輪椅,以這種位姿一直到爬完整個(gè)樓梯,到達(dá)平地后通過(guò)五桿機(jī)構(gòu)把排輪架11收回,使之不接觸地面。前后位姿調(diào)節(jié)的大小根據(jù)樓梯的參數(shù)不同而不同。其運(yùn)動(dòng)過(guò)程如下(參見(jiàn)圖7):輪椅從平地模式轉(zhuǎn)換到爬樓模式,準(zhǔn)備開(kāi)始上樓梯(參見(jiàn)圖7 (a));輪椅底盤(pán)上的排輪傳動(dòng)部分上第一個(gè)臺(tái)階時(shí),通過(guò)調(diào)節(jié)五桿機(jī)構(gòu)得到較好位姿(參見(jiàn)圖7 (b));排輪傳動(dòng)部分上最后一個(gè)臺(tái)階的位姿(參見(jiàn)圖7 (c));排輪傳動(dòng)部分完全爬上樓梯,即整個(gè)輪椅爬上樓梯(參見(jiàn)圖7 (d))。下樓梯過(guò)程(參見(jiàn)圖8):當(dāng)輪椅即將接觸樓梯時(shí),按下輸入模塊中的按鍵2使得離合器2吸合,位姿電機(jī)2開(kāi)始(后電機(jī)33)驅(qū)動(dòng)后絲杠31轉(zhuǎn)動(dòng),后絲杠31與后絲杠螺母32配合把后絲杠31的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng),同時(shí)后絲杠螺母32帶動(dòng)連桿34運(yùn)動(dòng),連桿34帶動(dòng)后曲柄35,后曲柄35帶動(dòng)后連桿36,最終使得后曲柄35繞底盤(pán)機(jī)身25做圓弧運(yùn)動(dòng),排輪架11 一端通過(guò)后連桿36做相應(yīng)的運(yùn)動(dòng),使得五組排輪接地,此時(shí)走平地用的后小輪脫離地面,輪椅進(jìn)入爬樓梯模式,前位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)不變。當(dāng)要下一個(gè)臺(tái)階時(shí),同時(shí)按下按鍵I和按鍵2使得離合器I和離合器2都吸合,位姿電機(jī)I驅(qū)動(dòng)前位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),位姿電機(jī)2驅(qū)動(dòng)后位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),即利用五桿機(jī)構(gòu)變換排輪架11的位置,使其至少有一個(gè)排輪緊緊接觸樓梯以支撐輪椅,并形成下樓梯的角度,同時(shí)與前面的大輪形成四驅(qū)輪椅,當(dāng)下完一個(gè)臺(tái)階后又通過(guò)五桿機(jī)構(gòu)把排輪架11調(diào)回原來(lái)的位姿,用這個(gè)位姿繼續(xù)行走至下一個(gè)臺(tái)階時(shí)又同之前運(yùn)動(dòng)一樣通過(guò)調(diào)節(jié)五桿機(jī)構(gòu)變換排輪架11的位置,使得至少有一個(gè)排輪緊緊接觸樓梯。如此循環(huán),直至下完全部樓梯,到達(dá)平地后通過(guò)五桿機(jī)構(gòu)把排輪架11收回,使排輪脫離 地面。前后位姿調(diào)節(jié)的大小根據(jù)樓梯的參數(shù)不同而不同。其運(yùn)動(dòng)過(guò)程如下(參見(jiàn)圖8):輪椅從平地模式轉(zhuǎn)換到爬樓模式,準(zhǔn)備開(kāi)始下樓梯(參見(jiàn)圖8 Ca ;排輪傳動(dòng)部分下到第一個(gè)臺(tái)階后,通過(guò)調(diào)節(jié)五桿機(jī)構(gòu)得到較好位姿(參見(jiàn)圖8 (b));排輪傳動(dòng)部分要下第二個(gè)臺(tái)階時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)五桿機(jī)構(gòu)得到較好位姿(參見(jiàn)圖8 Ce ;排輪傳動(dòng)部分下最后一個(gè)臺(tái)階時(shí)的較好位姿,此時(shí)輪椅完全下完樓梯(參見(jiàn)圖8 (d))。翻越障礙物(參見(jiàn)圖7與圖8):當(dāng)輪椅即將接觸障礙物時(shí),由后位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的后電機(jī)33驅(qū)動(dòng)后絲杠31轉(zhuǎn)動(dòng),后絲杠31與后絲杠螺母32配合把后絲杠31的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng),同時(shí)后絲杠螺母32又帶動(dòng)連桿34運(yùn)動(dòng),連桿34又帶動(dòng)后曲柄35,后曲柄35又帶動(dòng)后連桿36,最終使得后曲柄35繞底盤(pán)機(jī)身25做圓弧運(yùn)動(dòng),排輪架11 一端通過(guò)后連桿36做相應(yīng)的運(yùn)動(dòng),使得五組排輪接地,此時(shí)走平地用的后小輪脫離地面,輪椅進(jìn)入爬樓梯模式,前位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)不變,此時(shí)排輪架11與底盤(pán)機(jī)身25之間有一定的夾角,在爬樓梯時(shí),可以抵消一部分輪椅由于樓梯的斜度而產(chǎn)生的傾角。當(dāng)運(yùn)動(dòng)到一定時(shí)刻時(shí),同時(shí)調(diào)節(jié)前后位姿機(jī)構(gòu),即利用五桿機(jī)構(gòu)變換排輪架11的位置,使得至少有一個(gè)排輪緊緊接觸樓梯,并形成可攀爬的角度,同時(shí)與前面的大輪形成四驅(qū)輪椅,以這種位姿爬上障礙物。當(dāng)要爬下障礙物,同時(shí)調(diào)節(jié)前后位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),即利用五桿機(jī)構(gòu)變換排輪架11的位置,使得至少有一個(gè)排輪緊緊接觸障礙物,直至脫離障礙物。到達(dá)平地后通過(guò)五桿機(jī)構(gòu)把排輪架11收回,使排輪脫離地面。前后位姿調(diào)節(jié)的大小根據(jù)障礙物的參數(shù)不同而不同。其運(yùn)動(dòng)過(guò)程如下(參見(jiàn)圖7和圖8):輪椅從平地模式轉(zhuǎn)換到爬樓模式,準(zhǔn)備開(kāi)始翻越障礙物(參見(jiàn)圖7 Ca ;排輪傳動(dòng)部分爬障礙物時(shí),通過(guò)調(diào)節(jié)五桿機(jī)構(gòu)得到較好位姿(參見(jiàn)圖7 (b));排輪傳動(dòng)部分完全爬上障礙物,即整個(gè)輪椅爬上障礙物(參見(jiàn)圖7 (d));排輪傳動(dòng)部分要爬下障礙物時(shí),通過(guò)調(diào)節(jié)五桿機(jī)構(gòu)得到較好位姿(參見(jiàn)圖8 (c));排輪傳動(dòng)部分爬下障礙物時(shí)的較好位姿,此時(shí)輪椅完全爬下障礙物(參見(jiàn)圖8 (d))。在輪椅上下樓梯及越障過(guò)程中,本發(fā)明底盤(pán)機(jī)構(gòu)可以使輪椅平穩(wěn)、安全、可靠的上下樓梯。本發(fā)明通過(guò)單獨(dú)調(diào)節(jié)前位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、單獨(dú)調(diào)節(jié)后位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)以及同時(shí)調(diào)節(jié)前、后位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來(lái)變換在輪椅運(yùn)動(dòng)過(guò)程中底盤(pán)所需要的位姿,以此來(lái)實(shí)現(xiàn)或輔助輪椅上下樓梯的功能。本發(fā)明底盤(pán)機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)6主要包括(參見(jiàn)圖9)主驅(qū)動(dòng)模塊C、副驅(qū)動(dòng)模塊D、輸入模塊E及定時(shí)模塊F,其定時(shí)模塊F是由控制機(jī)中的定時(shí)器實(shí)現(xiàn)的,通過(guò)軟件設(shè)定定時(shí)器時(shí)間可以實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)排輪姿態(tài)。由主驅(qū)動(dòng)模塊C的主電機(jī)提供排輪13的動(dòng)力,輸入模塊E中的上按鍵I和下按鍵2分別控制上離合器I和下離合器2的吸合來(lái)決定前位姿電機(jī)I與后位姿電機(jī)2的輸出狀態(tài)。前位姿電機(jī)I調(diào)節(jié)前位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)2 ;后位姿電機(jī)2調(diào)節(jié)后位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)3。定時(shí)模塊F是底盤(pán)機(jī)構(gòu)在自動(dòng)模式下通過(guò)對(duì)離合器I和離合器2的定時(shí)來(lái)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)排輪的位姿。本發(fā)明底盤(pán)機(jī)構(gòu)運(yùn)行模式下的控制系統(tǒng)流程(參見(jiàn)圖10),采用面向數(shù)字的信號(hào)處理方式,并通過(guò)自主設(shè)計(jì)控制軟件得以實(shí)現(xiàn)。具體步驟如下:步驟1:系統(tǒng)初始化并執(zhí)行步驟2 ;步驟2:樓梯參數(shù)的初始化設(shè)置,并執(zhí)行步驟3 ;步驟3:檢測(cè)按鍵是否正常,如果正常則執(zhí)行步驟4,否則執(zhí)行步驟5 ;步驟4:檢測(cè)上離合器I是否需要吸合,如果是則執(zhí)行步驟6,否則執(zhí)行步驟7 ;步驟5:系統(tǒng)暫停并報(bào)警,進(jìn)行故障排除;步驟6:手動(dòng)控制上離合器I的吸合,通過(guò)定時(shí)器來(lái)控制上離合器I的吸合時(shí)間,并執(zhí)行步驟7 ;步驟7:檢測(cè)下離合器2是否需要吸合,如果是則執(zhí)行步驟8,否則執(zhí)行步驟9 ;步驟8:手動(dòng)控制下離合器2的吸合,通過(guò)定時(shí)器來(lái)控制下離合器2的吸合時(shí)間,并執(zhí)行步驟9;步驟9:驅(qū)動(dòng)主電機(jī) 轉(zhuǎn)動(dòng),并執(zhí)行步驟10 ;步驟10:檢測(cè)排輪傾角是否滿(mǎn)意,并執(zhí)行步驟11,否則執(zhí)行步驟4 ;步驟11:系統(tǒng)停止。依據(jù)說(shuō)明書(shū)及其附圖所述,本領(lǐng)域技術(shù)人員容易給出控制流程的軟件具體內(nèi)容。本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種輪腿復(fù)合式輪椅底盤(pán)機(jī)構(gòu),其特征在于該底盤(pán)機(jī)構(gòu)主要由排輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、前位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、后位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、蝸輪蝸桿減速器機(jī)構(gòu)、五桿機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)組成; 所述的排輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由排輪架、上齒輪、排輪、傳動(dòng)輪、下齒輪和主軸組成;下齒輪、上齒輪及排輪分別固定在主軸上,傳動(dòng)輪固定在排輪架上,上齒輪與傳動(dòng)輪嚙合,排輪與上齒輪同軸,排輪與傳動(dòng)輪共有相同的五組,在空間上它們交錯(cuò)排列,排輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由蝸輪蝸桿減速器傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)齒輪與下齒輪嚙合傳動(dòng),同時(shí)帶動(dòng)上齒輪與排輪運(yùn)動(dòng); 所述的前位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主要由支座、前絲杠、前直流電機(jī)、前絲杠螺母、底盤(pán)機(jī)身、前連桿、前曲柄、主齒輪和從齒輪組成;其中,前直流電機(jī)、前絲杠、支座分別固定在底盤(pán)機(jī)身上,前直流電機(jī)與主齒輪連接,從齒輪固定在前絲杠上,前絲杠與前絲杠螺母連接,前絲杠螺母的伸出桿與前連桿連接,前連桿與前曲柄連接,前曲柄分別與支座、排輪架連接;前位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由前直流電機(jī)帶動(dòng)主齒輪,主齒輪與從齒輪嚙合傳動(dòng),同時(shí)帶動(dòng)前絲杠轉(zhuǎn)動(dòng);前絲杠與前絲杠螺母配合把前絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)變成前絲杠螺母的直線運(yùn)動(dòng),同時(shí)前絲杠螺母伸出桿帶動(dòng)前連桿運(yùn)動(dòng),前連桿又帶動(dòng)前曲柄運(yùn)動(dòng),使排輪架的一端繞著支座做圓弧運(yùn)動(dòng); 所述的后位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主要由后絲杠、后絲杠螺母、后直流電機(jī)、連桿、后曲柄和后連桿組成;后直流電機(jī)固定在底盤(pán)機(jī)身上,后曲柄一端固定在底盤(pán)機(jī)身上,另一端和后連桿連接,連桿一端固定在后絲杠螺母上,另一端與后曲柄連接,后連桿一端固定在所述排輪架上,另一端與后曲柄連接;后位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)由后直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)后絲杠轉(zhuǎn)動(dòng),后絲杠與后絲杠螺母配合把后絲杠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng);同時(shí)后絲杠螺母又帶動(dòng)連桿運(yùn)動(dòng),連桿帶動(dòng)后曲柄運(yùn)動(dòng),后曲柄帶動(dòng)后連桿運(yùn)動(dòng),最終使得后曲柄繞底盤(pán)機(jī)身做圓弧運(yùn)動(dòng);排輪架一端通過(guò)后連桿做相應(yīng)的運(yùn)動(dòng); 所述的五桿機(jī)構(gòu)由底盤(pán)機(jī)身、前曲柄、排輪架、后曲柄和后連桿組成;前曲柄通過(guò)支座與底盤(pán)機(jī)身鉸接,后曲柄鉸接在底盤(pán)機(jī)身上,前曲柄的一端與后曲柄的一端在底盤(pán)機(jī)身上的鉸接點(diǎn)連起來(lái)構(gòu)成五桿機(jī)構(gòu);后曲柄的另一端與后連桿相連,是五桿機(jī)構(gòu)中的一個(gè)連桿,前曲柄的另一端通過(guò)鉸鏈固定在排輪架上,后連桿一端與后曲柄相連,另一端通過(guò)鉸鏈固定在排輪架上;前曲柄與后連桿在排輪架上的鉸接點(diǎn)連起來(lái)構(gòu)成五桿機(jī)構(gòu)中的一個(gè)連桿;五桿機(jī)構(gòu)的前曲柄通過(guò)前連桿的運(yùn)動(dòng)使得前曲柄繞著固定在底盤(pán)機(jī)身上的支座轉(zhuǎn)動(dòng),即前曲柄為五桿機(jī)構(gòu)的原動(dòng)件;同理,后曲柄通過(guò)連桿的運(yùn)動(dòng)使其繞著固定在底盤(pán)機(jī)身上的鉸鏈點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng),即后曲柄為五桿機(jī)構(gòu)的另一個(gè)原動(dòng)件;排輪架就是五桿機(jī)構(gòu)的輸出件; 所述的控制系統(tǒng)主要包括主驅(qū)動(dòng)模塊、副驅(qū)動(dòng)模塊、輸入模塊及定時(shí)模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪腿復(fù)合式輪椅底盤(pán)機(jī)構(gòu),其特征在于所述的排輪架與蝸輪蝸桿減速器機(jī)構(gòu)連接;蝸輪蝸桿減速器機(jī)構(gòu)包括傳動(dòng)齒輪、蝸輪和蝸桿以及傳動(dòng)齒輪和軸;蝸輪蝸桿減速器機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)齒輪與所述下齒輪的嚙合來(lái)給排輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳遞動(dòng)力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪腿復(fù)合式輪椅底盤(pán)機(jī)構(gòu),其特征在于所述的五桿機(jī)構(gòu)有三種工作模式:第一:僅前曲柄單獨(dú)驅(qū)動(dòng),而后曲柄靜止不動(dòng),構(gòu)成一種四桿機(jī)構(gòu);第二:僅后曲柄單獨(dú)驅(qū)動(dòng) ,而前曲柄靜止不動(dòng),構(gòu)成另一種四桿機(jī)構(gòu);第三:前曲柄與后曲柄同時(shí)驅(qū)動(dòng),構(gòu)成五桿機(jī)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種輪腿復(fù)合式輪椅底盤(pán)機(jī)構(gòu),其特征在于該底盤(pán)機(jī)構(gòu)主要由排輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、前位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、后位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、五桿機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)組成;所述排輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由排輪架、上齒輪、排輪、傳動(dòng)輪、下齒輪和主軸組成;前位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主要由支座、前絲杠、前直流電機(jī)、前絲杠螺母、底盤(pán)機(jī)身、前連桿、前曲柄、主齒輪和從齒輪組成;后位姿調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主要由后絲杠、后絲杠螺母、后直流電機(jī)、連桿、后曲柄和后連桿組成;五桿機(jī)構(gòu)由底盤(pán)機(jī)身、前曲柄、排輪架、后曲柄和后連桿組成;控制系統(tǒng)包括主驅(qū)動(dòng)模塊、副驅(qū)動(dòng)模塊、輸入模塊及定時(shí)模塊。
文檔編號(hào)A61G5/10GK103230324SQ201310165519
公開(kāi)日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月8日
發(fā)明者曹東興, 毛建輝, 單亞楠, 曹帥, 常宏 申請(qǐng)人:河北工業(yè)大學(xué)