专利名称：轮椅攀爬楼梯的辅助装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及助老助残机械技术领域，是一种辅助轮椅完成攀爬楼 梯功能的装置。
背景技术：
根据我国老龄委的统计，目前我国60岁以上老年人口已达到1.43亿 人，超过总人口的10%;此外，我国肢体残疾人接近900万人，下肢残疾 人为200万左右。而这些老年人和残疾人中的大部分都需要依赖轮椅来辅 助移动。虽然许多新式建筑中采用了无障碍通道和电梯以方便轮椅出入， 但是很多老式建筑仍必须通过楼梯上下。由于结构上的限制，普通轮椅(包 括电动轮椅)要完成上下楼梯至少需要两个以上的人加以协助才行，这给 轮椅使用者的日常生活造成了很大的不便。为了扩大轮椅的使用范围，国内外研究者在如何使轮椅攀爬楼梯方面 做了大量工作，主要可分为两个方面。其一是改进轮椅结构，包括釆用变 形履带、关节轮等驱动方式，其中比较有代表性的是由美国的Segway公 司设计的iBOT电动轮椅。这种轮椅采用双行星后轮结构，由复杂的陀螺 机构进行平衡，在攀爬楼梯时要求使用者背向楼梯并身体后仰，尽量通过 抓紧楼梯扶手以进行辅助。轮椅使用者必须经过特殊训练才可以上下楼
梯，而厂商也仍然建议尽量由有经验的辅助者协助完成。另一方面的研究 则集中于在楼梯扶手上安装导轨，将轮椅与导轨连接后，在电机牵引作用 下轮椅沿着导轨上行或下行。以上两种方案都有改造成本高昂，安全性不 高，难以大面积推广应用的问题。实用新型内容为了克服普通轮椅(包括电动轮椅)上下楼梯的问题，本实用新型提 出了一种轮椅攀爬楼梯辅助装置，该装置在对楼梯进行简单改造后即可应 用，能够在有一人进行辅助的情况下，通过助力小车方便安全地实现轮椅 上下楼的功能。为达到上述目的，本实用新型解决技术问题所采用的方案是 一种轮椅攀爬楼梯的辅助装置，包括活动垫板、助力小车和轮椅后 侧面的连接件；其助力小车设有框架，在助力小车框架上固装有外壳，框 架的底部前侧两端设有动力轮，后侧两端设有万向轮；框架的前侧向前水 平延伸有支撑杆，支撑杆前端设有卡爪组件，卡爪组件与轮椅后侧面的连 接件相适配，而且可以根据不同的轮椅宽度灵活调整，框架的后侧向上延 伸有横杆；外壳上表面固设有控制器，控制器壳体的面板上设有用于控制前进后 退的摇杆、电源开关，电量显示，加速/减速控制键，速度显示，其他 功能键，控制器壳体内设有用于输出电机控制信号的控制模块、连接电缆；外壳内设置有电机驱动模块、提供辅助驱动力的电机及减速器、蓄电 池、离合器扳手；电机驱动模块经连接电缆与控制模块电连接；离合器扳 手由外壳上表面伸出；减速器的输出轴与动力轮动连接；蓄电池为控制器、 电机驱动模块、电机供电； 所述各部件按常规连接。
所述的辅助装置，其所述活动垫板，为可折叠收起的活动垫板，设于 楼梯墙壁一侧，使用时，将活动垫板一一放下，使楼梯成为一个斜面；没 有轮椅经过时，把活动垫板折叠竖起，使之靠在墙壁一侧，以方便人们通行。
所述的辅助装置，其所述助力小车的卡爪组件和连接件，其卡爪组件， 包括两个环形卡爪；连接件，为立柱。本实用新型的有益效果是，可以在对楼梯只进行简单改造的前提下， 由他人辅助实现轮椅上下楼梯的功能，结构安全可靠，不需要对轮椅使用 者或辅助操作者进行特别训练，适用性强且易于推广。
图1是轮椅攀爬楼梯辅助装置外观结构图，其中 图la是轮椅攀爬楼梯辅助装置外观正视图；图lb是轮椅攀爬楼梯辅助装置外观侧视图； 图lc是轮椅攀爬楼梯辅助装置外观立体图；图2是图1轮椅攀爬楼梯辅助装置的A-A剖面结构图；图3是控制器示意图，其中图3a是控制器侧视图；图3b是控制器俯视图3c是控制器立体图4是使用本轮椅攀爬楼梯辅助装置辅助轮椅攀爬楼梯的实施例； 图5是轮椅的助力小车卡爪组件与轮椅后部立柱连接的示意图。
具体实施方式
首先，在楼梯上安装可折叠收起的活动垫板，或在楼梯上制作部分斜 面。活动垫板平时可以收起立在一侧，以方便人员通行。当轮椅需要通过 时，由辅助人员将垫板一一放下，使楼梯成为一个斜面；其次，设计一个 新型的助力小车。该小车前端的卡爪组件可以方便地与各种型号的轮椅 (包括电动轮椅)进行连接并紧固。小车前轮采用两个直流电机进行差速 驱动，两个后轮为万向轮。蓄电池固定在小车壳体内，通过电缆与控制器 和驱动电机连接，为助力小车提供能源。控制摇杆安装在控制器上，并通 过电缆与小车连接。辅助人员通过控制摇杆和控制器面板上的按键向助力 小车发送启动/停止、前进/后退/转弯以及加速/减速的指令。控制器内的 控制电路模块接收经由A/D变换的指令信号后，在DSP算法控制下将其转 化为控制电机输出的PWM信号，再经驱动模块功率放大为驱动信号，控制 电机输出的转速和方向。在电机的驱动力作用下，助力小车沿着活动垫板 形成的斜面，将轮椅推送上楼或下楼。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
在图1和图2中，本实用新型轮椅攀爬楼梯辅助装置，包括活动垫 板或楼梯斜面l，控制器2，摇杆3，按键4，控制模块5，控制器壳体6， 连接电缆7，助力小车8，驱动模块9，直流电机及减速器IO，蓄电池ll，
助力小车框架12，卡爪组件13，外壳14，离合器控制杆15，推杆16，动 力轮17，万向轮18，电源开关19，电量显示20，加速/减速控制键21， 速度显示22，其他功能键23，轮椅24。其中楼梯斜面l、助力小车8 和轮椅24后侧面的连接件为三大部分；其助力小车8设有框架12，在助 力小车框架12上固装有外壳14，框架12的底部前侧两端设有动力轮17， 后侧两端设有万向轮18;框架12的前侧向前水平延伸有支撑杆，支撑杆 前端设有卡爪组件13，卡爪组件13与轮椅24后侧面的连接件相适配，而 且可以根据不同的轮椅宽度灵活调整，框架12的后侧向上延伸有横杆16;
外壳14上表面固设有控制器2，控制器壳体6的面板上设有用于控制 前进后退的摇杆3、电源开关19，电量显示20，加速/减速控制键21，速 度显示22，其他功能键23，控制器壳体6内设有用于输出电机控制信号 的控制模块5、连接电缆7;
外壳14内设置有电机驱动模块9、提供辅助驱动力的电机及减速器10、 蓄电池11、离合器扳手15;电机驱动模块9经连接电缆7与控制模块5 电连接；离合器扳手15由外壳14上表面伸出；减速器10的输出轴与动 力轮17动连接；蓄电池11为控制器2、电机驱动模块9、电机供电；
所述各部件按常规连接。
控制模块5、摇杆3、按键4一起安装于控制器壳体6内部，控制器2 通过连接电缆7与助力小车8内部的驱动模块9相连；驱动模块9、蓄电 池11和直流电机及减速器10安装于小车框架12上，在小车框架12前端 安装有卡爪组件13;轮子17与减速器10相连接，后面两个万向轮18直 接连接于小车框架12上。
在图3中，控制器2上设有电源开关19、电量显示20、加速/减速控 制键21、速度显示22以及其他功能键23，平时固定于小车外壳14上。
在图4中，首先由辅助操作人员放下活动垫板l，使楼梯形成一个斜面， 若楼梯已有部分斜面l，则不需活动垫板；然后将助力小车8推至轮椅24 后面，将卡爪组件13与轮椅24后部连接件相连并紧固，辅助操作人员先 将离合器控制杆15扳至齿轮咬合位置，打开电源开关19，确认电量显示 20正常。在通过加速/减速控制键21设定适合的速度后，操作控制器2 上的摇杆3，发出前进指令。指令信号经A/D变换后送入控制模块5，在 DSP算法控制下输出控制信号；控制信号经过连接电缆7进入助力小车8 内部的驱动模块9，经过功率放大后输出驱动信号，驱动直流电机、减速 器10以及轮子17，推动轮椅24向上运动。此时，操作者可以根据实际情 况，实时调整助力小车8的速度和方向。
在完成攀爬楼梯后，可松开卡爪组件13，使助力小车8与轮椅24分离。 此时操作者可以继续使用控制器2控制助力小车8回到适当位置，也可以 将离合器控制杆15扳至齿轮松开位置后，通过助力小车8后面的推杆16 手动推动小车。
若使用活动垫板1，平时没有轮椅24经过时，可以把活动垫板1折叠 竖起，使之靠在墙壁一侧，以方便人们通行。
见图5所示，为卡爪组件与立柱31的连接结构图，其中，环形卡爪25， 万向球关节26，快紧螺母27，球台支座28，卡爪连接板29，销30，轮椅 后部立柱31。卡爪组件包括两个环形卡爪25，固接于助力小车8前端， 立柱31固接于轮椅24靠背后面，环形卡爪25和立柱31相适配。使用时，
首先将助力小车8移动至轮椅24后面，调整万向球关节26的方向，使得 环形卡爪25刚好能够套入轮椅后部立柱31，然后使用销30将环形卡爪 25牢固锁定，以防止其在上下楼梯时松开。为使连接更加牢固，可以旋紧 快紧螺母27，固定万向球关节26，使其不再自由转动。当完成楼梯攀爬 任务后，拔出销30，并旋松快紧螺母27，使环形卡爪25与轮椅后部立柱 31脱离即可。
权利要求1、一种轮椅攀爬楼梯的辅助装置，包括活动垫板(1)、助力小车(8)和轮椅(24)后侧面的连接件；其特征在于，助力小车(8)设有框架(12)，在助力小车框架(12)上固装有外壳(14)，框架(12)的底部前侧两端设有动力轮(17)，后侧两端设有万向轮(18)；框架(12)的前侧向前水平延伸有支撑杆，支撑杆前端设有卡爪组件(13)，卡爪组件(13)与轮椅(24)后侧面的连接件相适配，而可拆卸的固定连接，框架(12)的后侧向上延伸有横杆(16)；外壳(14)上表面固设有控制器(2)，控制器壳体(6)的面板上设有用于控制前进后退的摇杆(3)、电源开关(19)，电量显示(20)， 加速/减速控制键(21)，速度显示(22)，其他功能键(23)，控制器壳体(6)内设有用于输出电机控制信号的控制模块(5)、连接电缆(7)；外壳(14)内设置有电机驱动模块(9)、提供辅助驱动力的电机及减速器(10)、蓄电池(11)、离合器扳手(15)；电机驱动模块(9)经连接电缆(7)与控制模块(5)电连接；离合器扳手(15)由外壳(14)上表面伸出；减速器(10)的输出轴与动力轮(17)动连接；蓄电池(11)与控制器(2)、电机驱动模块(9)、电机电连接；所述各部件按常规连接。
2、 如权利要求1所述的辅助装置，其特征在于，所述活动垫板(1) 平时折叠收起，设于楼梯墙壁一侧；使用时，活动垫板一一放下，楼梯成 为一个斜面；不使用时，活动垫板(1)折叠竖起，靠于在墙壁一侧。
3、如权利要求1所述的辅助装置，其特征在于，所述助力小车(8)的卡爪组件(13)和连接件，其卡爪组件(13)，包括两个环形卡爪(25); 连接件，为立柱(31)。
专利摘要本实用新型是一种轮椅攀爬楼梯的辅助装置，涉及助老助残机械技术。它是在楼梯靠墙一侧安装可折叠的活动垫板，以及一个由蓄电池、控制器、控制模块、驱动模块、框架、外壳、直流电机及减速器、轮子组成的助力小车。活动垫板放下后在楼梯上形成斜面，助力小车与轮椅靠背后面连接件连接。在辅助操作人员控制下，助力小车推动轮椅攀爬楼梯。
文档编号A61G5/10GK201005884SQ200720103898
公开日2008年1月16日 申请日期2007年3月21日 优先权日2007年3月21日
发明者魁 原, 房立新 申请人:中国科学院自动化研究所