专利名称：老年人智能爬楼机(简称爬楼机)的制作方法
技术领域：
:本实用新型是为了帮助在无电梯的楼房里住的老年人上下楼梯之用。采用直流串激电动机驱动，下楼时可用电气制动或机械制动减速，用可编程控制器控制。总体设计最大限度地考虑了安全，方便。技术领域应属于机电与自动化技术的结合。
技术背景:我是一名88岁的退休工程师。由于我看到有很多老同事和老同学仍然住在没有电梯的6层以下的宿舍里(尽管北京盖了许多新的有电梯的大楼)，由于年事已高，上下楼梯愈来愈困难，特别是有些人有腿病或中风后遗症，几乎无法下楼，只好常年住在楼上，生活质量很低。很久以来我就萌生了一个想法，就是能否为这些老人研制一种爬楼机，减轻他们的痛苦，提高他们的生活质量。这种爬楼机首先要很安全可靠，成本低，让一般老人买得起，也要不仅能上楼，也能下楼，还能在平地上缓慢行驶，可以在附近购物等。经过思考和方案比较后，我设计的爬楼机主要受到坦克技术的启发。坦克可以利用钢履带爬上45度的高坡，我建议的方案是利用特制的橡胶履带(经过防滑处理)来爬35度以下的楼梯。采用启动力矩大的串激直流电机驱动，利用可编程序控制器进行控制。这些都是成熟技术，但它本身是一种实用新技术，在我国老人愈来愈多的情况下有使用价值和需要。在我即将写完这份报告时，我在网上查了一下有无类似产品？发现市场上已经有几种进口的爬楼机，这些爬楼机大同小异。它们的共同缺点是一，不安全。老人坐在爬楼机上不能自己操作，必须有家属或雇工在背后操作，如果误操作或出现意外，老人无法自救。二，不方便。如果下楼，老人面向前方；如果上楼，老人和操作人员都背朝楼梯上楼，这也容易造成事故。3，太贵。加拿大生产的爬楼机要33，000元(有一种国产仿制的也要22，800兀)，日本产的要 55，000 兀，(见 www.lkly.com.cn/plc01.htm 和 /plc04.htm)最贵的一种是法国产，要卖280，000元，不是一般退休人员所负担得起。本报告所提出的方案没有这些缺点，还有一些优点将在后面详述。估计成本大约在5000元以下,如能大量生产,成本还可以降低。此外，我国的“空巢”家庭愈来愈多，有时只有一个老人独居，所以爬楼机要能便于自己操作，这在我国是一个现实问题。
发明内容本方案要解决的主要技术问题如下:1.要把人和爬楼机安全可靠地送上6层以上的楼房。2.要既能上楼又能下楼，而且行驶时老人总是面向前方。3.爬楼机可以转弯。4.老人可以自行操作。如老人不能操作时也可以由别人操作。5.也可以在平地行驶(约5公里以内)。6.在紧急情况下可以自动或手动(例如电池断电，或履带断裂等情况)刹车。解决这些技术问题的方法将在下面详述。[0012]I。驱动系统。前已指出，本方案主要是受到坦克技术的启发。只是驱动的钢轮换上了类似自行车的车轮(直径约22cm)，钢履带换上了特制的橡胶履带，橡胶履带应当是防滑的，如图1。履带由6个类似自行车的充气车轮带动。其中最后一个车轮有动力，其余车轮只是支撑履带在楼梯上平稳前进。最前一个小车轮是为了爬楼机从平地开始爬楼时比较容易，此外也为了保持履带的张力。2。动力与控制。本方案采用串激直流电动机驱动。采用串激直流电电动机的理由是启动力矩大，上楼时可以作为电动机正向运行，下楼时可以反接励磁绕组后反向行驶。如果速度超过一定限度(例如超过6米/秒时)，可用机械制动或直流电动机能耗减速。了防止在意外情况下电动机飞车(失去励磁电流时)，在速度超过一定限度时将自动断开电源，电动机停止转动，爬楼机制动，保证安全。为此，需要装设速度传感器和简单的转速显示器。经过计算，如果爬楼机的重量为80公斤，人的重量也是80公斤，每分种爬5米时，所需的能量为0.436千瓦时，故选用0.5千瓦的电动机(计算过程略)。每分钟爬升5米(楼梯斜度为33度)时的电动机转速为每分钟12.9转，因此需要用减速器减速。串激直流电动机的控制电路见图3，可采用可编程控制器(PLC)实现控制。3.整体设计。国外的爬楼机基本上都是同一种模式。这就是在轮椅下用一个小型履带机(大约
0.4米宽I米长厚0.12米)将轮椅托起，开机后由另一人将老人和爬楼机一起送上(下)楼梯。这样的设计有一个优点，就是到平地上轮椅可以拆卸下来，连同履带机部分一起放进小汽车运走。但缺点是乘坐爬楼机的老人不能自己操作，必须由一个家属或服务人员在轮椅背后操作，下楼时面向前方，但上楼时两人都背朝楼梯倒退行走，这样很不安全和不方便。(由于操作员在操作时需要倒退上楼，万一绊倒就可能造成危险)。此外，到平地时轮椅却翅起约35度，很不舒服,没有别人帮助，老人无法自己下来。(见www.lkly.com.cn/plcOl.htm)。本方案的主要考虑是乘坐人的安全。与国外的爬楼机模式不同，本方案的设计则是在履带驱动部分上面放一块水平木板，坐椅固定在木板上，无论上楼或下楼老人都面向前方，只是椅背转了 180度(见图1)。老人可以自己操作，如不能自己操作时也可以由家属或服务人员在背后操作。上楼时面向前方，下楼时也面向前方，这样就安全多了。从楼梯到平地或平地到楼梯时，为了保持座椅在水平位置，可以手动调整(见图2)。如需要时也可以另加一个电动机调整。前已指出，上楼时作为电动机驱动爬楼机，下楼时以机械制动(刹车)或直流电动机能耗限速，这也是为了安全。即使在运行时突然断电或橡胶履带突然断开，也不会造成事故。此外，本方案的爬楼机底座比较宽(0.6米)，这也比进口的爬楼机稳定(后者宽0.4米)。考虑到老人可能需要购物或散步，本方案可以在平地上行驶(5公里以内)。为了便于运输，本爬楼机可以拆开成两部分，在工交车或汽车上运输，到达目的地后再组装起来。爬楼机的转弯可利用手动改变前方一侧小轮的松弛度(平时压紧履带)，使得一边快转一边慢转来实现。前已指出无论上楼或下楼，坐椅都保持水平位置。当在平地时，利用L型杠杆向下压，使平板左边的支撑杆向右方弯曲(见图2B中的位置3)。最后使支撑杆处于折叠状态(见图2B中的位置I)。此时坐椅已基本上处于水平状态。当开始上楼时，操作与此相反。考虑到老人的重量不会超过80公斤，操作L型杠杆的最大力量不会超过40公斤，一般情况下老人自行操作可能没有困难。如果需要时可以另加一台电动机操作。为了在紧急情况下(例如突然断电或橡胶履带突然断裂)保证乘坐人的安全，设计了手动紧急刹车装置(见图4)。在上下楼时如过遇见特殊情况，可拉动紧急刹车，使爬楼机停在最近的台阶上，并断开电源，等待处理。在平地行驶时不需紧急制动。
:图1:老人智能爬楼机概念图(上楼状态)。本图所有尺寸可根据实际设备进行修改。图中:I表示此小轮是为了保持履带张力，平时用弹簧压紧，松弛一边弹簧的压力，可使爬楼机转弯。2表示仅由最后一个车轮驱动，其余车轮通过履带支持车身平稳前进。3为履带截面图。4为主控制按钮，老人可自行操作。5为备用控制按钮，可由他人操作(由于上楼时按钮位置太高，可在平板左侧适当位置加装备用按钮)。6椅背可转180度，结构相当于普通转椅。7 为 12V，7AH 蓄电池 4 台。8为24V，0.5KW串激直流电动机一台，减速比100倍，按实际到货尺寸安装。9为充气车胎轮，直径约22公分。图2老人智能爬楼机(平地状态)及手动操作概念图[0031 ] 图2A爬楼机平地状态图2B爬楼机平台由平地到上下楼状态的手动操作示意图3为上楼状态。3.1为L型操作杠杆。杠杆的下端与爬楼机平台的可折叠支架相连。拉动L型杠杆向逆时针方向转动，会使支架向右弯曲，从而使平台与地面的角度减小。2为中间位置。为了防止杠杆的一侧离地太近，杠杆的一臂应能上下滑动，但末端与支架的中点相连。这样到平地位置时力矩将最大。I为平地位置。注意支架的折叠角度不可达到O度，否则老人将很难举起本身的重量。图3串激直流电动机控制电路图串激直流电动机的正反转控制电路如图所示。本方案通过改变励磁绕组中的电流方向来改变电动机旋转方向，以实现正反转控制。当需要电动机正向启动运转时，按下正向按钮SBl，接触器KMl带电并自保持，两个KMl接点闭合，接通电动机的电源，电动机正向运转，同时在接触器KM2回路的KMl常闭接点断开，防止KM2动作。当需要电动机反转运行时，必须先按停止按钮SB3，使KMl，KM2两个接触器都断电，运转中的电动机停下来，才能按下反转按钮SB2，接触器KM2带电并自保持，接通电动机的电源。此时电动机的励磁绕组中的电流为反向，故电动机反向启动运转。同时接触器KMl回路中的KM2常闭接点断开，防止同时正向启动。图4紧急刹车概念图[0040]采用手动控制是为了在突然失去电源或履带突然断裂等意外情况下保证乘坐人的安全。爬楼机将停在最近的一级台阶上等候处理。图中11表示手动操作手柄。在平地上不需要紧急刹车，可用手动制动停车。
具体实施方式
曾经考虑过自己试制一台样机，然后找一个厂合作生产，但由于年事已高，显然不现实。现在的想法是:如果专利能够批准，再通过招标方式找一两家工厂试制，生产和推广。步骤是:1.申请专利。2.专利批准后，通过招标寻找合作单位。3.试制样机。根据实际设备修改图纸。试制完成后经过严格测试，合格后才能生产。4.使用后根据用户的意见改进设计。
权利要求1.本申请项目为“老年人智能爬楼机”，供住在无电梯的楼房内的行走不便的老人上下楼梯之用。
2.本方案的特征是(I)老年人可以自行操作，如不能自行操作时也可由家人或其他人在后方操作。(2)无论上楼或下楼都面向前进方向。(3)设计上尽量安全可靠，操作方便。(4)在平地也可行驶，上下楼和平地时座椅均保持水平。(5)估计每台成本在5000元左右，一般退休人员负担得起。而进口的类似产品至少需33，000元至280，000元。
本项目希望申请国内专利保护。保护范围为爬楼机的整体设计，包括结构和外形。试制成功后再考虑申请国外专利保护。
专利摘要实用新型名称为老年人智能爬楼机。技术领域为机电与自动化相结合的技术。本方案所设计的爬楼机是为了方便住在没有电梯的楼房里的老人上下楼之用。与进口的类似爬楼机不同，本方案的特点是1。老人可以自行操作，而进口的必须由另一人操作。2。上下楼都面向前方行驶，而进口产品则下楼市时面向前方，上楼时面向背后往上行走，很不方便和不安全。3。在平地或上下楼时，坐椅都保持水平位置。而进口产品在平地时坐椅翘起约30度，很不舒服。4。经济。本方案成本每台估计为5000元，一般退休人员可以负担。而进口产品每台则需33000元至280,000元，一般退休老人难以负担。因此本方案比较适合我国的具体条件。
文档编号A61G5/06GK203001275SQ20122043892
公开日2013年6月19日 申请日期2012年8月31日 优先权日2012年8月31日
发明者不公告发明人 申请人:傅书逷