专利名称：一种轮腿复合式轮椅底盘机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及轮椅技术，具体是一种轮腿复合式轮椅底盘机构。
背景技术：
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)。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明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。本发明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，本发明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.本发明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.本发明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。
图1是本发明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是本发明轮腿复合式轮椅底盘机构一种实施例的蜗轮蜗杆减速器机构示意图；图3 (a)是排轮传动部分的主视结构示意图；图3(b)是排轮传动部分的府视结构示意图；图4(a)是前位姿调节部分局部机构示意`
图4 (b)是前位姿调节部分机构示意图；图5是本发明轮腿复合式轮椅底盘机构一种实施例的后位姿调节部分机构示意图；图6是本发明轮腿复合式轮椅底盘机构一种实施例的五杆机构部分结构示意图；图7是本发明轮腿复合式轮椅底盘机构一种实施例的上楼梯结构示意图；其中，图7(a)是轮椅从平地模式转换到爬楼模式，准备开始上楼梯，单独由后位姿调节机构调节；图7(b)是在轮椅底盘上的排轮传动部分上第一个台阶时，通过调节五杆机构，即前后位姿调节部分共同作用来得到较好位姿；图7(c)是排轮传动部分上最后一个台阶的位姿，五杆机构无需调节；图7(d)是排轮传动部分完全爬上楼梯，即整个轮椅爬上楼梯；图8是本发明轮腿复合式轮椅底盘机构一种实施例的下楼梯结构示意图；其中，图8(a)是轮椅从平地模式转换到爬楼模式，准备开始下楼梯，单独由后位姿调节机构调节；图8(b)是在轮椅底盘上的排轮传动部分下到第一个台阶后，通过调节五杆机构，即前后位姿调节部分共同作用来得到较好位姿；图8(c)是排轮传动部分要下第二个台阶时通过调节五杆机构，即前后位姿调节部分共同作用来得到较好位姿；下台阶过程可参考图8(b)-图8(c)-图8(b)的循环；图8(d)是在排轮传动部分下最后一个台阶时的较好位姿，此时轮椅完全下完楼梯；图9是本发明轮腿复合式轮椅底盘机构一种实施例的控制系统结构示意图；图10是本发明轮腿复合式轮椅底盘机构一种实施例的控制程序框图。
具体实施例方式下面结合实施例及其附图对本发明作进一步详述:本发明设计的轮腿复合式轮椅底盘机构(简称底盘机构，参见图1-10)，主要由排轮传动机构1、前位姿调节机构2、后位姿调节机构3、五杆机构5和控制系统6组成。所述的排轮传动机构I (参见图3，包括图3(a)和图3(b))主要由排轮架11、上齿轮12、排轮13、传动轮14、下齿轮15和主轴16组成；下齿轮15、上齿轮12以及排轮13分别固定在主轴16上，传动轮14固定在排轮架11上。排轮13与上齿轮12同轴，此机构部分含有 五组相同的排轮13与传动轮14，在空间上它们交错排列，能更好的接触楼梯。传动齿轮的参数均相同，以保证各排轮13同步运动。排轮传动机构I由蜗轮蜗杆减速器传动机构4的传动齿轮41与下齿轮15啮合传动，同时带动上齿轮12与排轮13，上齿轮12与传动轮14啮合，这样的啮合共有五组。它们可以实现攀爬楼梯的动作。所述的前位姿调节机构2 (参见图4，包括图4(a)和图4(b))主要由支座21、前丝杠22、前直流电机23、前丝杠螺母24、底盘机身25、前连杆26、前曲柄27、主齿轮28和从齿轮29组成；其中，前直流电机23、前丝杠22、支座21分别固定在底盘机身25上，前直流电机23与主齿轮28连接，从齿轮29固定在前丝杠22上，前丝杠22与前丝杠螺母24连接，前丝杠螺母24的伸出杆与前连杆26连接，前连杆26与前曲柄27连接，前曲柄27分别与支座21、排轮架11连接。前位姿调节机构2由前直流电机23带动主齿轮28，主齿轮28与从齿轮29啮合传动，同时带动前丝杠22转动，前丝杠22与前丝杠螺母24配合把前丝杠22的转动变成前丝杠螺母24的直线运动，同时前丝杠螺母24伸出杆带动前连杆26运动，前连杆26又带动前曲柄27运动，使排轮架11的一端绕着支座21做圆弧运动。前位姿调节机构2的前丝杠螺母24、前连杆26与前曲柄27的组合利用杠杆原理，放大了排轮架11 一端的位移，从而使排轮机构I可以获得较大的位姿调整空间。所述的后位姿调节机构3 (参见图5)主要由后丝杠31、后丝杠螺母32、后直流电机33、连杆34、后曲柄35和后连杆36组成。其中，后直流电机33固定在底盘机身25上，后曲柄35 —端固定在底盘机身25上,另一端和后连杆36连接,连杆34 —端固定在后丝杠螺母32上，另一端与后曲柄35连接，后连杆36 —端固定在所述排轮架11上，另一端与后曲柄35连接。后位姿调节机构3由后直流电机33驱动后丝杠31转动，后丝杠31与后丝杠螺母32配合把后丝杠31的旋转运动转化成直线运动；同时后丝杠螺母32又带动连杆34运动，连杆34带动后曲柄35运动，后曲柄35带动后连杆36运动，最终使得后曲柄35绕底盘机身25做圆弧运动；排轮架11 一端通过后连杆36做相应的运动。在后位姿调节机构3中，后丝杠螺母31、连杆34与后曲柄35的组合利用杠杆原理，放大了排轮架11另一端的位移，从而使排轮机构I可以获得较大的位姿调整空间。所述的蜗轮蜗杆减速器机构4 (参见图2)包括传动齿轮41、蜗轮和蜗杆以及一系列用于传动的齿轮和轴。蜗轮蜗杆减速器机构4严格说是底盘机构调节位姿的动力机构，它与所述排轮架11连接，具体是通过其上的传动齿轮41与所述下齿轮15的啮合来给排轮传动机构I传递动力。当轮椅需要进行上下楼梯或者翻越障碍物、跨越沟渠时，通过蜗轮蜗杆减速器机构4的传动齿轮41与下齿轮15的啮合来给排轮传动机构I传递动力，当运行的外部环境需要改变排轮位置时，由后直流电机33单独驱动后位姿调节机构，或者由前直流电机23单独驱动前位姿调节机构，或者前直流电机23和后直流电机33同时驱动前位姿和后位姿调节机构，均可以实现排轮架11的姿态调节。显然，所述蜗轮蜗杆减速器机构4仅是一种实施例的动力机构，实现排轮架11的姿态调节还可以采用其他动力机构驱动。所述的五杆机构5 (参见图6)由底盘机身25、前曲柄27、排轮架11、后曲柄35和后连杆36组成。前曲柄27通过支座21与底盘机身25铰链连接，后曲柄35铰接在底盘机身25上，前曲柄27的一端与后曲柄35的一端在底盘机身上的铰接点连起来构成五杆机构的机架。后曲柄35的另一端与后连杆36相连,是五杆机构中的一个连杆。前曲柄27的另一端通过铰链固定在排轮架11上，后连杆36 —端与后曲柄35相连，另一端通过铰链固定在排轮架11上。前曲柄27与后连杆36在排轮架11上的铰接点连起来构成五杆机构中的一个连杆。五杆机构5的前曲柄27通过前连杆26的运动使得前曲柄27绕着固定在底盘机身上的支座21转动，即前曲柄27为五杆机构的原动件。同理，后曲柄35通过连杆34的运动使其绕着固定在底盘机身25上的铰链点转动，即后曲柄35为五杆机构的另一个原动件。排轮架11就是五杆机构的输出件。
所述五杆机构实施例有三种工作模式:第一:仅前曲柄27单独驱动，而后曲柄35静止不动，构成一种四杆机构。第二:仅后曲柄35单独驱动，而前曲柄27静止不动，构成另一种四杆机构。第三:前曲柄27与后曲柄35同时驱动，构成五杆机构。通过以上三种运动方式，使得输出件排轮架11实现轮椅底盘机构的各种位姿调整。本发明轮椅底盘机构上下楼梯的操作过程和运动过程如下:上楼梯过程(参见图7):当轮椅即将接触楼梯时，按下输入模块中的按键2使得离合器2吸合，位姿电机2 (后电机33)开始驱动后丝杠31转动，后丝杠31与后丝杠螺母32配合把后丝杠31的旋转运动转化成直线运动，同时后丝杠螺母32带动连杆34运动，连杆34带动后曲柄35，后曲柄35带动后连杆36，最终使得后曲柄35绕底盘机身25做圆弧运动，排轮架11 一端通过后连杆36做相应的运动，使得五组排轮接地，此时走平地用的后小轮脱离地面，轮椅进入爬楼梯模式，前位姿调节机构不变。此时排轮架11与底盘机身25之间有一定的夹角，在爬楼梯时，可以抵消一部分轮椅由于楼梯而产生的倾角。当运动到一定时刻时，同时按下按键I和按键2使得离合器I和离合器2都吸合，位姿电机I驱动前位姿调节机构，位姿电机2驱动后位姿调节机构，即利用五杆机构变换排轮架11的位置，使得排轮紧紧接触楼梯并形成可攀爬的角度，同时与前面的大轮形成四驱轮椅，以这种位姿一直到爬完整个楼梯，到达平地后通过五杆机构把排轮架11收回，使之不接触地面。前后位姿调节的大小根据楼梯的参数不同而不同。其运动过程如下(参见图7):轮椅从平地模式转换到爬楼模式，准备开始上楼梯(参见图7 (a));轮椅底盘上的排轮传动部分上第一个台阶时，通过调节五杆机构得到较好位姿(参见图7 (b));排轮传动部分上最后一个台阶的位姿(参见图7 (c));排轮传动部分完全爬上楼梯，即整个轮椅爬上楼梯(参见图7 (d))。下楼梯过程(参见图8):当轮椅即将接触楼梯时，按下输入模块中的按键2使得离合器2吸合，位姿电机2开始(后电机33)驱动后丝杠31转动，后丝杠31与后丝杠螺母32配合把后丝杠31的旋转运动转化成直线运动，同时后丝杠螺母32带动连杆34运动，连杆34带动后曲柄35，后曲柄35带动后连杆36，最终使得后曲柄35绕底盘机身25做圆弧运动，排轮架11 一端通过后连杆36做相应的运动，使得五组排轮接地，此时走平地用的后小轮脱离地面，轮椅进入爬楼梯模式，前位姿调节机构不变。当要下一个台阶时，同时按下按键I和按键2使得离合器I和离合器2都吸合，位姿电机I驱动前位姿调节机构，位姿电机2驱动后位姿调节机构，即利用五杆机构变换排轮架11的位置，使其至少有一个排轮紧紧接触楼梯以支撑轮椅，并形成下楼梯的角度，同时与前面的大轮形成四驱轮椅，当下完一个台阶后又通过五杆机构把排轮架11调回原来的位姿，用这个位姿继续行走至下一个台阶时又同之前运动一样通过调节五杆机构变换排轮架11的位置，使得至少有一个排轮紧紧接触楼梯。如此循环，直至下完全部楼梯，到达平地后通过五杆机构把排轮架11收回，使排轮脱离 地面。前后位姿调节的大小根据楼梯的参数不同而不同。其运动过程如下(参见图8):轮椅从平地模式转换到爬楼模式，准备开始下楼梯(参见图8 Ca ;排轮传动部分下到第一个台阶后，通过调节五杆机构得到较好位姿(参见图8 (b));排轮传动部分要下第二个台阶时通过调节五杆机构得到较好位姿(参见图8 Ce ;排轮传动部分下最后一个台阶时的较好位姿，此时轮椅完全下完楼梯(参见图8 (d))。翻越障碍物(参见图7与图8):当轮椅即将接触障碍物时，由后位姿调节机构的后电机33驱动后丝杠31转动，后丝杠31与后丝杠螺母32配合把后丝杠31的旋转运动转化成直线运动，同时后丝杠螺母32又带动连杆34运动，连杆34又带动后曲柄35，后曲柄35又带动后连杆36，最终使得后曲柄35绕底盘机身25做圆弧运动，排轮架11 一端通过后连杆36做相应的运动，使得五组排轮接地，此时走平地用的后小轮脱离地面，轮椅进入爬楼梯模式，前位姿调节机构不变，此时排轮架11与底盘机身25之间有一定的夹角，在爬楼梯时，可以抵消一部分轮椅由于楼梯的斜度而产生的倾角。当运动到一定时刻时，同时调节前后位姿机构，即利用五杆机构变换排轮架11的位置，使得至少有一个排轮紧紧接触楼梯，并形成可攀爬的角度，同时与前面的大轮形成四驱轮椅，以这种位姿爬上障碍物。当要爬下障碍物，同时调节前后位姿调节机构，即利用五杆机构变换排轮架11的位置，使得至少有一个排轮紧紧接触障碍物，直至脱离障碍物。到达平地后通过五杆机构把排轮架11收回，使排轮脱离地面。前后位姿调节的大小根据障碍物的参数不同而不同。其运动过程如下(参见图7和图8):轮椅从平地模式转换到爬楼模式，准备开始翻越障碍物(参见图7 Ca ;排轮传动部分爬障碍物时，通过调节五杆机构得到较好位姿(参见图7 (b));排轮传动部分完全爬上障碍物，即整个轮椅爬上障碍物(参见图7 (d));排轮传动部分要爬下障碍物时，通过调节五杆机构得到较好位姿(参见图8 (c));排轮传动部分爬下障碍物时的较好位姿，此时轮椅完全爬下障碍物(参见图8 (d))。在轮椅上下楼梯及越障过程中，本发明底盘机构可以使轮椅平稳、安全、可靠的上下楼梯。本发明通过单独调节前位姿调节机构、单独调节后位姿调节机构以及同时调节前、后位姿调节机构来变换在轮椅运动过程中底盘所需要的位姿，以此来实现或辅助轮椅上下楼梯的功能。本发明底盘机构的控制系统6主要包括(参见图9)主驱动模块C、副驱动模块D、输入模块E及定时模块F,其定时模块F是由控制机中的定时器实现的，通过软件设定定时器时间可以实时调节排轮姿态。由主驱动模块C的主电机提供排轮13的动力，输入模块E中的上按键I和下按键2分别控制上离合器I和下离合器2的吸合来决定前位姿电机I与后位姿电机2的输出状态。前位姿电机I调节前位姿调节机构2 ;后位姿电机2调节后位姿调节机构3。定时模块F是底盘机构在自动模式下通过对离合器I和离合器2的定时来实时调节排轮的位姿。本发明底盘机构运行模式下的控制系统流程(参见图10)，采用面向数字的信号处理方式，并通过自主设计控制软件得以实现。具体步骤如下:步骤1:系统初始化并执行步骤2 ；步骤2:楼梯参数的初始化设置，并执行步骤3 ；步骤3:检测按键是否正常，如果正常则执行步骤4，否则执行步骤5 ；步骤4:检测上离合器I是否需要吸合，如果是则执行步骤6，否则执行步骤7 ；步骤5:系统暂停并报警，进行故障排除；步骤6:手动控制上离合器I的吸合，通过定时器来控制上离合器I的吸合时间，并执行步骤7 ；步骤7:检测下离合器2是否需要吸合，如果是则执行步骤8，否则执行步骤9 ；步骤8:手动控制下离合器2的吸合，通过定时器来控制下离合器2的吸合时间，并执行步骤9;步骤9:驱动主电机 转动，并执行步骤10 ；步骤10:检测排轮倾角是否满意，并执行步骤11，否则执行步骤4 ；步骤11:系统停止。依据说明书及其附图所述，本领域技术人员容易给出控制流程的软件具体内容。本发明未述及之处适用于现有技术。
权利要求
1.一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。
2.根据权利要求1所述的轮腿复合式轮椅底盘机构，其特征在于所述的排轮架与蜗轮蜗杆减速器机构连接；蜗轮蜗杆减速器机构包括传动齿轮、蜗轮和蜗杆以及传动齿轮和轴；蜗轮蜗杆减速器机构的传动齿轮与所述下齿轮的啮合来给排轮传动机构传递动力。
3.根据权利要求1所述的轮腿复合式轮椅底盘机构，其特征在于所述的五杆机构有三种工作模式:第一:仅前曲柄单独驱动，而后曲柄静止不动，构成一种四杆机构；第二:仅后曲柄单独驱动 ，而前曲柄静止不动，构成另一种四杆机构；第三:前曲柄与后曲柄同时驱动，构成五杆机构。
全文摘要
本发明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。
文档编号A61G5/10GK103230324SQ201310165519
公开日2013年8月7日 申请日期2013年5月8日 优先权日2013年5月8日
发明者曹东兴, 毛建辉, 单亚楠, 曹帅, 常宏 申请人:河北工业大学