专利名称：上下楼梯的手推车的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于搬运重物上下楼梯的助力式爬梯车，该爬梯车采用
"簇形"、"X形"、"Y形"、"星形"或"轮上轮"组件。
背景技术：
采用"星形轮"、"簇形轮"或"轮上轮"机构用来爬楼梯的装置是公知 的。存在多种爬楼梯车辆设计，这些设计利用受驱动旋转的多臂式轮支撑星 形轮来将位于臂端部附近的旋转支撑轮相继地置于例如一段楼梯的轮支撑 表面上。这些装置利用紧固在辐条端部处的小的、自由旋转的轮，所有这些 辐条作为刚性组件而一起旋转。PCT专利申请No. W08600587A1描述了一种利 用旋转星形轮的爬楼手推车。
在下楼梯时采用各种制动机构的这样一些装置是已知的。美国专利 4，109，740描述了一种手推车，其包括机械传感器，用以检测推车何时要下 台阶，并施加机械互连的制动。加拿大专利877，732描述了采用电动马达用 来制动。
然而现有技术却不能解决在爬下台阶的过程中容易在较浅梯级的台阶 上发生的重要安全问题。在爬下台阶时，星形轮组件在下楼梯方向连续旋转， 从而以受控方式将星形轮中的各个轮相继地置于每个较低台阶梯级上。然 而，如果组件的下倾斜轮不能正确地按住较低梯级的内侧角部，则星形轮在 下降过程中会意外反向旋转。在这一情形下，重量将不会正确地移到下倾斜 轮上，使得下倾斜轮向前滚动，而不是保持成以枢转的形式锚固在较低台阶 梯级的内侧角部上。这会导致该单元下落到较低台阶梯级上，从而中断了平 稳且受控的下降，从而潜在带来破坏。
现有技术试图通过改变星形轮组件的几何结构来解决这一与下降相关 的问题，提出使用构造为具有适于典型高度台阶的预定尺寸的四轮星形轮组 件来替代三轮星形轮组件。如此构造的、具有预定尺寸的四轮星形轮在典型的台阶上避免了上述问题，这是因为其中心枢转位置位于下倾斜轮的枢转中 心前方。然而，在其几何设计界限之外的相对低的台阶上，即使是如此适当 设定尺寸的四轮星形轮也会遇到前述问题。
本发明提供一种装置，该装置能响应于星形轮的绝对旋转角度而在爬下 楼梯的过程中向星形轮组件施加交替的沿爬下和爬上方向的转矩，以确保前 轮正确地按住较低台阶的内侧角部，从而消除意外向后旋转的可能性，而不 用为了适应于任何特定的阶梯高度对星形轮的几何形状或尺寸施加任何限 制。因此，获得了如下的优点，允许包括三轮结构在内的任何星形轮结构都 能正确地爬下任何梯级高度的台阶。
发明内容
简言之，本发明包括一种固定至拖运设备的驱动轴端部的星形轮组件， 该星形轮组件包括布置成等边三角形形式的三个半径相等的轮子。所述星形 轮组件由联接到主驱动轴上的马达在两个方向上驱动。接收到来自一传感器 的输入后，通过诸如微处理器的控制单元在爬上和爬下方向上驱动该马达， 该传感器安装在所述星形轮和所述拖运设备之间，测量所述星形轮的旋转的 绝对角度。
以下将参照附图更加详细地描述本发明。
图l为所述装置的立体图。
图2A至图2F非常概略地示出了图1所示的装置施行爬下楼梯的连续
步骤o
图3示出了图1所示的装置位于陡峭楼梯的示意性侧视图。 图4为图1所示的装置的操作流程图。
图5示出了图1所示的装置以两触点结构水平横动的侧视图。 图6示出了所述装置的具有支撑架的可选实施方式的侧视图。
具体实施例方式
以下将更加详细地说明本发明的优选实施方式，其一个实施例在附图中示出。在可能的情况下，在全部附图和描述中采用相同的附图标记来指代相 同或类似的部件。
先参照图1，该手推运货车装置包括拖运框架22，该拖运框架包括一贯 通延伸(through-going)的轴24。在所述轴的两端对称布置有星形轮组件， 所述星形轮组件包括保持装置26，自由旋转的轮子28A-28C以星状布置附 连到该保持装置上。两个星形轮组件中只有一个标有附图标记。齿轮传动马 达30固定到轴24和框架22上，从而可施加旋转力矩以使得星形轮组件在 两个方向上沿着平行于轴24的轴线旋转，而框架22保持固定。角度传感器 32对框架22和星形轮组件26之间形成的角度进行测量。使用者把手34位 于框架22的顶端，而承载突出部36在星形轮组件上方附连到框架22上。
为了在水平表面和楼梯上操作所述单元，通过使用者抓握把手34使框 架22相对于水平面倾斜一预定角度，如图2A所示。放置在承载突出部36 上的重物在星形轮组件26的中心产生向下的力f。为了示出下降期间星形轮 的取向，在图2A至图2F中分别标出成三角形地对称的轮子28A至28C。 如图2A所示，该单元开始位于上梯级上接近下梯级38。接着，前轮28A滚 过较高楼梯的角部，使得星形轮组件26绕其中心旋转，直到轮子28A与下 梯级38接触为止。如图2B所示，从下梯级38的内侧角部到星形轮组件26 的旋转中心的水平距离S小于从轮子28A的中心到下梯级38的内侧角部的 水平距离A ，从而力f绕星形轮组件26产生顺时针方向的力矩。由于3<入， 从而重量还没有适当移成使得星形轮组件26绕前轮28A的中心在下爬的方 向上枢转。相反，轮子28A如图2E所示向前滚动，从而使得轮子28C突然 下降到下梯级38上，而且星形轮组件向后转动，如图2F所示。
为了避免这一情形，在6<1的情况下，即在星形轮组件26的中心在水 平方向上不位于轮子28A的中心枢转点的左面的情况下，通过齿轮传动马达 施加前向力矩Tf。因为框架22相对于水平方向保持在恒定的倾斜程度，而
且角度传感器32测量框架22和星形轮组件26之间形成的角度，框架22通 过传递特性而有效地量度星形轮组件26相对于水平面的取向。角度传感器 32从而能验证条件S <入何时成立。在施加t f时，星形轮组件26绕轮子28A 的中心点逆时针旋转，直到如图2(:所示5>^为止。在条件5>1成立时， 力f产生绕轮子28A逆时针方向的力矩，使得星形轮组件26的旋转方向得以继续。然后施加顺时针方向的反向力矩、，以降低星形轮组件26绕轮子 28A的中心的旋转速度。反向转矩一直施加到星形轮组件26达到如图2D所 示的平直取向为止。平直取向由角度传感器32验证。轮子28A保持抵靠梯 级38，而轮子28B位于搁在较低梯级上的轮子28A前方，而在图2F所示的 力图要避免的另一情况下，在轮子28B还未触地时轮子28C就已下降到抵 靠梯级38。在完成120。旋转后，单元再次处于图2A所示的初始取向，为按 照与上述相似的方式在平地上行进或下另一楼梯做好准备。
如图3所示，可能会遇到这样的较高楼梯梯级，即其中梯级高度x、从 星形轮组件26的中心到每个轮子的中心的距离a、以及轮子直径b满足以下 关系x〉b+a+Ka—b，或更加简单地，满足x>3/2*a。在此情况下，由于 避免了条件3>入，从而在下降时无需施加向前的转矩Tf。图4以流程图示 出了所述单元的上述操作。
优选实施方式的一个优点在于，齿轮传动马达30可使星形轮组件连续 旋转直到达到了其中轮子28A至28C中的至少两个轮子抵靠一表面的预定 位置为止。在诸如图2C所示的其中仅有一个轮子保持抵靠一表面的不稳定 位置下，如果使用者释放在上升或下降过程中指示要停在楼梯中间的接合开 关，微处理器将使逆时针方向的旋转继续进行直到达到图2D所示的取向为 止，此时马达向星形轮施加顺时针方向的额定转矩，从而将星形轮锁定在所 达到的位置。
上楼梯时车辆的各个步骤参见相反次序的图2D至图2A。参照图2C所 示的星形轮取向，如果使用者决定松开触发装置以上楼梯，则单元将适当地 继续顺时针方向旋转，直到前轮28C如图2B所示搁到较高梯级表面为止， 之后马达如前所述通过施加顺时针方向的额定转矩而将单元锁定在所达到 的位置。这样，如图2B和图2D所示的两个单独取向可提供稳定的锁定位 置，即其中三个轮子中的两个轮子保持抵靠楼梯表面。
星形轮可采用可选的锁定机构，例如闩锁、手闸、机械离合器或电子制 动器，从而在单元如图1所示通过三个轮子中的两个轮子搁置在地面上而搁 在水平表面上时星形轮不能相对于框架22旋转。 一旦使框架22倾斜以沿着 水平表面横动，则星形轮组件和框架作为一个固定单元倾斜，从而使得所述 轮子中仅有两个轮子接触地面，而不是图5所示的四个。从而极大地减小了单元的转动半径，从而能转过陡峭的角部。从而可在上升或下降之前解除锁
定机构，以使星形轮可如图2A所示自由旋转。 优点
因此，本发明的目的在于提供一种装置来施加爬下转矩，以确保拖运设 备的前轮正确地按住较低梯级的内侧角部，从而确保了正确的下降。此外，
本发明的若干目的和优点在于
a) 提供一种通过利用施加转矩的装置施加爬上取向的转矩而使得所述 星形轮组件制动的装置；
b) 使得可利用所述施加转矩的装置在爬上和爬下楼梯台阶中间的过程 中将星形轮锁定至相对于框架的预定取向下。
c) 使得可在沿着水平平面横动时相对于所述框架锁定所述星形轮，以 减少地面接触量，从而提供了机动性。
尽管已经参照本发明的优选实施方式描述了本发明，但是本领域技术人 员应意识到，在整体上不偏离本发明的精神和范围的情况下，可对本发明的 结构和元件作出变更。
可选实施方式
拖运框架可具有不同的形式，例如具有类似载重能力的婴儿车或袋式推 车，其具有位于承载突出部36的端部附近的另外一组支撑轮以便于水平横 动。可将另外一组轮附连到可从框架22摆出的支撑架40上，从而便于水平 横动，如图6所示。该单元可配置有与微处理器交互作用从而调节马达输出 以适于变载荷的载荷量器。
应理解的是，上述实施方式仅仅示出了几个能代表本发明应用原理的可 行具体实施方式
。在不偏离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员 能根据这些原理而容易地设计出多种其他的不同设置。
权利要求
1. 一种拖运设备，其特征在于，该拖运设备包括使用者把手，其位于拖运设备的上端；中央驱动轴，其连接到拖运设备的下端；对称布置的星形轮组件，其连接到所述驱动轴的相对端部；角度传感器，其安装在所述驱动轴和拖运设备之间，测量所述星形轮组件和拖运设备之间的绝对旋转角度；以及用于响应于所述角度传感器而在爬下楼梯的过程中向所述星形轮组件施加旋转力矩的装置。
2. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，用于施加旋转力矩的所 述装置在爬下楼梯的过程中沿着爬上方向向所述星形轮施加转矩，以在所述 角度传感器验证到所述星形轮组件的下倾斜轮按住较低台阶的下内侧角部 后提供一个制动力。
3. 根据权利要求2所述的设备，其特征在于，用于施加旋转力矩的所述装置在爬下楼梯的过程中沿着爬下方向向所述星形轮施加转矩，直到所述 角度传感器验证所述星形轮组件的下倾斜轮已经按住所述较低台阶的下内 侧角部为止。
4. 根据权利要求1所述的设备，其特征在于，用于施加旋转力矩的所 述装置可将所述星形轮组件锁定在预定角度。
5. 根据权利要求3所述的设备，其特征在于，用于制动的所述装置可将所述星形轮组件锁定在预定角度。
6. 根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述星形轮组件包括布 置成等边三角形形式的三个半径相等的轮子。
7. 根据权利要求5所述的设备，其特征在于， 一闩锁机构可将所述星 形轮相对于所述框架任意锁定，以使得能在每个星形轮组件的所述三个轮子 中的仅仅一个轮子上进行水平横动。
8. 根据权利要求6所述的设备，其特征在于， 一闩锁机构可将所述星 形轮相对于所述框架任意锁定，以使得能在每个星形轮组件的所述三个轮子 中的仅仅一个轮子上进行水平横动。
全文摘要
一种包括用于上下楼梯的助力星形轮组件的拖运设备，其能通过响应于星形轮组件和较低楼梯梯级之间形成的角度而沿着爬下和爬上方向向星形轮组件交替施加转矩，从而避免在沿着较浅楼梯下降时可能产生的意外向后转动的危险。这确保了所述单元不会突然下降到低梯级梯面上，这种情况是在下倾斜轮没有首先按住较低梯级的内侧就向前滚动所导致的。转矩施加装置还可以在爬上和爬下过程中将所述星形轮组件锁定在任意的固定取向下，以使得星形轮组件在停于台阶中间之前实现安全取向，从而提高了安全性。
文档编号B62B5/02GK101432181SQ200680054472
公开日2009年5月13日 申请日期2006年3月6日 优先权日2006年3月6日
发明者史提芬·加马拉, 米高·杨 申请人:斯甘有限责任公司