专利名称：履带式自平衡载人车装置及其越障的方法
技术领域：
本发明涉及运输车辆，特别涉及载人车辆攀越障碍的方法以及履带式自平衡载人车辆。
背景技术：
目前载人车辆一般都是采用驾驶者面对障碍爬越，这种越障方式，势必造成人体的后仰，人体重心也非常容易超出车本身可以支撑的范围，尤其是对于小型载人车来说，更是这样。例如中国专利号02214861.2的《自平衡式电动轮椅》，该专利虽然设置了平衡装置以及辅助轮装置，但是，仍然不能改变重心降低和后移的问题，也无法保持整个轮椅的平衡；而且，行走部分采用轮子，也不利于越障时的平稳和平衡。也有将行走部分采用履带式的，例如中国专利号02232694.4的《无障代步轮椅》，这个专利虽然行走部采用的是履带式的，但是，其对于重心偏移问题仍然没有提出有效的方案，在越障过程中，人体必然会出现前冲或后仰的问题，影响舒适性，甚至发生安全事故等。从上述的两个专利来看，都没有很好地解决越障过程中的车体和人体的平衡问题，特别是存在着共同的缺陷，在越障过程中重心太高和向后偏移，所以，如何能协调解决好越障过程中的重心偏移以及整个车体和人体的平衡问题，更加有利于越障，成为必须面对的技术问题。
发明内容
本发明提出一种履带式自平衡载人车装置及其越障的方法，采用背向爬坡和登楼梯的方式，结合履带式自平衡车辆以及爬坡和登楼梯过程中降低整个车体和人体重心的方法，可以使重心尽量向下并主动向爬坡和登楼梯端移动，加强爬坡和登楼梯时行走部分的粘着力，更加有益于爬坡和登楼梯，解决现有技术中车体和人体平衡不好以及重心太高，不利于越障以及安全性较差的技术问题。
本发明解决上述技术问题的方案是采用这样一种履带式载人车自平衡越障的方法，这种方法包括A.该履带式载人车由后端开始爬坡和登楼梯，采用人体背向爬坡和登楼梯；B.载人的座椅通过自动调整机构固定在履带式载人车的车架上，在爬坡和登楼梯时依靠其自重及人体重量使座椅始终保持水平状态；C.履带式载人车靠近后端的支杆上设置伸缩调整装置，在爬坡和登楼梯阶段，通过手动或电动控制，缩短该支架的长度，并且使支架向后端倾斜。
本方案采用背向爬坡和登楼梯的方式，当爬坡和登楼梯时，如果是人体面对台阶或斜坡，势必造成人体的后仰，以及重心向下坡端后移，当超出车体支撑范围时，就会造成翻车，如果采取座椅自平衡装置，虽然不会造成人体后仰，但是，人体的重心还是会后移，一样不利于爬坡和登楼梯；同时，乘客面向上坡即使设法移动和降低重心，也无法解决腿的伸屈问题因此很别扭。
而采用背向爬坡和登楼梯的方式，并且采用座椅自平衡装置，这样人体的重心比面向爬坡和登楼梯方式向下坡方向的偏移要少一些，有更多的重量压在爬坡和登楼梯端，提高了行走部份对地面的抓力，有利于爬坡和登楼梯；而且座椅始终保持水平状态。另外，本发明还在座椅支架靠近后端的支杆上加设伸缩调整装置，当爬坡和登楼梯的时候，缩短该支杆的长度，可降低座椅的高度，同时使人体向上坡端倾斜，进一步降低了重心，人体的重量更加靠近上坡端，更加有利于履带式载人车的稳定，同样有利于爬坡和登楼梯，同时，乘客的腿也可以顺势伸出，符合人体工程学；下楼时相反，乘客正面向前，重心靠后，腿可前伸。
对于车辆的设计同样有这方面的考虑，本发明在车辆的设计上要求该履带式载人车的动力传动部分位置位于该车中心靠近后端，整车的重心尽量向后偏移。为了便于爬坡和登楼梯，该履带式载人车履带的主动轮设置于该车后端的斜上方，该主动轮与相邻负重轮的切线角度在30°～45°之间，主动轮中心距地面高度在150-250mm之间。
本发明设计的一种采用权利要求所述方法的履带式自平衡载人车装置，包括车架，固定于车架上的动力装置和与其连接的传动装置，连接传动装置的行走履带，还包括连接车架上的悬吊式座椅以及操控该载人车装置的操纵机构；所述行走履带的主动轮设置于座椅靠背一侧，该主动轮位于相邻负重轮的斜上方，上述两轮之间切线与地面的夹角为30°～45°之间；所述主动轮中心距地面高度为在150-250mm之间；所述座椅与车架之间通过重心自动调节装置连接。本载人车的主动轮设在座椅靠背的后侧，爬坡和登楼梯时采用倒退的方式，且主动轮与地面形成一定的夹角，便于攀登台阶。建筑规范中规定，住宅楼梯的踏步部分不少于260mm，高度不大于175mm，本发明设计的主动轮距地面高度为150～250mm之间，主要是使主动轮可以直接接触楼梯的边缘，有利于攀爬楼梯。本发明载人车的座椅可自动调节平衡，当爬坡和登楼梯的时候，该座椅始终保持水平状态。
所述车架包括连接行走履带，用于承载动力装置和传动装置的主车架，对应铰接主车架前、后端，用于支撑座椅的前支架和后支架，所述后支架上设有伸缩机构，该伸缩机构的一端铰接主车架，另一端连接后支架。本方案设计的伸缩机构是为了在爬坡和登楼梯的过程中，降低人体的重心，当车辆爬坡和登楼梯时，缩短后支架的长度，使座椅向后向下调整降低高度，一是可以使人体更加贴近地面，降低重心，保证乘坐者的安全，另外，从物理学角度来说，也可以使支架向爬坡和登楼梯端倾斜，人体重心也随之移动，加大爬坡、登楼梯或跨越沟坎时行走部分与地面的接触压力，不但有利于保持车体的平衡，而且也防止爬坡和登楼梯过程中行走部分打滑。
本发明上述自平衡装置具有自动保持座椅水平状态的功能，所述自平衡装置包括座椅扶手处的支点，该支点是前支架和后支架的连接点，使座椅处于悬吊状态；该装置还包括固定于座椅两侧的固定板，该固定板开有圆弧形的长条孔，所述前支架上有向座椅突出的销柱，所述销柱，嵌于长条孔内，并在该长条孔内滑动，该销柱上还附有闭锁开关，当车体倾斜时，松开闭锁，座椅在自重和人体的重力作用下，沿圆弧形长条孔自动调整角度，始终保持水平位置；在正常行驶时，可以闭锁销柱，使座椅与支架相对固定。
本发明具有调节重心高度和位置的功能，可以采用多种方案；第一种方案是手动调整所述后支架上设有伸缩机构，当车辆采用背向上楼方式爬坡和登楼梯时，调整该伸缩机构，令后支架缩短，降低座椅的高度，从而令重心向后向下移动；另一种方案是采用电动调整替代手动调整；以上方法都可以达到使人体更加贴近地面，降低重心，乘员的腿可以前伸的目的，保证乘坐者的安全和舒适，不但有利于保持车体的平衡，而且也防止爬坡和登楼梯过程中行走部分打滑。
根据民用建筑规范，楼道宽度不小于1000mm。所以本发明采用履带式行进方式，车全长小于800mm，宽度小于600mm，因此可以解决在狭窄楼道转弯难题。当需要转弯时，只要一侧履带运动，另一侧履带不动，就可以实现原地转弯。
本发明采用上述的技术方案，可以使这种新型的载人车辆具有越障能力强，乘坐舒适，安全性高的特点。
图1是本发明所述履带式自平衡载人车装置的立体示意图。
图2是采用圆弧孔式重心自动调节装置的局部示意图。
图3是采用悬吊式重心自动调节装置的局部示意图。
图4是本发明传动系统示意图。
图5是本发明伸缩机构14和限位装置15的局部示意图。
图6是本发明中行走履带40的剖面示意图。
具体实施例方式
结合上述
本发明中各实施例。
一种履带式载人车自平衡越障的方法，这种方法包括A.该履带式载人车由后端开始爬坡、登楼梯或跨越沟坎；
B.载人的座椅通过自动调整机构固定在履带式载人车的车架上，在爬坡和登楼梯时依靠其自重及人体重量使人处于平衡状态；C.履带式载人车靠近后端的车架杆上设置伸缩装置，在爬坡、登楼梯或跨越沟坎阶段，通过人工控制，缩短该支架的长度，并且使支架向后端倾斜。
该履带式载人车履带的主动轮设置于该车后端的斜上方，该主动轮与相邻负重轮的切线角度在30°～45°之间，偏重于主动轮中心距地面高度在150～250mm之间；该履带式载人车的动力传动部分的位置向该车中心的靠近后端一侧偏移。
由图1中可看出，这种履带式自平衡载人车装置，包括车架10，固定于车架10上的动力装置20和与其连接的传动装置30，连接传动装置30的行走履带40，还包括连接车架10上的座椅50以及操控该载人车装置的操纵机构70；所述行走履带40的主动轮41设置于座椅50靠背一侧，该主动轮41位于相邻负重轮43的斜上方，上述两轮之间切线与地面的夹度为30°～45°之间；所述主动轮41中心距地面高度为在150-250mm之间；所述座椅50与车架10之间通过重心自动调节装置60连接。本载人车的主动轮41设在座椅50靠背的一侧，爬坡和登楼梯时采用背向行进方式，且主动轮41与地面形成一定的夹角，便于攀登台阶。建筑规范中规定，住宅楼梯的踏步部分不少于260mm，高度不大于175mm，本发明设计的主动轮41距地面高度为150-250mm之间，主要是使主动轮41可以直接接触楼梯的边缘，有利于攀爬楼梯。本发明载人车的座椅50为自动调节平衡的，当爬坡和登楼梯的时候，该座椅50始终保持水平状态，使人体保持平衡状态。
当载人车爬坡和登楼梯时，如果是人体面对台阶或斜坡，势必造成人体的后仰，以及重心的后移，当超出车体支撑范围时，就会造成翻车；如果采取座椅自平衡装置，虽然不会造成人体后仰，但是，人体的重心仍然偏高偏后，一样存在安全隐患，同时乘员的腿需要蜷曲。而本方案采用背向爬坡和登楼梯的方式，并采用座椅自平衡装置和在座椅支架靠近后端的支杆上加设伸缩装置，当爬坡和登楼梯的时候，相应缩短该支杆的长度，从而使座椅的重心向下向上坡方向偏移，同时使座椅始终保持水平状态，令乘员舒适，由于载人车的整体重心(含乘员)比面向爬坡和登楼梯方式更低更倾向上坡方向，因此更稳定更安全，有更多的重量压在爬坡和登楼梯端，提高了行走部分对地面的抓力，有利于爬坡和登楼梯。另外，乘员的腿可以向下坡方伸出，符合人体工程学原理。
如图1和图5中所示，所述车架10包括连接行走履带40，用于承载动力装置20和传动装置30的主车架11，对应铰接主车架11前、后端，用于支撑座椅50的前支架12和后支架13，所述后支架13上设有伸缩机构14，该伸缩机构14的一端铰接主车架11，另一端与前支架12铰接。所述后支架13上还设置有限制伸缩机构14升降位置的限位装置15，该限位装置15的限位机构151设置在伸缩机构14的固定件n上，并限制伸缩机构14活动件m的移动，该限位装置15的控制端152设置于座椅50的扶手51上。本方案设计的伸缩机构14是为了在爬坡和登楼梯的过程中，降低人体的重心，当车辆爬坡和登楼梯时，该伸缩机构14缩短，降低后支架13的高度，一是可以使人体更加贴近行走部分，降低重心，保证乘坐者的安全，另外，从物理学角度来说，也可以使支架向爬坡和登楼梯端倾斜，整体重心前移，加大爬坡和登楼梯端行走部分与地面的接触压力，不但有利于保持车体的平衡，而且也防止爬坡和登楼梯的过程行走部分打滑。当车体恢复水平行走时，伸缩机构14的伸缩恢复功能促使后支架13升高，座椅50返回到正常位置，这样可以使乘坐者比较舒适，也比较利于观察，伸缩机构14上的孔k，其目的是排出伸缩机构14里的空气，同时利用该孔的阻尼作用，减缓伸缩机构14的升降速度，防止快起快落。限位装置15主要是起到控制伸缩机构14的作用，当需要下降时，释放该限位装置15，伸缩机构14可以自由升降。当需要固定是，控制该限位装置15动作，卡住伸缩机构14的活动件，伸缩机构14被固定。这种限位装置15可以采用在伸缩机构14的活动件上设凹槽，限位装置15的卡块嵌入这个凹槽中实现限制其活动的目的，控制装置可以采用自行车上使用的拉线；也可以采用电动调整方式。
如图1至图3中所示，本发明中重心自动调节装置包括两种方案，其一所述重心自动调节装置60包括固定于座椅50两侧的固定板61，该固定板61开有圆弧形的长条孔62，所述前支架12和后支架13上分别有向座椅50突出的销柱63，闭锁开关64，所述销柱63，闭锁开关64嵌于长条孔62内，并在该长条孔62内滑动(如图3所示)。当车体倾斜时，座椅50在人体的重力作用下，沿圆弧形长条孔62自动调整角度，直至人体平衡为止，在这里圆弧形长条孔62与销柱63，闭锁开关64实际上构成圆弧形导轨副，可以起到自动调节重心的作用。销柱63上有机械闭锁开关64，用于在水平行进时固定座椅。
其二所述重心自动调节装置60包括铰接于座椅扶手50上的支点架65，该支点架65与是前支架12和后支架13之间的连接点铰接点(如图4所示)，使座椅处于悬吊状态，由座椅50自动摆动到水平位置。
如图4中所示，所述传动装置30中还包括有两个离合器31，上述两个离合器31分别连接行走履带40的两个主动轮41，该两个离合器31的控制器设置于座椅50的扶手51上。履带式车辆都是采用一侧行走，另外一侧不动的方式转弯，所以，本发明在传动系统中分别设置了两个离合器31，由此控制车辆的转弯。也可以采用全电子控制方式，集中控制两个电动机驱动左右履带，从而替代机械式离合器。
如图6中所示，所述行走履带40中的履带42包括内部的刚性骨架422以及外包的橡胶带423，履带42外表面横向设置有凸起的条形齿421，该条形齿421断面形状中至少在一个边与履带42外表面的夹角不大于90°。刚性骨架422主要是为了加强履带42的抗拉强度，防止履带42拉伸延长，横向凸起的条形齿421主要是为了加强抓地力度，特别是在爬坡和登楼梯的时候，条形齿421还可以起到挂住阶梯边缘，使车辆能够顺利完成越障的任务。
权利要求
1.一种履带式载人车自平衡越障的方法，其特征在于这种方法包括A.该履带式载人车由后端开始爬坡；B.载人的座椅通过自动调整机构固定在履带式载人车的支架上，在爬坡时或正常行进时依靠其自重及人体重量始终处于水平状态；C.履带式载人车靠近后端的支杆上设置调节长度装置，在爬坡阶段，通过人工控制，缩短该支架的长度，并且使支架向后端倾斜。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于该履带式载人车履带的主动轮设置于该车后端的斜上方，该主动轮与相邻负重轮的切线角度在30°～45°之间，主动轮中心距地面高度在150-250mm之间。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于该履带式载人车的动力传动部分的位置向该车中心的靠近后端一侧偏移。
4.一种采用权利要求1所述方法的履带式自平衡载人车装置，包括车架(10)，固定于车架(10)上的动力装置(20)和与其连接的传动装置(30)，连接传动装置(30)的行走履带(40)，还包括连接车架(10)上的座椅(50)以及操控该载人车装置的操纵机构(70)；其特征在于所述行走履带(40)的主动轮(41)设置于座椅(50)靠背后侧，该主动轮(41)位于相邻负重轮(43)的斜上方，上述两轮之间切线与地面的夹角为30°～45°之间；所述主动轮(41)中心距地面高度为在150-250mm之间；所述座椅(50)与车架(10)之间通过重心自动调节装置(60)连接。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于所述车架(10)包括连接行走履带(40)，用于承载动力装置(20)和传动装置(30)的主车架(11)，对应铰接主车架(11)前、后端，用于支撑座椅(50)的前支架(12)和后支架(13)，所述后支架(13)上设有伸缩升降机构(14)，该升降机构(14)的一端铰接主车架(11)，另一端与前支架(12)铰接。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于所述重心自动调节装置(60)包括固定于座椅(50)两侧的固定板(61)，该固定板(61)开有圆弧形的长条孔(62)，所述前支架(12)和后支架(13)上分别有向座椅(50)突出的销柱(63)，所述销柱(63)嵌于长条孔(62)内，并在该长条孔(62)内滑动，所述销柱(63)的端部设置有可固定座椅(50)的闭锁开关(64)。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于所述重心自动调节装置(60)包括铰接于座椅(50)上的支架(65)，该支架(65)与前支架(12)和后支架(13)之间的连接点铰接。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于所述后支架(13)上还设置有限制升降机构(14)升降位置的限位装置(15)，该限位装置(15)的限位机构(151)设置在升降机构(14)的固定件上，并限制升降机构(14)活动件的移动，该限位装置(15)的控制端(152)设置于座椅(50)的扶手(51)上。
9.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于所述传动装置(30)中还包括有两个离合器(31)，上述两个离合器(31)分别连接行走履带(40)的两个主动轮(41)，该两个离合器(31)的控制器设置于座椅(50)的扶手(51)上。
10.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于所述行走履带(40)中的履带(42)包括内部的刚性骨架(422)以及外包的橡胶带(423)，履带(42)外表面横向设置有凸起的条形齿(421)，该条形齿(421)断面形状中至少在一个边与履带(42)外表面的夹角不大于90°。
全文摘要
一种履带式自平衡载人车装置及其越障的方法，包括车架(10)、动力装置(20)、传动装置(30)、行走履带(40)、座椅(50)以及操纵机构(70)；所述行走履带(40)的主动轮(41)设置于座椅(50)靠背后侧，该主动轮(41)位于相邻负重轮(43)的斜上方，所述座椅(50)与车架(10)之间通过重心自动调节装置(60)连接。该履带式载人车采用人体背向爬坡和登楼梯；并且采用座椅自平衡装置，这样人体的重心向后端偏移，并将重量压在爬坡和登楼梯端，提高了行走部份对地面的抓力；而且座椅始终保持水平状态。本发明采用上述的技术方案，可以使这种新型的载人车辆具有越障能力强，乘坐舒适，安全性高的特点。
文档编号A61G5/00GK101066686SQ20071007442
公开日2007年11月7日 申请日期2007年5月8日 优先权日2007年5月8日
发明者黄鲁生 申请人:黄鲁生