可自动翻越台阶的轮椅的制作方法

本实用新型涉及残障人士的生活使用工具，具体为一种可自动翻越台阶的轮椅。

背景技术：

目前，市场上大多数电动轮椅只能够在平地行走或者必须在有人辅助的情况下才能翻越障碍物，带来诸多不便。

技术实现要素：

本实用新型的目的是设计一款可自动翻越台阶的电动轮椅，主要应用于各种下肢行动不便的残障人士使用的电动轮椅，可以在无人辅助的情况下轻松翻越台阶，并且能随意转弯行走，大大降低残障人士对家人的陪护依赖。

本实用新型是采用如下技术方案实现的：

一种可自动翻越台阶的轮椅，包括轮椅座，所述轮椅座安装轮椅腿。

所述轮椅腿内安装翻转传动空心轴，所述翻转传动空心轴的上端安装第二翻转伞齿轮、下端安装第三翻转伞齿轮；所述翻转传动空心轴内定位套装有行走动力传动轴，所述行走动力传动轴的上端安装第二行走伞齿轮、下端安装第三行走伞齿轮；所述第二行走伞齿轮与安装于行走动力输出轴端部的第一行走伞齿轮啮合，所述行走动力输出轴定位安装于翻转输出空心轴内，所述翻转输出空心轴一端安装第一翻转伞齿轮、另一端安装翻转直齿轮，所述第一翻转伞齿轮与第二翻转伞齿轮啮合的，所述翻转直齿轮与翻转动力输出齿轮啮合；所述行走动力输出轴和翻转动力输出齿轮均由安装于座椅上的电机通过变速控制器驱动。

所述第三行走伞齿轮与第四行走伞齿轮啮合，所述第四行走伞齿轮安装于主链轮轴上，所述主链轮轴一端支撑安装于轮椅腿内壁、另一端支撑安装于车轮主架内壁；所述车轮主架一侧安装第四翻转伞齿轮，所述第四翻转伞齿轮套装于主链轮轴上、且与第三翻转伞齿轮啮合；所述车轮主架内对称安装两根车轮轴，所述车轮轴中部固定安装车轮链轮、其端部安装车轮；所述主链轮轴另一端固定安装主链轮，所述主链轮通过链条与两个车轮链轮连接驱动。

工作时，进入滚动行走模式主要应用在平地行走，其所有轮子都处于自动滚动行走状态。工作原理是，电机通过行走动力输出轴输出动力，依次通过第一、二、三、四行走伞齿轮及行走动力传动轴，驱动主链轮轴及主链轮转动，通过链条传动，同时驱动两个车轮链轮转动，则驱动车轮主架上的两个车轮滚动前行。

当遇到单个台阶等单层障碍时，进入翻转模式，电机通过翻转动力输出齿轮输出动力，驱动翻转直齿轮转动，依次通过第一、二、三翻转伞齿轮及翻转传动空心轴，驱动第四翻转伞齿轮转动，进而驱动车轮主架整体翻转，则带动位于后面的车轮越过前面的车轮，到达台阶上，顺利翻过单层障碍物，如图5所示的4个过程。

进一步的，轮椅的转向结构如下：位于轮椅腿内的第四翻转伞齿轮内安装双面滑动轴承，所述双面滑动轴承通过双面轴承固定支架固定安装于轮椅腿内壁；所述双面滑动轴承通过连接销与位于车轮主架内的转向圆盘固连，所述转向圆盘外对称安装两个转向楔形杠杆，所述转向楔形杠杆通过固定轴支撑安装于车轮主架内；所述转向楔形杠杆的内凹端贴合转向圆盘、且外凸端贴合转向拉杆的内凹部，所述转向拉杆穿出车轮主架后与车轮副架铰接；所述转向圆盘通过连接销连接两根转向杆，所述转向杆穿过双面滑动轴承后通过连杆铰接；其中一根转向杆通过拨杆驱动；所述转向圆盘和双面滑动轴承均套装在主链轮轴上；所述车轮轴通过联动万向节连接轴承盖，所述轴承盖固连车轮，所述车轮通过轴承安装在车轮副架上，所述车轮副架通过销轴安装于车轮主架上。

当需要转向时，拨动其中一根转向杆移动，在连杆机构原理下，另一根转向杆则反向运动，带动转向圆盘发生左右扭动偏转，在转向楔形杠杆的作用下，转向圆盘两侧的两根转向拉杆也是运动方向相反，拉动各自的车轮副架沿其车轮主架旋转，导致两个车轮同时发生同向转动，完成转弯功能。转向的同时，车轮轴通过万向节通过轴承盖带动车轮转动，车轮转动的同时不影响车轮的转向。

轮椅座安装一对轮椅前腿和一对轮椅后腿；所述轮椅前腿安装前轮组，所述轮椅后腿安装后轮组；优选的，所述后轮组为对称结构的前轮组，即位于左侧的第四翻转伞齿轮由第四翻转直齿伞形齿轮替换，位于右侧的第四翻转伞齿轮由第四翻转直齿轮替换，所述第四翻转直齿伞形齿轮啮合连接左侧同步耦合直齿轮，所述第四翻转直齿轮啮合连接右侧同步耦合直齿轮，所述左右侧同步耦合直齿轮位于固定安装于车轮主架内的翻转连接轴的两端；转向杆的两端则分别穿过其两侧的双面滑动轴承后与其两侧的转向圆盘铰接。后轮组和前轮组的滚动、翻转、转向模式相同，其中，转向时，两个转向圆盘和两根转向杆构成四连杆机构，其中一根转向杆移动时，两个转向圆盘同时发生左右扭动运动，带动四个车轮同时转向。

优选的，所述轮椅腿由伸缩式的内套筒和外套筒构成，所述内套筒和外套筒分别通过固定卡座与液压伸缩千斤的缸体和伸缩杆连接；所述翻转传动空心轴和行走动力传动轴均是由伸缩传动母轴、母轴套及刻有纵向键槽的伸缩传动公轴构成；所述轮椅腿的外套筒与翻转传动空心轴的伸缩传动公轴之间安装滑动轴承，所述轮椅腿的内套筒与翻转传动空心轴的伸缩传动母轴之间安装滑动轴承；所述翻转传动空心轴的伸缩传动母轴与行走动力传动轴的伸缩传动母轴定位安装，所述翻转传动空心轴的伸缩传动公轴与行走动力传动轴的伸缩传动公轴定位安装。

轮椅上下台阶时，进入混合模式，滚动和翻转、升缩并用。如图6所示，下台阶时，轮椅前腿的车轮在翻转模式下，翻越台阶，同时，轮椅前腿逐步伸长，保持轮椅座的水平。轮椅继续向下运动，当轮椅后腿进入翻转模式下台阶时，轮椅前腿伸长至轮椅座保持水平状。当轮椅前腿到达底层台阶后，进入滚动模式，此时，伸长的轮椅前腿逐步缩回，直至完全回缩后，完成下台阶过程。上台阶时，则过程相反，不在赘述。

本轮椅具有三种工作方式，（1）、滚动行走模式，主要应用在平地行走，其所有轮子都处于自动滚动行走状态，它的运动方式和一般车辆的行走方式相同。（2）、翻转模式，主要用于翻转连续台阶，轮子交替从对方上面翻越行走。（3）、混合模式，滚动和翻转并用，应用于翻越单个台阶，行走遇到单个台阶时，不要停车直接翻越台阶。轮椅前后两组轮组都是独立控制，前面轮组和后面轮组可以分别改变行走状态，相互不影响。

附图说明

图1表示轮椅俯视图。

图2表示轮椅侧视图。

图3表示伸缩式轮椅腿侧视图。

图4表示液压升缩千斤剖视图。

图5表示轮椅翻越一个台阶过程示意图。

图6表示轮椅上下台阶过程示意图。

图7表示双面滑动轴承正视图。

图8表示双面滑动轴承侧视图。

图9表示转向圆盘正视图。

图10表示转向圆盘侧视图。

图11表示双面滑动轴承和转向圆盘的装配示意图。

图12表示链条传动示意图。

图13表示轮椅腿剖视图。

图14表示轮椅腿升缩式示意图。

图15表示伸缩式行走动力传动轴示意图。

图16表示升缩式翻转传动空心轴示意图。

图17表示前轮组（单轮组前视）示意图。

图18表示后轮组（双轮组俯视）示意图。

图19表示车轮组件结构示意图。

图20表示母轴套截面示意图。

图21表示升缩传动公轴截面示意图。

图中，101-行走动力输出轴，102-行走动力传动轴，103-第一行走伞齿轮，104-第二行走伞齿轮，105-第三行走伞齿轮，106-第四行走伞齿轮，107-主链轮轴，108-主链轮，109-车轮轴，110-车轮链轮，111-链条，112-车轮，201-翻转动力输出齿轮，202-翻转直齿轮，203-翻转输出空心轴，204-翻转传动空心轴，205-第一翻转伞齿轮，206-第二翻转伞齿轮，207-第三翻转伞齿轮，208-第四翻转伞齿轮，209-车轮主架，210-第四翻转直齿伞形齿轮，211-第四翻转直齿轮，212-翻转连接轴，213-左侧同步耦合直齿轮，214-右侧同步耦合直齿轮，215-固定螺栓，301-轮椅座，302-轮椅前腿，303-轮椅后腿，304-液压伸缩千斤，305-固定卡座，306-内套筒，307-外套筒，308-伸缩传动母轴，309-母轴套，310-伸缩传动公轴，311-滑动轴承，312-缸体，313-缸体轴套，314-伸缩杆，315-注油口，316-活塞，401-双面滑动轴承，402-双面轴承固定支架，403-转向圆盘，404-连接销，405-转向楔形杠杆，406-固定轴，407-转向拉杆，408-转向杆，409-车轮副架，410-联动万向节，411-轴承，412-轴承盖，413-轴承卡圈，414-转向万向节。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细说明。

一种可自动翻越台阶的轮椅，主要由安装在四个轮椅腿上的四个可自动行走及翻转的轮子组、四个液压千斤顶和隐藏在轮椅腿中的传动装置构成。前面两条腿左右各安装由两个轮子组成的轮组，后面两条腿左右各安装由四个轮子组成的轮组。四个轮组都可以自行滚动行走和翻转运动。具体结构如下：

如图1、2所示，包括轮椅座301，所述轮椅座301安装轮椅腿。

如图13所示，轮椅腿由三层结构组成。最里面是行走传动轴102，中间是翻转空心轴204，最外面是轮椅腿，也是空心的。具体为，所述轮椅腿内安装翻转传动空心轴204，所述翻转传动空心轴204的上端安装第二翻转伞齿轮206、下端安装第三翻转伞齿轮207；所述翻转传动空心轴204内定位套装有行走动力传动轴102，所述行走动力传动轴102的上端安装第二行走伞齿轮104、下端安装第三行走伞齿轮105；所述第二行走伞齿轮104与安装于行走动力输出轴101端部的第一行走伞齿轮103啮合，所述行走动力输出轴101定位安装于翻转输出空心轴203内，所述翻转输出空心轴203一端安装第一翻转伞齿轮205、另一端安装翻转直齿轮202，所述第一翻转伞齿轮205与第二翻转伞齿轮206啮合的，所述翻转直齿轮202与翻转动力输出齿轮201啮合；所述行走动力输出轴101和翻转动力输出齿轮201均由安装于座椅上的电机通过变速控制器驱动。所述第三行走伞齿轮105与第四行走伞齿轮106啮合，所述第四行走伞齿轮106安装于主链轮轴107上，所述主链轮轴107一端支撑安装于轮椅腿内壁、另一端支撑安装于车轮主架209内壁；所述车轮主架209一侧安装第四翻转伞齿轮208，所述第四翻转伞齿轮208套装于主链轮轴107上、且与第三翻转伞齿轮207啮合；所述车轮主架209内对称安装两根车轮轴109，所述车轮轴109中部固定安装车轮链轮110、其端部安装车轮112；所述主链轮轴107另一端固定安装主链轮108，所述主链轮108通过链条111与两个车轮链轮110连接驱动。

当轮椅要在平地行走时（即滚动模式），动力由变速控制器的行走动力输出轴101输出。到达第一行走伞齿轮103、带动第二行走伞齿轮104、通过行走动力传动轴102到达第三行走伞齿轮105、带动第四行走伞齿轮106通过主链轮轴107带动主链轮109、通过链条111带动两侧的车轮链轮110，再分别通过车轮轴带动两个车轮112转动，来实现滚动模式的运行。

当轮椅需要翻转模式运行时，动力由翻转动力输出齿轮201输出，带动翻转直齿轮202，通过翻转输出空心轴203到达第一翻转伞齿轮205带动第二翻转伞齿轮206，通过翻转传动空心轴204到达第三翻转伞齿轮207，带动第四翻转伞齿轮208转动，第四翻转伞齿轮208直接带动车轮主架209整体翻转，实现翻转模式运行。

为了使轮椅腿及轴既能够传输动力又能够伸缩，在示图14中可以看出，它是由三根可伸缩轴套在一起构成，每一根轴都是有两层结构组成，都可以伸长，都是一根伸缩轴。伸缩轴均由公轴、母轴、和母轴套三部分构成，公轴的表面上通体刻有四条纵向的键槽，它的截面如图21所示，母轴的内壁光滑不刻槽，但是安装固定在母轴端头的母轴套的内壁刻有和公轴表面键槽吻合的四条键槽，如20是母轴套的截面。当把母轴套固定在母轴上时，再把公轴从母轴套一端对好键槽插入，就成了一个可以伸缩的传动轴。

如图15所示，行走动力传动轴102由母轴、母轴套及公轴构成，第二行走伞齿轮104装配于母轴端，第三行走伞齿轮105装配于公轴端。

如图16所示，翻转传动空心轴204由母轴、母轴套及公轴构成，第二翻转伞齿轮206装配于母轴端，第三翻转伞齿轮207装配于公轴端。行走动力传动轴102两端分别从翻转传动空心轴204两端的伞齿轮中心孔穿出。

如14图所示，所述轮椅腿由伸缩式的内套筒306和外套筒307构成，也是可伸缩的空心轴，只不过两头分别连接在椅座和轮组上而已。

如图14所示，所述轮椅腿的外套筒307与翻转传动空心轴204的伸缩传动公轴之间安装滑动轴承311，所述轮椅腿的内套筒306与翻转传动空心轴204的伸缩传动母轴之间安装滑动轴承311；所述翻转传动空心轴204的伸缩传动母轴与行走动力传动轴102的伸缩传动母轴定位安装，所述翻转传动空心轴204的伸缩传动公轴与行走动力传动轴102的伸缩传动公轴定位安装。

如图3所示，所述内套筒306和外套筒307分别通过固定卡座305与液压伸缩千斤304的缸体和伸缩杆连接。

经过上述改进，轮椅腿就可以在上下台阶时通过液压千斤的作用完成伸缩功能了。

为了是轮椅在行走过程中能够转弯，必须对轮组内部进行改进。

如图17所示，位于轮椅腿内的第四翻转伞齿轮208内安装双面滑动轴承401，所述双面滑动轴承401通过双面轴承固定支架402固定安装于轮椅腿内壁；所述双面滑动轴承401通过连接销404与位于车轮主架209内的转向圆盘403固连，所述转向圆盘403外对称安装两个转向楔形杠杆405，所述转向楔形杠杆405通过固定轴406支撑安装于车轮主架209内；所述转向楔形杠杆405的内凹端贴合转向圆盘403、且外凸端贴合转向拉杆407的内凹部，所述转向拉杆407穿出车轮主架209后与车轮副架409铰接；所述转向圆盘403通过连接销404连接两根转向杆408，所述转向杆408穿过双面滑动轴承401后通过连杆铰接（图中未画出）；其中一根转向杆通过拨杆驱动；所述转向圆盘403和双面滑动轴承401均套装在主链轮轴107上。

如图19所示，所述车轮轴109通过联动万向节410连接轴承盖412，所述轴承盖412固连车轮112，所述车轮112通过轴承411安装在车轮副架409上，所述轴承411和轴承盖413之间安装轴承卡圈413，所述车轮副架409通过销轴安装于车轮主架209上。

如图7所示，双面滑动轴承401上面有三个通孔，中间大孔是为了穿过主链轮轴107的，两边小孔是为了穿过两个转向拉杆407，

如图9所示，转向圆盘403的中心孔也是为了通过主链轮轴107，由于转向时它要左右扭动，所以中心孔要大一些。

如图11所示，转向圆盘403和双面滑动轴承401连接在一起。如图17所示，转向圆盘通过连接销子安装在双面滑动轴承上面，转向圆盘边缘安装有两个转向楔形杠杆，转向楔形杠杆通过固定轴安装在车轮主架上，当车轮架翻转时，转向楔形杠杆可以随着车轮架围绕转向圆盘边缘旋转。转向圆盘由于和双面滑动轴承连接也不能旋转，在示图17中可以看出转向圆盘安装在双面轴承上时只能顺一个方向扭动，在现实中，只有在平地才转弯，所以就设置成只能左右扭动。

如图1所示，所述轮椅座301安装一对轮椅前腿302和一对轮椅后腿303；所述轮椅前腿302安装前轮组，所述轮椅后腿303安装后轮组；如图18所示，所述后轮组为对称结构的前轮组，即位于左侧的第四翻转伞齿轮208由第四翻转直齿伞形齿轮210替换，位于右侧的第四翻转伞齿轮208由第四翻转直齿轮211替换，所述第四翻转直齿伞形齿轮210啮合连接左侧同步耦合直齿轮213，所述第四翻转直齿轮211啮合连接右侧同步耦合直齿轮214，所述左右侧同步耦合直齿轮213、214位于固定安装于车轮主架209内的翻转连接轴212的两端；转向杆408的两端则分别穿过其两侧的双面滑动轴承401后与其两侧的转向圆盘403铰接。

后轮组可以看成是由两个前轮组背靠背并联而成的，只不过后轮组内部多了两个同步耦合齿轮。它的作用是把动力从齿轮一侧传输给另外一侧的齿轮。使另外一侧的车轮架能够同步运行，然后齿轮的外形有一点区别。图17中，第四翻转伞齿轮是一个正常的伞形齿轮，而图18中，位于左侧的第四翻转直齿伞形齿轮是一个伞形齿轮加直齿齿轮构成的，位于右侧的是第四翻转直齿齿轮。相比于图17，图18中的轮组内部多了一组用以转弯功能的组件转向拉杆和双面轴承、转弯圆盘、转向楔形杠杆和转向杆。而第四行走伞齿轮齿轮被移动到齿轮第四翻转直齿伞形齿轮的对面，主要是为了解决实际运行中翻转传动空心轴和行走动力传动轴受力不均匀的问题。

如图4所示，液压伸缩千斤304的缸体312通过缸体轴套313安装刻有凹槽的伸缩杆314。所述伸缩杆314端部连接转向万向节414，所述转向万向节414通过拨杆驱动其中一根转向杆408左右运动；所述液压伸缩千斤304由电机驱动旋转。轮椅前后腿上通过轴承卡座各安装一个液压千斤（另外一面的轮椅腿也安装），液压千斤能够相对于卡座旋转，液压千斤的作用有两个：一是在上下台阶时给里面注入液压油来控制轮椅前后腿的伸缩。二是在平地行走时通过它带动万向节控制轮组内部的转向机构使轮椅转向。由于它有两个功能，所以它实际上是一个液压千斤顶和伸缩轴的组合体。

转弯原理：当轮椅需要转弯时，通过机构控制转动液压千斤转动，液压千斤带动图3中通入轮组内部的转向万向节414转动，通过凸轮或者其他方式拨动转向杆左右移动，使转向圆盘左右扭动，拨动两个转向楔形杠杆左右转动带动转向拉杆左右移动，使两个车轮同时进行转弯。由于后轮组里面也有转弯机构，所以轮椅是前后同时转弯。另外，该轮椅也可以不通过转动液压千斤的方式来实现转向，也可以是手动转动，只要拨动转向杆即可。

当轮椅需要翻转运行时，转向被锁止，由于转向被锁止，所以，转向圆盘也就不能活动，这样，在车轮架进行翻转运动时轮子就不会发生扭转。使翻越模式正常运行下去。为了使轮椅的转向半径缩小，轮椅的前后轮组都可以转向，当前轮左转时，后轮右转，这样轮椅的转弯半径就会缩小甚至原地转弯。

下面对三种工作模式进行详细说明。

（1）、滚动模式：和平常所见车辆的运行方式一样，行走动力输出轴伸输出动力，依次通过第一、二、三、四行走伞齿轮及行走动力传动轴，驱动主链轮轴及主链轮转动，通过链条传动，同时驱动车轮主架上的两个车轮滚动前行。

（2）、翻转模式：当轮椅在行走过程中前轮组遇到多个台阶时，前轮组由滚动模式转变为翻转模式，连续翻转上台阶，后轮组仍以滚动模式前行，同时轮椅的两条后椅腿在液压千斤的作用下边走边伸长以保持轮椅的前后平衡，直至后椅腿完全伸出为止（如图6中的过程1所示），当前行至后轮组接近台阶时，后轮组也由滚动模式转换至翻转模式，前后轮组同时连续翻转上台阶。当前轮组至台阶顶部平台时，恢复成滚动模式前行，后轮组仍以翻转模式上台阶，同时后椅腿慢慢缩回以保持轮椅平衡，直至后轮组全部翻越至台阶顶部恢复到滚动模式前行。下台阶时，轮椅前行至前轮组第一个轮子自然下落第二个台阶时，前轮组由滚动模式转变为翻转模式连续翻越下台阶，同时，前椅腿在千斤的作用下慢慢伸长（如图6中的过程2所示）后轮组则在滚动模式下继续前行，当后轮组的第一个轮子也自然下落到第二个台阶时转换成翻转模式，前后轮组同时翻越下台阶。当前轮组下至平地时转换成滚动模式前行，同时前椅腿慢慢收回保持轮椅前后平衡直至后轮组全部下到平地，恢复到滚动模式继续前行。

（3）、混合模式：当轮椅在行进中遇到单个台阶时，（如图5中过程1所示）前轮组在滚动运行的模式下直接开启翻转模式，使前轮组翻越到台阶上面，后轮组仍以滚动模式前行。（如图5中的过程2所示）当前轮组全部翻越至台阶上时，关闭翻转模式继续以滚动模式前行至后轮组到达台阶前，（如图5中的过程3所示）当后轮组到达台阶前时，后轮组开启翻转模式翻越至台阶上，（如图5中的过程4所示）当后轮组全部上至台阶时，关闭翻转模式，继续以滚动模式前行。下单个台阶时，可使前轮组的前轮自然下到平地，然后翻转或自然下落台阶，后轮也如此。

本轮椅的优点是前后轮组可以随意翻转、独立运行、独立控制。前后腿随意伸缩，前后轮组都可以同时转弯，减小转弯半径。能够轻松翻越单个和多个台阶。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照本实用新型实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型的技术方案的精神和范围，其均应涵盖本实用新型的权利要求保护范围中。