一种爬楼轮椅及爬楼方法与流程

本发明涉及一种养老助残设备领域，尤其是涉及一种爬楼轮椅及爬楼方法。

背景技术：

随着世界上人口增长，老龄化人口越来越多，人们对养老助残轮椅的研究也日渐加强，同时伴随着养老助残辅助器材也日益增多；在养老助残轮椅领域，辅助老年人或残疾人出行的设备是极其重要，且在安全性、功能性方面设计要求较高。至此，轮椅的爬楼、越障功能尤为重要。但是在现阶段，养老助残轮椅属于新兴产业，各种产品的设计水平良莠不齐，很多产品不具有爬楼或越障功能，造成产品功能单一，对出行条件要求苛刻，无法满足用户良好的出行体验。

现有技术中，如中国专利申请(申请号：201510192023.1)公开一种水平姿态智能爬楼轮椅及旋转爬楼方法，水平姿态智能爬梯轮椅，其特征在于，包括上板(4)、转接板(17)和下板(6)，上板(4)固定连接座椅(1)，所述的座椅(1)的下侧设有后轮(2)，座椅(1)通过前腿升降机构(16)连接前腿(10)，前腿(10)上设有前轮(12)，所述的前腿升降机构(16)可使前腿(10)升至水平姿态，上板(4)下侧固定有四个可升降的外腿(7)，上板(4)与转接板(17)通过转向轴(3)连接并可通过转向轴(3)实现相对转动，转接板(17)与下板(6)通过丝杠(5)连接并可通过丝杠(5)实现相对直线运动，下板(6)下侧固定有四个可升降的内腿(8)，内腿(8)位于外腿(7)的内侧。

如中国专利申请(申请号：201310285367.8)公开：全方位水平姿态爬楼轮椅及零半径转向、爬楼方法,并具体公开了如下技术方案，包括下台面(5)及位于其上方的上台面(3)，在下台面(5)的下方设有带动其升降的至少两组下台面升降机构(2)，在上台面(3)的下方设有带动其升降的至少四组上台面升降机构(1)，其特征在于：下台面(5)与上台面(3)在水平方向上前后错开，在下台面(5)与上台面(3)之间设有支撑转动板(4)，支撑转动板(4)底部设有直线移动单元(6)，直线移动单元(6)的底部设于下台面(5)上，在上台面(3)上设有转动机构(7)，转动机构(7)与支撑转动板(4)固定连接。

如美国专利申请(公开号：us2012/0175172a1)：公开了一种爬楼装置，并且公开了如下技术方案：爬楼装置具有至少四个机械腿，机械腿包括电动推杆，机械腿的升降通过电动推杆的伸缩实现，电动推杆由电机驱动，进一步的还包括超声波传感器，并且该超声波传感器能够检测水平接近距离以及楼梯台阶的高度，传送至掌上电脑或微处理器中控制装置上下楼。以及日本专利申请(公开号：jp昭62-181978a)公开了一种吸附在工作面的轮椅，其技术方案如下：该轮椅包括框架1及位于其上方的框架2，在框架1的下方设有带动其升降的四组框架1的升降机构，在框架2的下方设有带动其升降的四组框架2的升降机构，其特征在于：框架1与框架2在水平方向上前后错开，在框架1与框架2之间设有旋转工作台7，驱动电机8底部设有旋转工作台7，驱动电机8的底部设于框架1上，在框架2上设有转动执行机构6，转动执行机构6与旋转工作台7固定连接。

上述现有技术虽然都属于爬楼轮椅领域，并且其结构虽然相对简单，但是，结合该装置的应用领域及其应用人群，上述现有技术很难实现应用者的安全性以及稳定性、灵活性，尤其是现有技术中并没有通过采用避障装置以及灵活的攀爬装置、车架装置实现轮椅对使用者的安全保障。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的问题，本发明公开一种爬楼轮椅，其技术方案如下：

一种爬楼轮椅，包括：主动式支撑避障装置10、攀爬装置20、车架30；其特征为：四个相同的主动式支撑避障装置10设置在车架30的四个拐角，与车架上的前支架312、转向架304固接；两个相同的攀爬装置20分别设置在车架前后两端，与车架上的连接短轴305、连接长轴304固接；主动式支撑避障装置10、攀爬装置20、车架30共同构成爬楼轮椅。

此外，本发明还公开一种轮椅爬楼方法，该方法包括上述轮椅。

有益效果：

应用者在使用该轮椅时，保证轮椅在爬楼时候更加稳定、灵活、安全。

附图说明

图1为一种爬楼轮椅及爬楼方法结构示意图；

图2为一种主动式支撑避障装置结构示意图；

图3为主动式支撑避障装置的第一连接杆101与车轮106连接示意图；

图4为一种主动式支撑避障装置正面受力示意图；

图5为攀爬装置示意图；

图6车架结构示意图；

图7为一种爬楼轮椅及爬楼方法应用场景示意图1；

图8为一种爬楼轮椅及爬楼方法应用场景示意图2；

图9为一种爬楼轮椅及爬楼方法应用场景示意图3；

图10为一种爬楼轮椅及爬楼方法应用场景示意图4；

图11为一种爬楼轮椅及爬楼方法应用场景示意图5；

图12为一种爬楼轮椅及爬楼方法应用场景示意图6；

图13为一种爬楼轮椅及爬楼方法应用场景示意图7。

具体实施方式

一种爬楼轮椅，包括：主动式支撑避障装置10、攀爬装置20、车架30；其特征为：四个相同的主动式支撑避障装置10设置在车架30的四个拐角，与车架上的前支架312、转向架304固接；两个相同的攀爬装置20分别设置在车架前后两端，与车架上的连接短轴305、连接长轴304固接；主动式支撑避障装置10、攀爬装置20、车架30共同构成爬楼轮椅。

下面分别介绍主动式支撑避障装置10、攀爬装置20、车架30等部件的组成结构及其工作原理。

主动式支撑避障装置10，参见附图2-4所示。

主动式支撑避障装置包括：第一连接杆、直线推杆、第二连接杆、第三连接杆、第四连接杆、车轮；其中所述第一连接杆中部与第二连接杆下端铰接形成转动副，第一连接杆上端与第四连接杆上端铰接形成转动副，第三连接杆一端与第二连接杆上端铰接形成转动副，另一端与第四连接杆下端铰接形成转动副，直线推杆一端与第二连接杆中部铰接形成转动副，另一端与第四连接杆中部铰接形成转动副，上述连接杆以及直线推杆形成复合连杆机构。第一连接杆下端有竖直方向腰孔，车轮连接轴通过第一连接杆下端腰孔用螺栓固接，车轮安装位置不同可以调节避障的大小以及支撑避障装置的稳定性。所述直线推杆为伸缩杆，可以是电动或是液动、气动伸缩杆。所述车轮内部设置有伺服驱动电机。所述第三连接杆固接在爬楼轮椅上，当轮椅运动轮子遇到楼梯或障碍物时，直线推杆主动伸长，第二连接杆以与第三连接杆上端铰接形成转动副为轴顺时针转动，第四连接杆以与第三连接杆下端铰接形成转动副为轴逆时针转动。

整个装置通过连接杆104固接在爬楼轮椅上，爬楼轮椅重力压在主动式支撑避障装置10上时，直线推杆102拉紧复合连杆机构，能够稳定支撑重力；当轮椅上楼运动轮子遇到楼梯或下障碍物时，直线推杆102主动伸长，连接杆103绕d点顺时针转动，连接杆105绕b点逆时针转动，导致连接杆101上端与连接杆105上端铰接形成转动副转动并下沉，连接杆101中部与连接杆103下端铰接形成转动副转动并提升，一系列的复合连杆机构转动带动与连接杆101固接的车轮106提升实现主动避障。

当轮椅下楼时运动轮子遇到楼梯或下障碍物时，直线推杆102主动伸长，连接杆103绕d点顺时针转动，连接杆105绕b点逆时针转动，导致连接杆101上端与连接杆105上端铰接形成转动副转动并下沉，连接杆101中部与连接杆103下端铰接形成转动副转动并提升，一系列的复合连杆机构转动带动与连接杆101固接的车轮106提升实现主动避障。

当车轮完成下动作后连接杆102主动缩短使连接杆103绕d点逆时针转动，连接杆105绕b点顺时针转动，导致连接杆101上端与连接杆105上端铰接形成转动副转动并上升，连接杆101中部与连接杆103下端铰接形成转动副转动并下沉，使整个装置回到初始位置实现支撑作用。

攀爬装置20，请参考说明书附图5所示。

攀爬装置20为相同的两个，分别设置在车架30前后两端，与车架30上的连接短轴305、连接长轴304固接；每个攀爬装置包括爬爪201、下移动板202、直线轴承203、连接固定板204、导杆205、丝杆206、上移动板207、电机208、减速器209、同步带210、同步带轮211a，同步带轮211b、涨紧轮212、缓冲器213、接近开关214。

所述下移动板202与上移动板207通过三根导杆205相连，导杆205一端与下移动板202固接，另一端与上移动板207固定形成稳定框架结构，所述爬爪201与下移动板202固接，下移动板202、上移动板207、导杆205、爬爪201组成爬爪组件；所述连接固定板204通过直线轴承203套在导杆205上形成移动副；所述减速器209一端与电机208输出轴相连，另一端与同步带轮211a相连接，减速器209固定在下移动板202上；所述丝杆206上端与上移动板207连接形成转动副，丝杆206中部与连接固定板204螺纹连接形成转动副，丝杆206另一端穿过下移动板202与同步带轮211b固接，同步带轮211a和同步带轮211b通过同步带210连接；所述缓冲器213与接近开关214固定在下移动板202上，缓冲器213起到下移动板202与连接固定板204间的缓冲作用，接近开关214起到位置控制作用。

当所述攀爬装置设置在爬楼轮椅上时，所述攀爬装置与移动方向之间的安装夹角μ设定在一定范围内(如30°-50°之间)，μ过大时导致当连接固定板204移动至顶端时，与连接固定板204连接的爬楼轮椅水平移动距离仍然较小轮椅车轮无法爬上台阶，等到连接固定板204回程时带动车轮回到原位置，无法爬上下一级楼梯。如果μ过小会导致爬爪201与地面摩擦力过小，出现爬爪201向后滑动的打滑现象，这一装置利用在爬楼轮椅上解决了目前爬楼装置在爬楼过程中出现打滑不稳定的问题。

在平地时，所述连接固定板204位于丝杆206的下部，爬楼时，所述爬爪与台阶水平面接触，并以台阶水平面为支撑，所述电机208通过减速器209带动同步带轮211a转动，在同步带210的作用下带动同步带轮211b转动，同步带轮211b驱动丝杆206转动，丝杆206通过与之配合的连接固定板204的螺纹带动连接固定板204向上移动，从而使与连接固定板204连接的爬楼轮椅提升，当连接固定板204上升到最大位置时被锁定，电机接到指令反转，丝杆206通过连接固定板204的螺母带动爬爪组件向下回位，因而到达上一级台阶，如此反复，带动爬楼轮椅爬上楼梯或障碍物。

车架结构，参见说明书附图6所示。

车架结构包括：连接杆301、连接长轴302、后支架303、转向架304、连接短轴305、伺服推杆306、座椅斜支撑杆307、座椅板308、座椅连接块309、座椅连接轴310、座椅支撑杆311、前支架312、座椅连接板313、框架连接轴314；所述的车架30为左右对称结构；后部的连接杆301一端与后支架303铰接，另一端与座椅连接板313铰接形成转动副，后部两个连接杆301与后支架303，座椅连接板313铰接形成框架结构，后部两个框架结构左右对称布置；前部连接杆301一端与前支撑312铰接，另一端与座椅连接板313铰接形成转动副，前部两个连接杆301与前支架312，座椅连接板313铰接形成框架结构，前部两个框架结构左右对称布置；连接长轴302、框架连接轴314分别连接着左右连接杆301形成一个框架结构；座椅支撑杆311下端与座椅连接板313固接，座椅斜支撑杆307一端与座椅板308固接，另一端与座椅支撑杆311固接，座椅连接块309一端与座椅板308固接另一端与座椅支撑杆311固接形成座椅支撑框架；座椅连接轴310两端与左右座椅斜支撑杆307中部套接；伺服推杆306上端与座椅连接轴310中部套接，下端与框架连接轴314中部套接。转动支架304与后支架303侧部铰接。

爬楼时，前车轮遇到楼梯或障碍物时，前攀爬装置接收指令开启爬楼工作，带动前支架312提升，前部连接杆301一端与前支撑312的转动副，另一端与座椅连接板313的转动副发生相对转动，框架随之变形为平行四边形，当座椅连接板313提升时，后连接框架跟随变形为平行四边形，同时座椅支撑杆左右两侧推杆307伸展或收缩，保证座椅板308保持水平。

爬楼轮椅的上楼及其下楼的爬楼方法具体包括如下步骤：

爬楼轮椅上楼的爬楼方法如下：

第一步、电机208通过同步带带动下移动板202向上运动使爬爪高出第一台阶面，爬楼轮椅靠近楼梯爬爪201伸到第一台阶上面，电机208通过同步带带动下移动板202向下运动，爬爪201趴在第一台阶面上；

第二步、直线推杆102主动伸长，第二连接杆103以第三连接杆104上端与第二连接杆103上端铰接形成转动副为轴顺时针转动，第四连接杆105以第三连接杆104下端与第四连接杆105下端铰接形成转动副为轴逆时针转动，导致第一连接杆101上端与第四连接杆105上端铰接形成转动副转动并下沉，第一连接杆101中部与第二连接杆103下端铰接形成转动副转动并提升，一系列的复合连杆机构转动带动与第一连接杆101固接的车轮106提升主动避障；

第三步、电机208通过同步带继续带动爬楼轮椅前部向斜上方升高；与此同时前部伺服推杆306缩短带动前连接杆301向上转动，后部伺服推杆306伸长带动前连接杆301向下转动，使车架30变形保持座椅308水平。

第四步、当车轮106下边缘超过第一台阶高度时，直线推杆102主动缩短，第二连接杆103以第三连接杆104上端与第二连接杆103上端铰接形成转动副为轴逆时针转动，第四连接杆105以第三连接杆104下端与第四连接杆105下端铰接形成转动副为轴顺时针转动，导致第一连接杆101上端与第四连接杆105上端铰接形成转动副转动并上升，第一连接杆101中部与第二连接杆103下端铰接形成转动副转动并下降，一系列的复合连杆机构转动带动与第一连接杆101固接的车轮106回到初始位置；

第五步、电机208通过同步带带动爬楼轮椅前部向斜下方下降，车轮106下降接触第一台阶上平面，主动式支撑避障装置10再次支撑爬楼轮椅前部重量，爬楼轮椅完成爬台阶过程；

重复上述1-5步骤实现前后车轮爬上下一级台阶，从而周而复始最终实现整个爬楼轮椅爬楼。

爬楼轮椅的下楼的爬楼方法，具体下楼步骤包括；

第一步、当后部车轮106靠近台阶边缘时，电机208通过同步带带动下移动板202向下运动使爬爪201下降趴在下一级台阶上平面；

第二步、直线推杆102主动伸长，第二连接杆103以第三连接杆104上端与第二连接杆103上端铰接形成转动副为轴顺时针转动，第四连接杆105以第三连接杆104下端与第四连接杆105下端铰接形成转动副为轴逆时针转动，导致第一连接杆101上端与第四连接杆105上端铰接形成转动副转动并下沉，第一连接杆101中部与第二连接杆103下端铰接形成转动副转动并提升，一系列的复合连杆机构转动带动与第一连接杆101固接的车轮106提升主动避障；

第三步、电机208通过同步带继续带动爬楼轮椅后部向斜下方下降；与此同时后部伺服推杆306伸长带动后连接杆301向下转动，后部伺服推杆306缩短带动前连接杆301向上转动，使车架30变形保持座椅308水平。

第四步、当车轮106后边缘离开下一台阶竖直面时，直线推杆102主动缩短，第二连接杆103以第三连接杆104上端与第二连接杆103上端铰接形成转动副为轴逆时针转动，第四连接杆105以第三连接杆104下端与第四连接杆105下端铰接形成转动副为轴顺时针转动，导致第一连接杆101上端与第四连接杆105上端铰接形成转动副转动并上升，第一连接杆101中部与第二连接杆103下端铰接形成转动副转动并下降，一系列的复合连杆机构转动带动与第一连接杆101固接的车轮106回到初始位置；

第五步、电机208通过同步带带动爬楼轮椅前部向斜下方继续下降，车轮106下降接触下一级台阶上平面，主动式支撑避障装置10再次支撑爬楼轮椅后部重量，爬楼轮椅完成下一级台阶过程；

重复上述1-5步骤实现前后车轮下一级台阶，周而复始，进而实现整个爬楼轮椅下楼过程。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。