本发明涉及运载工具，尤其涉及一种可爬楼梯的车轮及其可爬楼梯的车辆。
背景技术：
现有的车轮为圆形，有利于在路面滚动，但是该车轮并不适用于楼梯或台阶的运行环境。同理，安装有该圆形车轮的运载工具，例如：轮椅、购物车、手推车、儿童推车或行李箱，亦不便运行于楼梯或台阶。
目前，市场中推出一种呈正三角形的行星轮（爬梯轮），该轮可以运行于楼梯或台阶，有效解决了车辆爬楼梯的问题，但是存在以下问题：稳定性差、冲击力大。另外，安装有该行星轮的运载工具移动于坑洼不平的路面时，行星轮的三个滚轮容易围绕转轴交替接触于路面，导致车身发生上下颠簸的现象，运行不稳定，用户体验性较差，其运行性能不及普通的圆形车轮。
为了使得车轮既能稳定运行于路面，又能运行于楼梯或台阶，现有圆形车轮还有待创新。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种既能稳定运行于路面，又能爬楼梯的车轮。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种可爬楼梯的车轮，所述车轮设有随该车轮同步转动且可在支撑状态与非支撑状态之间转换的支撑杆，该支撑杆在支撑状态下凸伸出车轮的外缘，该支撑杆在非支撑状态下未凸伸出车轮的外缘。
相较于现有技术本发明具有如下有益效果：本发明可爬楼梯的车轮设有一支撑杆，该支撑杆随车轮同步转动。当支撑杆凸伸出车轮的外缘时，支撑杆相对车轮处于支撑状态，支撑杆随车轮转动并抵持于上一级楼梯表面时，车轮以支撑杆的支撑端为转动支点，方便于车轮运行于楼梯；当支撑杆未凸伸出车轮的外缘时，支撑杆相对车轮处于非支撑状态，车轮接触于路面，车轮以轮轴为转动支点，有利于车轮稳定的运行于路面。该可爬楼梯的车轮结构简单、运行可靠。
优选的，所述支撑杆的数量至少为两个，且在车轮上均匀分布。
优选的，所述车轮设有端盖，所述支撑杆通过一销轴可转动地连接于车轮的端盖，所述端盖上设有第一限位孔和第二限位孔；所述支撑杆包括分别位于销轴两侧的固定端和支撑端，支撑杆的固定端安装一弹性伸缩销；所述弹性伸缩销随同支撑杆围绕销轴转动，并可定位于第一限位孔或第二限位孔，该弹性伸缩销围绕销轴转动定位于第一限位孔时，支撑杆的支撑端转动至车轮外缘的外侧；该弹性伸缩销围绕销轴转动定位于第二限位孔时，支撑杆的支撑端转动至车轮外缘的内侧。
优选的，所述车轮设有端盖，所述支撑杆通过一曲柄滑块机构可伸缩地连接于车轮的端盖；所述曲柄滑块机构包括曲柄、铰接于曲柄的连杆以及铰接于连杆的滑块，所述支撑杆固定连接于滑块并可沿导轨移动。
本发明还提供了一种可爬楼梯的车辆，包括车架、安装于车架上的第一车轮，所述第一车轮采用上述的所述车轮。
优选的，该车辆为手推车，所述车架的第一端设有可伸缩的拉杆，所述第一车轮安装于车架的第二端；所述第一车轮的数量为两个，且相对的安装于车架上。
优选的，所述车轮为轮毂电机车轮，车架上安装有电源和运行操控装置。
优选的，所述车架通过一折叠机构安装有第二车轮。
优选的，还包括摄像模块、图像处理模块、控制模块，所述摄像模块用以采集目标物的实时图像信息，并发送至图像处理模块，所述图像处理模块信号连接于控制模块，所述控制模块根据图像处理模块的图像识别信息控制两轮毂电机车轮转动。
优选的，还包括信号标签、接收器、微处理器，所述信号标签佩戴于用户身体上并发送信号，所述接收器安装于车架上并将接收的所述信号标签发送的信号传送至微处理器，所述微处理器将信号计算处理后根据信号处理信息控制两轮毂电机车轮转动。
附图说明
图1为本发明可爬楼梯的车轮的立体示意图；
图2为本发明的支撑杆连接于车轮的连接示意图；
图3为本发明可爬楼梯的车轮处于支撑状态下的示意图；
图4为本发明可爬楼梯的车轮处于非支撑状态下的示意图；
图5为本发明另一实施例中可爬楼梯的车轮处于支撑状态下的示意图；
图6为本发明另一实施例中可爬楼梯的车轮处于非支撑状态下的示意图；
图7a-图7c为采用两个支撑杆的可爬楼梯的车轮的爬楼流程示意图；
图8为采用三个支撑杆的可爬楼梯的车轮的结构示意图；
图9为本发明可爬楼梯的手推车的立体示意图；
图10为本发明中第一车轮、置物板与立柱的连接示意图；
图11为本发明可爬楼梯的手推车折叠状态下的立体示意图；
图12a-图12c为本发明可爬楼梯的手推车的爬楼流程示意图；
图13为本发明可爬楼梯的手推车展开状态下的示意图；
图14为本发明中折叠机构与车架的的连接示意图，图中为弹性伸缩销53定位于第二定位孔55时，第二车轮42相对车架3处于第一展开状态。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细的说明，而非对本发明的保护范围限制。需要说明的是：术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”仅用于简化文字描述以区别于类似的对象，而不能理解为特定的次序间的先后关系。
参阅图1及图2，本实施例提供一种可爬楼梯的车轮1，该车轮1可在现有技术中圆形车轮的基础上进行结构改良。车轮1上设有随该车轮同步转动且可在支撑状态与非支撑状态之间转换的支撑杆2。当支撑杆2凸伸出车轮1的外缘时，支撑杆2相对车轮1处于支撑状态，支撑杆2随车轮1转动并抵持于上一级楼梯表面时，车轮1以支撑杆2的支撑端22为转动支点，方便于车轮1运行于楼梯；当支撑杆2未凸伸出车轮1的外缘时，支撑杆2相对车轮1处于非支撑状态，车轮外缘接触于路面，车轮1以轮轴为转动支点，有利于车轮1稳定的运行于路面。该可爬楼梯的车轮1结构简单、运行可靠。
本实施例中，车轮1设有端盖11，支撑杆2通过一销轴14可转动地连接于车轮1的端盖11，端盖11上设有第一限位孔12和第二限位孔13。支撑杆2包括分别位于销轴14两侧的固定端21和支撑端22，支撑杆2的固定端21安装一弹性伸缩销23。该弹性伸缩销23包括手柄端、定位端及伸缩弹簧。通过用户手动施力拉动弹性伸缩销23的手柄端，可使得弹性伸缩销23的定位端分离于端盖11的限位孔；用户松开手柄端通过伸缩弹簧的伸展力使得定位端定位于端盖11的限位孔。弹性伸缩销23随同支撑杆2围绕销轴14转动，并可定位于第一限位孔12或第二限位孔13。该弹性伸缩销23围绕销轴14转动定位于第一限位孔12时，支撑杆2的支撑端22转动至车轮外缘的外侧（如图3所示），支撑杆2处于支撑状态。该弹性伸缩销23围绕销轴14转动定位于第二限位孔13时，支撑杆2的支撑端22转动至车轮外缘的内侧（如图4所示），支撑杆2处于非支撑状态。该支撑杆2通过用户手动调节弹性伸缩销23实现在支撑状态与非支撑状态之间的转换。
参阅图5及图6，在另一实施例中，车轮1设有端盖11，支撑杆2通过一曲柄滑块机构可伸缩地连接于车轮1的端盖11。曲柄滑块机构包括曲柄24、铰接于曲柄24的连杆25以及铰接于连杆25的滑块26。支撑杆2包括固定端21和支撑端22。支撑杆2的固定端21固定连接于滑块26，使得支撑杆2可随滑块26沿导轨27移动。曲柄24连接于电机（图中未示出）的输出轴，通过控制电机的正转与反转，可实现支撑杆2的支撑端22伸出或收缩于车轮1的外缘。电机正转时，支撑杆2的支撑端22沿导轨27滑动并凸伸出车轮1的外缘（如图5所示），支撑杆2处于支撑状态；电机反转时，支撑杆2的支撑端22沿导轨27滑动并收缩于车轮1的外缘（如图6所示），支撑杆2处于非支撑状态。该支撑杆2通过用户控制电机转动实现在支撑状态与非支撑状态之间的转换。当然，用户亦可以手动转动曲柄实现支撑杆2在支撑状态与非支撑状态之间的转换。
本实施例中，根据楼梯的阶高h和阶面d的尺寸，可以计算出车轮的直径、支撑杆2采用的数量以及支撑杆凸伸出车轮外缘的长度。阶高:阶面=1:1时（如图7a所示），支撑杆2的数量为两个，两个支撑杆2在车轮1上均匀分布，车轮直径:阶面=1.1-1.2:1，支撑杆凸伸出车轮外缘的长度:阶高=0.18-0.19:1，能够确保车轮1转动180度就能爬至上一级楼梯。阶高:阶面=1:1.2-1.5时（如图8所示），支撑杆2的数量为三个，三个支撑杆2在车轮1上均匀分布，车轮直径:阶面=1.5-1.6:1，支撑杆2凸伸出车轮1外缘的长度:阶高=0.05-0.15:1，能够确保车轮1转动120度就能爬至上一级楼梯。阶高:阶面=1:3-4时，支撑杆2的数量为一个，能够确保车轮1转动一圈就能爬至上一级台阶。支撑杆2的支撑端22安装有橡胶块，可以实现车轮1对接触面的缓冲，还可以防止支撑端22损伤接触面。
参阅图7a至图7c，本实施例中，车轮1在支撑杆2处于支撑状态下时，靠近于最低级的楼梯，支撑杆2的支撑端22抵持于上一级楼梯的表面，车轮1以支撑杆2的支撑端22为转动支点，实现车轮1爬升至上一级楼梯。结构简单，可快速的爬升楼梯。当然为了该车轮1可以适应于其他尺寸的楼梯，可将支撑杆2的支撑端22设为可伸缩式的，以加长或缩短凸伸出车轮外缘的长度。
本发明还提供了一种采用上述车轮1的可爬楼梯的车辆，可爬楼梯的车轮1安装于车辆的车架上。该车辆可以为轮椅、购物车、手推车、儿童推车或行李箱。以便于该可爬楼梯的车辆在支撑杆2处于支撑状态时运行于楼梯或台阶，亦可以在支撑杆2处于非支撑状态时运行于路面。
参阅图9及图10，本实施例中，可爬楼梯的车辆为手推车，有利于手推车在楼梯上运载货物，节省用户体力。手推车包括可伸缩地连接于车架3第一端的拉杆31、安装于车架3第二端的第一车轮41、安装于车架3第二端的用以承载货物的置物板32。第一车轮41采用为上述可爬楼梯的车轮1，第一车轮41的数量为两个，且相对的安装于车架3上，提高车身的稳定性。车架3设有两相对设置的立柱33，两立柱33之间形成中空的贯通部。置物板32的两转动座34分别通过销轴35铰接于两立柱33。每一第一车轮41通过轮叉43连接于立柱33。立柱33上套接有角度扭转装置36，轮叉43固定连接于角度扭转装置36。每一第一车轮41通过角度扭转装置36可转动地连接于立柱33。两第一车轮41可容纳于两立柱33之间的贯通部，以减小折叠时的体积。
参阅图10及图11，本实施例中，置物板32的转动座34设有固定第一车轮41在工作状态下转动角度的限位槽37，角度扭转装置36设有卡持于限位槽37中的定位块38。用户扭转置物板32进行折叠时，使得定位块38分离于限位槽37，角度扭转装置36内的扭转弹簧促使第一车轮41相对立柱33发生转动，并转动至两立柱33之间的贯通部。置物板32可折叠地连接于车架3。置物板32上设有容置轮叉43的避让缺口39，有利于第一车轮41折叠至两立柱33之间。进一步减少手推车在闲置状态下的折叠体积，并有利于减小收纳空间。反之，用户反向扭转置物板32进行展开时，角度扭转装置36内的扭转弹簧促使第一车轮41相对立柱33反向转动，并垂直于车架3，定位块38卡持于限位槽37时，即可实现手推车的展开。
参阅图12a至图12c，本实施例中，用户拉动手推车上楼时，使得两第一车轮41靠近于最低级的楼梯，用户手动调整支撑杆2的状态，使得支撑杆2处于支撑状态，用户相对第一车轮41位于较高的楼梯上，用户拉动拉杆31使得支撑杆2的支撑端22抵持于上一级楼梯的表面，用户施加较大的力，使得第一车轮41以支撑杆2的支撑端22为转动支点，实现第一车轮41爬升至上一级楼梯，多次重复操作，可以实现手推车爬升至上一楼层。手推车到达相应目标楼层时，用户将支撑杆2调整至非支撑状态，拉动手推车拉杆31可以在路面上稳定的运行。
用户拉动手推车下楼时，亦首先将支撑杆2调整至支撑状态，用户相对第一车轮41位于较高的楼梯上，稍微用力推动拉动，配合手推车自身的重力及翻转支撑杆2将手推车下降至最低级的楼梯，手推车在下楼过程中用户控制住手推车的倾斜方向，以防止手推车倾倒。手推车到达目标路面时，用户将支撑杆2调整至非支撑状态，拉动或推动手推车拉杆31运行于路面。
再次参阅图9，本实施例中，手推车的第一车轮41采用为动力轮，例如：轮毂电机车轮。车架3上安装有电源39和运行操控装置（图中未示出）。运行操控装置安装于拉杆31上并信号连接于轮毂电机车轮。电源39可以给两轮毂电机车轮提供工作电力，用户通过操控运行操控装置实现两轮毂电机车轮转动。有利于节省用户体力，尤其方便于手推车运行于楼梯。
参阅图13及图14，本实施例中，车架3上安装有第二车轮42，第二车轮42的数量为两个。第二车轮42采用为万向轮。第二车轮42通过一折叠机构5连接于车架3。该折叠机构5包括固定连接于车架3的固定座51、铰接于固定座51的顶杆52。第二车轮42连接于顶杆52底端。固定座51上设有三个限制顶杆52相对固定座51转动角度的定位孔，顶杆52上设有用以定位于定位孔的弹性伸缩销53。每一定位孔的设置位置对应于顶杆52相对固定座51的转动角度。用户手动调节弹性伸缩销53可以实现第二车轮42相对车架3展开或折叠的状态。其中，弹性伸缩销53定位于第一定位孔54时，第二车轮42相对车架3处于折叠状态；弹性伸缩销53定位于第二定位孔55时，第二车轮42相对车架3处于第一展开状态；弹性伸缩销53定位于第三定位孔56时，第二车轮42相对车架3处于第二展开状态。第一展开状态和第二展开状态均能使得车架3倾斜于路面，第二展开状态下的车架3倾斜角度大于第一展开状态下的车架3倾斜角度，有利于不同身高的用户使用手推车。两第二车轮42在折叠状态下有利于手推车运行于楼梯上，防止第二车轮42磕碰于楼梯，或者在收纳手推车时节省收纳空间。两第二车轮42在展开状态下可以配合两第一车轮41共同承载车架3和货物的重力，使得用户拉动或推动手推车运行于路面时，减少用户的体力消耗。当然手推车运行于路面时，两第二车轮42亦可以处于折叠状态，主要取决于用户需求，例如手推车处于空载状态下或货物较轻的状态下。
本实施例中，手推车还包括摄像模块6、图像处理模块、控制模块。摄像模块6用以采集目标物的实时图像信息，并发送至图像处理模块，图像处理模块信号连接于控制模块。控制模块根据图像处理模块的图像识别信息控制两轮毂电机车轮转动，两万向轮从动于两轮毂电机车轮转动。使得手推车运行于路面时可以通过视觉跟随的操控方式跟随于用户移动，解放了用户的双手；两轮毂电机车轮差速转动时可实现手推车转向。
需要说明的是：目标物可以是使用手推车的用户，亦可以是其他移动设备。其他移动设备可以为另一手推车，可使得多个手推车呈前后队列状一起跟随用户移动。
安装于车架3上的电源39给摄像模块6、图像处理模块及控制模块提供工作电力。摄像模块6安装于车架3第一端的侧面上，摄像模块6为摄像头。摄像模块6用于拍摄目标物移动时的图像信息，并将图像信息发送至图像处理模块。当然，摄像模块6亦可以为智能终端设备，例如：智能手机、平板电脑或照相机。车架3或者拉杆31上设有安装智能终端设备的固定件，用户可以将智能终端设备安装于固定件上。降低了手推车的生产成本，并方便于大众使用。摄像模块6有线连接于控制模块，控制模块控制摄像模块6的开启与关闭。相较于无线连接，有线连接不受无线通讯信号强弱的影响，保证了信号传输的可靠性，并且提高了信息传输的速度。
图像处理模块包括用以识别跟随目标的形状信息的第一识别功能模块、用以识别跟随目标的形状内的颜色信息的第二识别功能模块。第一识别功能模块根据摄像模块6拍摄到的图像信息识别目标物的形状信息；第二识别功能模块用于识别形状内的颜色信息。第一识别功能模块和第二识别功能模块是依功能区分，而非物理实体上的区分。换言之，第一识别功能模块、第二识别功能模块可以是同一物理实体，也可以是两个不同的物理实体。
手推车开始跟随目标物之前，摄像模块6采集目标物的图像信息，并发送给图像处理模块；第一识别功能模块根据摄像模块6拍摄到的图像信息识别目标物的形状信息，并作为形状参照信息；第二识别功能模块用于识别形状内的颜色信息，并作为颜色参照信息；手推车移动时，摄像模块6实时采集目标物的形状信息和颜色信息，并将实时采集到的形状信息作为形状比对信息发送至图像处理模块，同时将实时采集到的颜色信息作为颜色比对信息发送至图像处理模块；第一识别功能模块比对形状比对信息与形状参照信息，第二识别功能模块比对颜色比对信息和颜色参照信息，当形状信息与颜色信息均一致时，控制模块控制两个轮毂电机车轮转动并跟随目标物。本实施方式中，图像处理模块仅识别形状信息及形状内的颜色信息，并不识别比对摄像模块6实时采集的背景信息，以及形状内颜色随光线变化的信息，所以可以减少识别运算的时间，有利于提高手推车的跟随灵敏度。
在另一实施例中，手推车还包括信号标签、接收器、微处理器。信号标签佩戴于用户身体上并发送信号，接收器安装于车架3上并将接收的信号标签发送的信号传送至微处理器。微处理器将信号计算处理后根据信号处理信息控制两轮毂电机车轮转动，两万向轮从动于两轮毂电机车轮转动。使得手推车运行于路面时可以通过超宽带无线操控方式跟随于用户移动，解放了用户的双手；两轮毂电机车轮差速转动时可实现手推车转向。
需要说明的是：该超宽带无线操控方式可以辅助于上述视觉跟随的操控方式共同实现手推车的移动控制，提高了手推车自动跟随时的运行稳定性。
安装于车架3上的电源39给微处理器、接收器提供工作电力。具体的，电源39通过poe接口经过直流稳压器转化为3.3v直流电为微处理器及其他设备进行供电。微处理器采用cortexm3内核的芯片stm32f系列，32位arm微控制器。接收器与微处理器之间采用spi接口进行超宽带无线信号数据通信。该实施例中，还设有存储模块，存储模块通过spi接口连接于微处理器，用于实现系统的数据存储和处理。
uwb技术是一种传输速率高(最高可达1000mbps以上)，发射功率较低，穿透能力较强并且是基于极窄脉冲的无线技术，无载波。正是这些优点，使它在室内定位领域得到了较为精确的结果。基于uwb定位算法中常采用的tdoa测距定位算法，具体为采用的是到达时间差算法，受外界因素干扰影响较小，定位误差低，具有对信道衰落不敏感、低截获能力、系统复杂度低、可提供厘米级的定位精度等优点，测试时定位精度达到了1cm。接收器通过天线接收到信号标签发出的信号，将不同信号的到达时间进行处理，生成到达时间差数据包，数据包传送至微处理器中，微处理器根据数据包中的数据来计算位置信息，微处理器可根据位置信息计算出手推车与用户之间的实际距离值。存储模块中存储有手推车与用户之间的距离设定阈值。微处理器将实际距离值与距离设定阈值进行比较，当实际距离值大于距离设定阈值时，微处理器控制两轮毂电机车轮加速转动，以达到距离设定阈值；当实际距离值小于距离设定阈值时，微处理器控制两轮毂电机车轮减速转动，以达到距离设定阈值。
以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围中。