快速平稳上楼助力车的制作方法

本实用新型涉及一种快速平稳上楼助力车。

背景技术：

现有的上楼小车结构主要可归结为轮组式、履带式、和多足式三类。

轮组式在载重上楼中应用较多，特点是每个轮组依照星形轮的方式进行运动(如图1):平地行驶时,各小轮绕各自自转；爬楼梯时,各小轮一起绕中心轴公转。轮组式爬楼梯装置与其他构型的装置相比,重量轻,运动灵活,在无障碍环境下具有较好的行动性能。但是上下楼梯时该类型设备重心起伏较大,大大限制了上楼速度。作为轮椅，乘坐者会感到不适，且上楼速度无法提升。

履带型机构在上下楼梯过程中,设备的重心总是沿着与楼梯台阶沿的连线相平行的直线运动的,其重心的波动很小,运动非常平稳。但履带式爬楼梯装置不足是：结构庞大，效率低，平地无法灵活转弯,在爬楼梯时履带容易损坏楼梯沿。平台楼梯结合处任然无法达到快速平稳。部分上楼轮椅用这种结构。

多足式爬楼梯装置借鉴了昆虫的脚的伸缩，一般用六只脚爬行上楼，结构复杂，庞大，控制系统复杂，实际应用极少。

在上述三种爬楼机构中,由于轮组式爬楼梯装置可以兼顾平地行驶和爬楼梯,而且结构紧凑,体积小巧,效率较高,操作相当简单,是比较理想的爬楼梯机构。而多足式爬楼梯装置虽然要求较高、 操作较复杂，但是它的平稳性却是轮组式爬楼梯装置所没有的。所以在分析现有爬楼梯机构优缺点的基础上,我们结合轮组式爬楼梯装置和多足式爬楼梯装置的特点，设计出一款二者结合，结构简单的上楼助力车。

技术实现要素：

为了克服现有上楼小车结构存在的上述缺陷，本实用新型提供一种结构简单的快速平稳上楼助力车。

本实用新型采用的技术方案是：

快速平稳上楼助力车,包括一车架和车轮，其特征在于：还包括十字机构以及用于驱动十字结构的动力结构，所述的动力结构固定安装在车架下方；

所述的动力结构包括电机、减速器、同步带轮、同步带以及主轴，所述的电机的电机轴和减速器的输入端之间分别套设有同步带轮，同步带轮之间通过同步带传动连接；所述的减速器的输出端和主轴的中部之间分别套设有第一链轮和第二链轮，所述的第一链轮和第二链轮之间通过链条传动连接；

所述的主轴的两端端部分别设置有所述的十字结构，所述的主轴带动十字结构作旋转运动；所述的十字结构包括十字轴承固定件、轴承以及滑杆，所述的十字轴承固定件的四个轴头上分别安装有若干个带法兰边的轴承，四个轴头上的轴承组件围合构成一十字形装夹空间，所述的装夹空间内安装有相互垂直的滑杆，两根所述的滑杆形成一十字状，所述的滑杆沿着轴承外壁滑动，并且所述的滑杆的横截面 为正方形，十字状中心始终保持在一直线上；所述的滑杆的末端安装有用于固定车轮的U型钣金件；

所述的U型钣金件的内侧固定有一V型平底槽轴承，所述的车架上设置有用于控制十字状中心到楼梯间的距离的导轨，所述的导轨上开着有滑槽，所述的V型平底槽轴承卡接在所述的滑槽内并且可沿所述的滑槽滑动。

进一步，所述的减速器为蜗轮蜗杆，所述的蜗轮蜗杆相互啮合。

进一步，所述的第二链轮是棘轮。

快速平稳上楼助力车是一款可以完全平稳且快速上楼、占用空间小的电动助力车。用于搬运货物。通过改装也可做成上楼轮椅，乘坐者的舒适性远高于现有大部分上楼轮椅。

本实用新型通过分析普通助力车上楼的运动轨迹曲线，自主设计出可以抵消车身颠簸的上楼结构。利用可以相对滑动的滑杆控制八个车轮的运动，提高上楼稳定性的同时大大提高上楼速度。能在室内最常见的规格为300*150(mm)楼梯上保持直线上楼，同时适应不同楼梯。

本实用新型的核心结构巧妙，解决了现有上楼车速度慢，颠簸大的问题，是一个巨大突破。可用于送水上楼，家具搬运，搬家公司，快递上楼，制作上楼轮椅等。由于快速平稳的特点，可以节省人力物力，创造极高的经济效益。同时为上楼助力车的研发提供了新的方向，具有很大的发展空间。

本实用新型在爬楼梯时，能够像多足式爬楼梯装置和履带式爬楼梯装置一样在运动的同时保持平稳，重心没有上下起伏。但是相比于 前者，上楼助力车结构简单，上楼过程连续，同时上楼助力车上楼时车身呈水平状态。所以相比上述三种爬楼梯装置，上楼助力车有着非常大的优势。

上楼助力车不仅在楼梯上能平稳前进，在平地上也是非常灵活的。四个PU车轮同时着地保证了小车在平地上前进时受力均衡稳定。蜗轮蜗杆减速器自锁配合棘轮传动，不仅在小车爬楼时可以避免小车倒退跌落台阶的意外发生，同时在平地上可以使四轮着地模式轻易转化成二轮着地，实现原地转弯或者倒车功能。而轮组式爬楼装置(四轮着地)和履带式爬楼装置在平地上的转弯就会比较吃力了。所以相比上述三种爬楼梯装置，上楼助力车有着非常大的优势。

本实用新型的有益效果体现在：

1、巧妙的设计使用了固定导轨来确定上楼轨迹。

2、利用十字形的滑杆设计解决了上楼装置重心问题。

3、利用每八个轴承约束一根方形滑杆的运动，使滑杆只能在轴向滑动而不能转动，滑杆之间互不影响。

4、结构简单实用，适用于不同的楼梯。

附图说明

图1是现有轮组式爬楼梯装置重心轨迹示意图。

图2是本实用新型整体结构示意图。

图3是本实用新型十字结构示意图。

图4是本实用新型十字结构立体图。

图5a是本实用新型上楼瞬间示意图。

图5b是本实用新型导轨曲线示意图。

图6是本实用新型动力结构示意图。

图7是本实用新型十字结构局部示意图。

图8是本实用新型导轨滑槽与V型平底槽轴承配合安装示意图。

具体实施方式

参照图2至图8，快速平稳上楼助力车,包括一车架1和车轮2，还包括十字机构3以及用于驱动十字结构3的动力结构4，所述的动力结构4固定安装在车架1下方；

所述的动力结构4包括电机41、减速器42、同步带轮43、同步带44以及主轴48，所述的电机41的电机轴和减速器42的输入端之间分别套设有同步带轮43，同步带轮43之间通过同步带44传动连接；所述的减速器42的输出端和主轴48的中部之间分别套设有第一链轮45和第二链轮46，所述的第一链轮45和第二链轮46之间通过链条47传动连接；

所述的主轴48的两端端部分别设置有所述的十字结构3，所述的主轴48带动十字结构3作旋转运动；所述的十字结构3包括十字轴承固定件31、轴承33以及滑杆32，所述的十字轴承固定件31的四个轴头上分别安装有若干个带法兰边的轴承33，四个轴头上的轴承组件围合构成一十字形装夹空间，所述的装夹空间内安装有相互垂直的滑杆32，两根所述的滑杆32形成一十字状，所述的滑杆32沿着轴承33外壁滑动，并且所述的滑杆32的横截面为正方形，十字状中心始终保持在一直线上；所述的滑杆32的末端安装有用于固定车 轮2的U型钣金件34；

所述的U型钣金件34的内侧固定有一V型平底槽轴承35，所述的车架1上设置有用于控制十字状中心到楼梯间的距离的导轨5，所述的导轨5上开着有滑槽，所述的V型平底槽轴承35卡接在所述的滑槽内并且可沿所述的滑槽滑动。

进一步，所述的减速器42为蜗轮蜗杆，所述的蜗轮蜗杆相互啮合。

进一步，所述的第二链轮46是棘轮。

本实施例通过分析普通助力车上楼的运动轨迹曲线，自主设计出可以抵消车身颠簸的上楼结构。利用可以相对滑动的滑杆控制八个车轮的运动，提高上楼稳定性的同时大大提高上楼速度。能在室内最常见的规格为300*150(mm)楼梯上保持直线上楼，同时适应不同楼梯。

本实施例中导轨的设计曲线的计算过程如下：

普通轮组式装置上楼时由于车轮与车身的距离固定，爬楼时车身以车轮做圆心周期做圆弧运动，车身无法保持在一条直线上，造成颠簸。故改变车轮与车身的距离，补偿做圆弧运动时车身高度的变化，即可消去上楼装置的不稳性。

参考图5a，A₁B₁和A₂B₂为两组相互垂直的滑杆结构。以A₂为圆心，B₂A₂转动，O沿直线向右上，O’，O”，O”’，O₁为路径上的点，且A₂O”’⊥OO₁，最终点为O₁，此时OA₂⊥A₂O₁，并换圆心(图中换为 B₁)，循环这个过程。此时B₂走过的路径为导轨受力部分。

受力部分计算：

设∠O”A₂O”’为θ(大部分楼梯规格为150mm*300mm左右，A₁OO₁A₂构成一个平行四边形，可以算出A₂O”’)

A₂B₂总长为：l＝411.5mm②(保证小车运动过程中零件之间不发生干涉的任意一个数值)

在小车上建立极坐标方程：以O为原点，自变量为θ∈(-π/4，π/4)因变量P为B₂O长度，B₂的轨迹就是导轨受力部分方程

由此：导轨

由于建模需要，化为参数方程得到：

$x=(411.5-167.7051/\cos (t\left)\right)\×cos(0.462117+\frac{pi}{2}+t)$

$y=(411.5-167.7051/\cos (t\left)\right)\×\sin (0.462117+\frac{pi}{2}+t)$

t₁＝-pi/4

t₂＝pi/4

为了保证导轨对滑杆伸缩的完全控制以及上楼的可靠性，我们对得到的曲线进行了适当调整，最后得到如图5b所示的导轨曲线。将曲线沿左右径向各移动10mm，得到的新轨迹就是滑槽上下两片导轨的内侧曲线，采用数控铣床加工，同时加工出一定倒角，允许装配误差。

本实施例以电机41提供动力，然后通过同步带轮43和同步带44带动减速比为1:60的减速器42，提高输出转矩。减速器42带动第一链轮45旋转，进而带动链条47再带动第二链轮46转动，第二链轮46为棘轮，从而单向带动主轴旋转，最后带动十字结构,3旋转。

因为电机正常工作时转速比较高，所以电机与减速器之间若采用链条传动，会产生比较大的噪音，为避免这种情况，我们采用了同步轮来降低噪音，同时保证了良好的传动效率。蜗轮蜗杆减速器配合棘轮是为了防止在正转上楼或停止时助力车后退而造成的安全问题。而需要后退时，则使电机反转，消除蜗杆减速器自锁的影响，然后就可以平稳下楼。

十字结构逆时针旋转四个车轮2交替着地，完成上楼动作，车轮与十字轴承固定件之间的距离可变，且完全受控，通过控制距离，可以保证十字结构在上楼过程中完全保持一条直线上楼。

本实施例中，十字轴承固定件上装有16个带法兰边的轴承33， 每8个轴承装夹一条滑杆32，滑杆32的横截面为正方形，保证滑杆32只能在轴承33之间滑动而自身不会转动。该滑杆结构保证上楼助力车爬楼时每边的两对轮子在保持相对垂直的同时又可以在轴向自由滑动，互不干扰。通过控制滑杆在轴承间的滑动，保证在上楼过程中，十字滑杆结构的中心一直保持在一条直线上。从根本上解决了轮组式上楼装置重心起伏的问题。

另外，本实施例中，齿轮齿条构成的十字结构可以代替滑杆导轨结构，齿轮代替十字结构中的轴承，齿条代替十字结构中的滑杆。使用步进电机配合蜗杆减速器，带动齿轮转动，控制齿条的伸缩，提供部分动力。该方案结构较为复杂，但是通过对步进电机的控制，对于所有楼梯都可以做到完全没有颠簸，上楼轨迹完全保持一条直线。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，本实用新型的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也及于本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。