助老爬楼机

本实用新型涉及一种爬楼机，尤其涉及一种助老爬楼机。

背景技术：

智慧城市、智慧社会是目前社会发展的主旋律，人口老龄化的健康养老被广泛关注。针对一些二线城市的住房来说，大多是上个世纪八九十年代修建的复式房屋。这些楼房基本未安装电梯，且安装电梯极为不便。另外，若安装辅助改造设备会对楼梯地面造成损伤。

每年老人摔伤致使骨折的原因，很大一部分是因为老人上下楼梯时“踩空”。而老人在日常生活中又要有必要的运动去锻炼腿部肌肉以及适当的锻炼骨关节，减少老年病的发生。另外，市面上出现了很多辅助老人上楼梯机械设备，主要可以分为以下两种类型：

第一种采用站立式电梯的模式，这种站立式电梯包含导轨、脚踏板、滚轮、扶手等结构组成，老人站在脚踏板上即可上楼下楼，主要应用在如商场，地铁站以及一些公共场所。

第二种是座椅式电梯，座椅式电梯相对于站立式电梯的使用范围更加广泛，座椅式电梯的结构一般是由轨道，驱动装置，和座椅三部分构成，驱动装置和座椅是安装在一起的，所以从外观来看，像一个在轨道上运行的椅子，其安全性和可靠性也较站立式电梯要高出许多，同时也实现了辅助老人上下楼的功能。

但这两种设备，均存在一些问题。例如针对第一种电梯，达到了辅助老人上下楼梯的要求，但其特点是工程量巨大，同时所耗费的成本在2-3万元，成本比较高。而且其安全性与稳定性较差，老人需要站立在电梯上，其很容易出现重心失衡，或者当电梯出现意外卡顿时严重的可能会对老人造成一定损伤。对于第二种电梯，若选用稳定性好的设备，则价格昂贵，甚至达到了30万元左右；其次，座椅式的电梯安装起来十分的复杂，他要对整个楼梯进行改造，会改变原有的装修模式，等于加装此类设备还需要对房间进行二次装修；除以上两种特点外，座椅式的电梯其所占空间较大，对于复式楼层来讲楼梯之间的宽度并不是很大，若加设了此类设备会造成阻碍不用此设备的家人通行，同时阻塞楼梯也会造成紧急情况下撤离的困难，增加了安全隐患。而且针对这两种机械，均只需要老人站在上面，无法对老人的腿部进行锻炼。

另外，在测距方面，随着科学技术的不断发展，在测距领域也先后出现了激光测距、微波雷达测距、超声波测距及红外线测距等方式。作为一种应用广泛、测量精度高的测量方式，红外测距利用红外线传播时不扩散、折射率小的特性，根据红外线从发射模块发出到被物体反射回来被接受模块接受所需要的时间，采用相应的测距公式来实现对物体距离的测量。红外测距最早出现于上世纪60年代，是一种以红外线作为传输介质的测量方法。红外测距的研究有着非比寻常的意义，其本身具有其他测距方式没有的特点，技术难度相对不大，系统构成成本较低、性能良好、使用方便、简单，对各行各业均有着不可或缺的贡献，因而其市场需求量更大，发展空间更广。

技术实现要素：

本实用新型的目的就在于提供一种解决上述问题，将爬楼过程巧妙转化为平地行走的过程，安全可靠、成本低廉，不用安装、普适性高，且能起到一定锻炼效果的助老爬楼机。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是这样的：一种助老爬楼机，包括两并排设置用于支撑腿部的支撑单元、位于两支撑单元间的平移连接机构、和控制器；

所述支撑单元包括上底板、下底板，二者形状相同且重叠设置，二者间设有电动升降机构，所述电动升降机构用于改变上底板、下底板的间距，所述上底板包括两侧面和两端面，且两上底板的侧面相互平行；

两上底板间设有两c型槽，所述c型槽正面为凹槽、背面为平面，两上底板相邻的一侧面分别位于两凹槽内并固定，两下底板的一端面安装有红外测距传感器；

所述平移连接机构与两c型槽固定连接，用于带动两c型槽沿其长度方向平移；

所述电动升降机构、平移连接机构、红外测距传感器均与控制器连接，所述控制器用于根据红外测距传感器的信息，控制电动升降机构、平移连接机构运动。

作为优选：所述平移连接机构包括一齿轮齿条传动机构，所述齿轮齿条传动机构包括一齿轮和两相互平行的齿条，所述齿轮水平设置，底部设有驱动其旋转的第一步进电机，两侧与两齿条啮合，两齿条相背的一面分别与两c型槽的背面固定连接；所述平移连接机构还包括用于装配齿轮、齿条和c型槽的连接板。

作为优选：所述电动升降机构包括两第一单头梯形螺纹传动机构；

所述第一单头梯形螺纹传动机构包括一单头梯形螺杆，所述单头梯形螺杆包括中部的限位块、和限位块两侧旋向相反的螺纹部，两螺纹部上对称设有一滑块铰座，所述滑块铰座上、下两面分别设有一铰接部，两螺纹部正上方、正下方分别设有一连杆，所述连杆与单头梯形螺杆位于同一竖直面，且一端与铰接部一一对应铰接；

上底板、下底板相向的一面四个边角处，分别设有一第一固定铰支座，两第一单头梯形螺纹传动机构分别位于上底板两侧面，且连杆远离铰接部的一端，与第一固定铰支座一一对应连接；

两单头梯形螺杆经锥齿轮传动机构连接第二步进电机，由第二步进电机驱动其沿转轴旋转，并带动两滑块铰座对称靠近或远离，所述第二步进电机连接控制器。

作为优选：两第一单头梯形螺纹传动机构间，还设有与之平行的第二单头梯形螺纹传动机构，所述第二单头梯形螺纹传动机构的结构与第一单头梯形螺纹传动机构相同，经锥齿轮传动机构连接第二步进电机，且旋转方向与第一单头梯形螺纹传动机构相反；

上底板、下底板相向的一面的中部，分别设有两用于连接第二单头梯形螺纹传动机构中连杆的第二固定铰支座。

本实用新型提出了一种新的助老爬楼机的机械结构，该结构整体由控制器控制其运动，该结构包括两支撑单元、一平移连接机构、和一控制器。

关于支撑单元：

（1）分别用来支撑人体的两腿，老人两脚站在并排设置的支撑单元上即可。支撑单元由上底板、下底板和二者间的电动升降机构组成本实用新型中，我们的电动升降机构采用单头梯形螺杆，它包括两个旋向相反的螺纹部，在两个螺纹部上设置滑块铰座后，单头梯形螺杆旋转，两个滑块铰座只能完成相反的运动，如相互靠近、或相互远离。

（2）那么当我们在滑块铰座和上下底板间设置了连杆后，四根连杆形成x形，也就是剪力结构，同时张开和收缩，例如，当两滑块铰座相互靠近时，四根连杆倾斜角度变小，上底板、下底板靠近，间距变小；当两滑块铰座相互远离时，四根连杆倾斜角度变大，上底板、下底板远离，间距变大。

（3）我们一共设置了两组第一单头梯形螺纹传动机构，分别位于上底板两侧面的下方，又因为两第一单头梯形螺纹传动机构的两根单头梯形螺杆均受第二步进电机驱动，其运动方式完全相同，两组第一单头梯形螺纹传动机构中的滑块铰座、运动方式相同，连杆变化也相同，当第二步进电机转动时，两组第一单头梯形螺纹传动机构中的连杆，同时倾斜角度变大、或变小，改变上、下底板间距。这种设置两组第一单头梯形螺纹传动机构，且变化方式相同的方法，可以使上底板、下底板运动得更加平稳。

在两组第一单头梯形螺纹传动机构的基础上，我们还增设了第二单头梯形螺纹传动机构，它位于两第一单头梯形螺纹传动机构之间，也就是上底板、和下底板的中部，它旋转方向与第一单头梯形螺纹传动机构相反、但其连接的第二固定铰支座位于上、下底板的中部，所以当第一单头梯形螺纹传动机构倾斜角度变大时，第二单头梯形螺纹传动机构的倾斜角度也同时变大，三者的倾斜角度变同步变化，从而使上底板、下底板运动得更加平稳。

（4）关于锥齿轮传动机构，主要是能将改变力的方向，当第二步进电机竖直设置时，能将竖直方向的力转变成水平方向的力，来驱动三根单头梯形螺杆。

（5）关于红外测距传感器，由于其位于两下底板的一端面，一般是正对楼梯的端面，主要用来测量台阶，当下底板在抬升时，若没提升到台阶表面，则是被台阶侧面遮挡的，距离短，而当提升到台阶表面后，则刚好不被遮挡，距离变长，此时下底板向内测平移直至临近台阶侧面，传感器由于距离的变化再次被触发。我们可以根据这个变化来进行控制，控制器接收两边下底板红外测距传感器传回的变化的信号，通过不同状态量就可以判断下底板是否已提升至与台阶平齐，并控制支撑单元完成抬升和平移运动。

关于平移连接机构：

（1）其与c型槽固定连接，而c型槽连接上底板，所以用来带动上底板平移。c型槽的结构，可以承受较大的弯矩与剪切能力，以此确保平移连接机构传动的平稳性。

（2）我们的平移连接机构为齿轮齿条传动机构，具体为一齿轮和两齿条，当齿轮转动时，齿条会发生相对运动、带动c型槽运动，从而带动上底板运动，上底板与下底板是连接在一起的，也就是说，最终能带动支撑单元平移运动。

（3）齿轮齿条传动机构的运动方式为，当其与支撑单元连接在一起后，假设两支撑单元分布在左右两侧，则传动方式可以具体解释如下：假设左侧承重时，左侧支撑单元无法运动，与左侧上底板连接的齿条也无法运动，则第一步进电机旋转时，左侧齿条不动，齿轮沿着左侧齿条长度方向前后运动，且右侧齿条与齿轮啮合，也沿其自身长度方向运动。当右侧承重时，则情况相反，右侧齿条不动，齿轮沿着右侧齿条长度方向前后运动，而左侧齿条与齿轮啮合，也沿其自身长度方向运动。

关于控制器：控制器主要是根据红外测距传感器的信息，控制电动升降机构、平移连接机构运动，具体的说，也就是控制第一步进电机、第二步进电机运动。基于该实用新型的结构，配合成熟的编程技术，可以让本实用新型的产品模拟人体上楼梯的运动。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：提出了一种新的上楼梯的装置结构，主要包含支撑单元、电动升降机构、平移连接机构、并由控制器来控制其运动。本实用新型能将老年人上楼的过程拆解为分步上楼，通过电动升降机构来撑开或压缩支撑单元，实现平台上下平层之间距离的压缩和伸展，通过平移连接机构实现水平方向上的平移。

本实用新型不同于现有技术中的爬楼机，让老人完全不动，而是巧妙地将上下楼梯过的程转换为平地行走的过程。工作时，主动带动老人完成腿部前迈的动作，不仅可以辅助锻炼腿部肌肉，且结构简单、安装方法，无需安装导轨装置。且成本低廉，易于推广。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为图1另一角度结构示意图；

图3为第一单头梯形螺纹传动机构结构示意图；

图4为单头梯形螺杆结构示意图；

图5为滑块铰座的结构示意图；

图6为平移连接机构的结构示意图；

图7为锥齿轮传动机构结构示意图；

图8为上楼状态图；

图9为本实用新型电路原理图。

图中：1、下底板；2、上底板；3、c型槽；4、红外测距传感器；5、单头梯形螺杆；6、限位块；7、螺纹部；8、滑块铰座；9、铰接部；10、连杆；11、第一固定铰支座；12、锥齿轮传动机构；13、第二步进电机；14、齿轮；15、齿条；16、连接板；17、第一步进电机；18、电源；19、锥齿轮；20、丝杆；21、第二固定铰支座。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。

实施例1：参见图1-图9，一种助老爬楼机，包括两并排设置用于支撑腿部的支撑单元、位于两支撑单元间的平移连接机构、和控制器；

所述支撑单元包括上底板2、下底板1，二者形状相同且重叠设置，二者间设有电动升降机构，所述电动升降机构用于改变上底板2、下底板1的间距，所述上底板2包括两侧面和两端面，且两上底板2的侧面相互平行；

两上底板2间设有两c型槽3，所述c型槽3正面为凹槽、背面为平面，两上底板2相邻的一侧面分别位于两凹槽内并固定，两下底板1的一端面安装有红外测距传感器4；

所述平移连接机构与两c型槽3固定连接，用于带动两c型槽3沿其长度方向平移；

所述电动升降机构、平移连接机构、红外测距传感器4均与控制器连接，所述控制器用于根据红外测距传感器4的信息，控制电动升降机构、平移连接机构运动。本实施例中还包括为各用电单元供电的电源18，该电源18一般为蓄电池。

实施例2：参见图1-图9，本实施例2在实施例的基础上进行改进。

所述平移连接机构包括一齿轮齿条传动机构，所述齿轮齿条传动机构包括一齿轮14和两相互平行的齿条15，所述齿轮14水平设置，底部设有驱动其旋转的第一步进电机17，两侧与两齿条15啮合，两齿条15相背的一面分别与两c型槽3的背面固定连接；所述平移连接机构还包括用于装配齿轮14、齿条15和c型槽3的连接板16。

所述电动升降机构包括两第一单头梯形螺纹传动机构；

所述第一单头梯形螺纹传动机构包括一单头梯形螺杆5，所述单头梯形螺杆5包括中部的限位块6、和限位块6两侧旋向相反的螺纹部7，两螺纹部7上对称设有一滑块铰座8，所述滑块铰座8上、下两面分别设有一铰接部9，两螺纹部7正上方、正下方分别设有一连杆10，所述连杆10与单头梯形螺杆5位于同一竖直面，且一端与铰接部9一一对应铰接；

上底板2、下底板1相向的一面四个边角处，分别设有一第一固定铰支座11，两第一单头梯形螺纹传动机构分别位于上底板2两侧面，且连杆10远离铰接部9的一端，与第一固定铰支座11一一对应连接；

两单头梯形螺杆5经锥齿轮传动机构12连接第二步进电机13，由第二步进电机13驱动其沿转轴旋转，并带动两滑块铰座8对称靠近或远离，所述第二步进电机13连接控制器。

所述锥齿轮传动机构12，包括丝杆20、锥齿轮19，丝杆20与第二步进电机13垂直设置，二者通过锥齿轮19传动，同理，由于单头梯形螺杆5与第二步进电机13的转轴垂直，如需丝杆20带动单头梯形螺杆5旋转，二者间也需要设置锥齿轮19。实施例2其余部分，与实施例1相同。

实施例3：参见图1到图9，本实施例3在实施例的基础上进行改进。本实施例在两第一单头梯形螺纹传动机构间，还设有与之平行的第二单头梯形螺纹传动机构，所述第二单头梯形螺纹传动机构的结构与第一单头梯形螺纹传动机构相同，经锥齿轮传动机构12连接第二步进电机13，且旋转方向与第一单头梯形螺纹传动机构相反；上底板2、下底板1相向的一面的中部，分别设有两用于连接第二单头梯形螺纹传动机构中连杆10的第二固定铰支座21。

本实用新型主要用来给老人上下楼，一般购买后，用于自家复式楼梯或未安装电梯的复式楼层的上下楼，能够适应不同高度的台阶，其实就是转化为电机的转动。这些属于已知的技术，简单的编程即可实现，在此我们不再累述。

本实用新型在使用时，可以通过红外测距传感器4来判断是否达到了抬升的高度，这样更加智能，实用于各种不同高度的台阶。当然，也可以根据固定使用的楼梯的实际台阶高度，预先在控制器中进行设置，先将本实用新型每一步的动作高度进行录入，按步骤执行即可。

为了更好的说明本实用新型的使用方法，我们结合图9，给出一个具体的上楼状态描述。

图9中，该状态一共分为（1）（2）（3）三步，且假设是从楼梯有第一阶、第二阶、第三阶；

（1），初始状态，两支撑单元均折叠，且位于第一阶。这种状态下，左右高度相同，前后距离相同，方便老人将左右两脚站立在两支撑单元的上底板2上。

（2）左侧支撑单元展开，使上底板2升高，从而带动右侧下底板1下表面与第二阶上表面平齐，然后右侧支撑单元整体向第二阶内侧平移，使右侧下底板1位于第二阶表面；也就是，右侧支撑单元，稳稳地站在第二阶上。

（3）左侧支撑单元折叠，同时，右侧支撑单元展开，并带动折叠后的左侧支撑单元升高，升高至左侧下底板1与第三阶上表面平齐，然后左侧支撑单元整体向第三阶内侧平移，使左侧下底板1位于第三阶表面；也就是，左侧支撑单元，稳稳地站在第三阶上。

以此类推即可完成上楼操作。下楼同理，根据上下楼的动作，拆解升级左右两支撑单元的升降、平移即可。

实施例4：参见图9在实际使用过程中，我们的控制器需要通过步进电机驱动模块去连接第一步进电机17、第二步进电机13。另外，还可以对本实用新型进行拓展，例如，用户通过客户端操作，发送指令给蓝牙模块来启动装置，装置接收到命令初始化完成后开始抬升工作，控制器通过红外测距传感器4对台阶参数的检测数据的分析，发送控制信号给步进电机驱动模块，驱动模块控制步进电机来完成对装置上升和平移的控制。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。