專利名稱：一種可上下樓梯和平地行走的自平衡電動(dòng)輪椅的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種特殊的交通工具，是為下肢行動(dòng)不便的人士提供的一種有動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的代步工具，具體為一種可上下樓梯和平地行走的自平衡電動(dòng)輪椅。
背景技術(shù)：
輪椅是下肢活動(dòng)不便的殘疾人士、病人和老年人非常重要的代步工具?，F(xiàn)有技術(shù)中的電動(dòng)輪椅包括座椅、車體架和車輪，其中座椅固定設(shè)于車體架上，車輪為兩個(gè)或四個(gè)， 左右對(duì)稱布置在座椅的兩側(cè)，車體架上的電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使輪椅運(yùn)動(dòng)。當(dāng)車輪為四個(gè)時(shí)，乘坐者不需要有人在旁協(xié)助即能夠保持輪椅平衡；當(dāng)車輪為兩個(gè)時(shí)，需有人在旁協(xié)助乘坐者以保持輪椅平衡。無(wú)論車輪為兩個(gè)還是四個(gè)的輪椅，上下樓梯都非常困難。為使輪椅能夠上下樓梯，將普通的車輪變成星形輪或履帶式車輪組，但此種輪椅不適合平地行走，通用性不強(qiáng)；另外星形輪或履帶式車輪組的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本很高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種即可平地行走又可上下樓梯的自平衡電動(dòng)輪椅，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單， 成本低。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種可上下樓梯和平地行走的自平衡電動(dòng)輪椅，所述輪椅包括座椅、車體架和車輪，其中座椅固定設(shè)于車體架上，所述車輪為兩個(gè)，這兩個(gè)車輪左右對(duì)稱布置在座椅的兩側(cè)，所述車體架上設(shè)有兩個(gè)伺服電機(jī)，每個(gè)伺服電機(jī)與一個(gè)車輪傳動(dòng)連接，在每個(gè)車輪外側(cè)或內(nèi)側(cè)的輪軸上，沿輪軸周向均勻設(shè)置至少三個(gè)液壓臂，每個(gè)液壓臂均沿輪軸徑向伸出，液壓臂上設(shè)有驅(qū)動(dòng)油缸，該驅(qū)動(dòng)油缸經(jīng)油管和液壓電磁閥與油泵連接，所述液壓電磁閥和油泵安裝在車體架上。上述技術(shù)方案中的有關(guān)內(nèi)容解釋如下
上述方案中，所述油泵和伺服電機(jī)的控制開(kāi)關(guān)設(shè)于座椅的扶手上。本發(fā)明工作原理是座椅上設(shè)有重力感應(yīng)器，在車體架上設(shè)有用于探測(cè)輪椅前方和后方路況的探測(cè)器、用于控制伺服電機(jī)和液壓臂的油泵的電控系統(tǒng)以及用于提供電源的電池或者發(fā)電機(jī)，伺服電機(jī)、液壓臂、重力感應(yīng)器和探測(cè)器與電控系統(tǒng)電連接。探測(cè)器探測(cè)到輪椅前方為平地時(shí)，電控系統(tǒng)控制液壓臂縮回至其長(zhǎng)度小于車輪半徑，車輪的輪緣著地，電控系統(tǒng)控制伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)彎時(shí)，兩個(gè)伺服電機(jī)其中一個(gè)的電源被切斷，兩車輪產(chǎn)生差速，實(shí)現(xiàn)輪椅的轉(zhuǎn)彎。直線行車時(shí)，兩個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩車輪同速轉(zhuǎn)動(dòng)。乘坐者坐在座椅上，當(dāng)乘坐者身體直立時(shí)，重力感應(yīng)器檢測(cè)到輪椅重心落在左、右車輪與地面接觸點(diǎn)的連線中心位置，輪椅保持平衡不動(dòng)，車輪靜止，此為輪椅在平地的靜態(tài)平衡狀態(tài)；當(dāng)乘坐者身體前傾時(shí)，重力感應(yīng)器檢測(cè)到輪椅重心前移，電控系統(tǒng)根據(jù)重力感應(yīng)器的感應(yīng)信號(hào)輸出控制信號(hào)給伺服電機(jī)，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪向前轉(zhuǎn)動(dòng)，且根據(jù)輪椅傾斜角度及角速度的大小控制車輪前進(jìn)的力量大小，一方面平衡人與輪椅往前傾倒的扭矩，維持輪椅平衡，一方面產(chǎn)生讓輪椅前進(jìn)的加速度；當(dāng)乘坐者身體向后傾時(shí)，重力感應(yīng)器檢測(cè)到輪椅重心后移，電控系統(tǒng)根據(jù)重力感應(yīng)器的感應(yīng)信號(hào)輸出控制信號(hào)給伺服電機(jī)，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪向后轉(zhuǎn)動(dòng)，且根據(jù)輪椅傾斜角度及角速度的大小控制車輪后退的力量大小，一方面平衡人與輪椅往后傾倒的扭矩，維持輪椅平衡，一方面產(chǎn)生讓輪椅后退、減速或剎車的加速度；即乘坐者只要改變自己身體的角度往前或往后傾，輪椅就會(huì)根據(jù)傾斜的方向前進(jìn)、后退、減速或剎車，而輪椅行車速度與乘坐者身體傾斜的程度呈正比，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互感應(yīng)式控制。探測(cè)器探測(cè)到輪椅前方為樓梯時(shí)，將階高、階距等信息傳遞至電控系統(tǒng)，電控系統(tǒng)控制油泵驅(qū)動(dòng)液壓臂向車輪徑向外沿方向伸出至液壓臂長(zhǎng)度大于車輪半徑，且液壓臂長(zhǎng)度相對(duì)于樓梯階高和階距處于合適位置，液壓臂外端著地，電控系統(tǒng)控制液壓臂交替伸出的速度，使輪椅爬到上一級(jí)或下一級(jí)臺(tái)階，實(shí)現(xiàn)上樓或下樓。為保證乘坐者的舒適，在上樓梯時(shí)，人臉背對(duì)前進(jìn)方向；在下樓梯時(shí)，人臉朝向前進(jìn)方向，使乘坐者的上半身可以一直保持直立，為輪椅的平衡形態(tài)。重力感應(yīng)器感測(cè)到輪椅和乘坐者整體的重心位置后控制油泵驅(qū)動(dòng)液壓臂的伸出速度，使輪椅保持平衡。由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)
1、由于本發(fā)明在平地行走時(shí)液壓臂收縮，車輪外緣著地，在上、下樓梯時(shí)液壓臂伸出并著地，使輪椅即適合于平地行走，又能夠上下樓梯，因此通用性強(qiáng)。2、由于本發(fā)明左右車輪由不同的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可減小輪椅的轉(zhuǎn)彎半徑，使輪椅可以在小空間范圍內(nèi)靈活運(yùn)動(dòng)。


附圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖2為附圖1平地平衡時(shí)的使用狀態(tài)圖； 附圖3為附圖1平地前進(jìn)時(shí)的使用狀態(tài)圖； 附圖4為附圖1平地后退時(shí)的使用狀態(tài)圖； 附圖5為附圖1在上樓梯時(shí)的使用狀態(tài)圖。以上附圖中1、座椅；2、車體架；3、車輪；4、伺服電機(jī)；5、液壓臂；6、驅(qū)動(dòng)油缸；7、 扶手；8、控制開(kāi)關(guān)；9、重力感應(yīng)器。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述
實(shí)施例參見(jiàn)附圖1所示，一種可上下樓梯和平地行走的自平衡電動(dòng)輪椅，輪椅包括座椅1、車體架2和車輪3，其中座椅1固定設(shè)于車體架2上，車輪3為兩個(gè)，這兩個(gè)車輪3左右對(duì)稱布置在座椅1的兩側(cè)，車體架2上設(shè)有兩個(gè)伺服電機(jī)4，每個(gè)伺服電機(jī)4與一個(gè)車輪 3傳動(dòng)連接，在每個(gè)車輪3外側(cè)的輪軸上，沿輪軸周向均勻設(shè)置三個(gè)液壓臂5，在其他例子中液壓臂5可為四個(gè)、五個(gè)或者更多個(gè)，另外液壓臂5還可設(shè)置在車輪3內(nèi)側(cè)的輪軸上。每個(gè)液壓臂5均沿輪軸徑向伸出，液壓臂5上設(shè)有驅(qū)動(dòng)油缸6，該驅(qū)動(dòng)油缸6經(jīng)油管和液壓電磁閥與油泵連接，液壓電磁閥和油泵安裝在車體架2上。油泵和伺服電機(jī)4的控制開(kāi)關(guān)8設(shè)于座椅1的扶手7上。座椅1上設(shè)有重力感應(yīng)器9，在車體架2上設(shè)有用于探測(cè)輪椅前方和后方路況的探測(cè)器、用于控制伺服電機(jī)4和液壓臂5的油泵的電控系統(tǒng)以及用于提供電源的電池或者發(fā)電機(jī)，伺服電機(jī)4、液壓臂5、重力感應(yīng)器9和探測(cè)器與電控系統(tǒng)電連接。此種維持運(yùn)動(dòng)和平衡的自平衡電控系統(tǒng)在現(xiàn)有技術(shù)中已有記載，例如中國(guó)專利(專利號(hào)02258700. 4)《自平衡兩輪電動(dòng)車》中所示，通過(guò)設(shè)于輪椅上的控制電路、驅(qū)動(dòng)電路和傳感器等部件來(lái)控制車輪與車體的運(yùn)動(dòng)及平衡狀態(tài)。探測(cè)器探測(cè)到輪椅前方為平地時(shí)，電控系統(tǒng)控制液壓臂5縮回至其長(zhǎng)度小于車輪半徑3，車輪3的輪緣著地，電控系統(tǒng)控制伺服電機(jī)4驅(qū)動(dòng)車輪3旋轉(zhuǎn)。直線行車時(shí)，兩個(gè)伺服電機(jī)4驅(qū)動(dòng)兩車輪3同速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)彎時(shí)，兩個(gè)伺服電機(jī)4其中一個(gè)的電源被切斷，兩車輪 3產(chǎn)生差速，實(shí)現(xiàn)輪椅的轉(zhuǎn)彎。參見(jiàn)附圖2所示，乘坐者坐在座椅1上，當(dāng)乘坐者身體直立時(shí)，重力感應(yīng)器9檢測(cè)到輪椅重心落在左、右車輪3與地面接觸點(diǎn)的連線中心位置，輪椅保持平衡不動(dòng)，車輪靜止，此為輪椅在平地的靜態(tài)平衡狀態(tài)。參見(jiàn)附圖3所示，當(dāng)乘坐者身體前傾時(shí)，重力感應(yīng)器9檢測(cè)到輪椅重心前移，電控系統(tǒng)根據(jù)重力感應(yīng)器9的感應(yīng)信號(hào)輸出控制信號(hào)給伺服電機(jī)4，伺服電機(jī)4驅(qū)動(dòng)車輪3向前轉(zhuǎn)動(dòng)，且根據(jù)輪椅傾斜角度及角速度的大小控制車輪3前進(jìn)的力量大小，一方面平衡人與輪椅往前傾倒的扭矩，維持輪椅平衡，一方面產(chǎn)生讓輪椅前進(jìn)的加速度。參見(jiàn)附圖4所述，當(dāng)乘坐者身體向后傾時(shí)，重力感應(yīng)器9檢測(cè)到輪椅重心后移，電控系統(tǒng)根據(jù)重力感應(yīng)器9的感應(yīng)信號(hào)輸出控制信號(hào)給伺服電機(jī)4，伺服電機(jī)4驅(qū)動(dòng)車輪3向后轉(zhuǎn)動(dòng)，且根據(jù)輪椅傾斜角度及角速度的大小控制車輪3后退的力量大小，一方面平衡人與輪椅往后傾倒的扭矩，維持輪椅平衡，一方面產(chǎn)生讓輪椅后退、減速或剎車的加速度。乘坐者只要改變自己身體的角度往前或往后傾，輪椅就會(huì)根據(jù)傾斜的方向前進(jìn)、 后退、減速或剎車，而輪椅行車速度與乘坐者身體傾斜的程度呈正比，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)交互感應(yīng)式控制。參見(jiàn)附圖5所示，探測(cè)器探測(cè)到輪椅前方為樓梯時(shí)，將階高、階距等信息傳遞至電控系統(tǒng)，電控系統(tǒng)控制油泵驅(qū)動(dòng)液壓臂5向車輪3徑向外沿方向伸出至液壓臂5長(zhǎng)度大于車輪3半徑，且液壓臂5長(zhǎng)度相對(duì)于樓梯階高和階距處于合適位置，液壓臂5外端著地，電控系統(tǒng)控制液壓臂5交替伸出的速度，使輪椅爬到上一級(jí)或下一級(jí)臺(tái)階，實(shí)現(xiàn)上樓或下樓。為保證乘坐者的舒適，在上樓梯時(shí)，人臉背對(duì)前進(jìn)方向；在下樓梯時(shí)，人臉朝向前進(jìn)方向，使乘坐者的上半身可以一直保持直立，為輪椅的平衡形態(tài)。重力感應(yīng)器9感測(cè)到輪椅和乘坐者整體的重心位置后控制油泵驅(qū)動(dòng)液壓臂5的伸出速度，使輪椅保持平衡。上述實(shí)施例只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種可上下樓梯和平地行走的自平衡電動(dòng)輪椅，所述輪椅包括座椅(1)、車體架(2 ) 和車輪(3)，其中座椅(1)固定設(shè)于車體架(2)上，其特征在于所述車輪(3)為兩個(gè)，這兩個(gè)車輪(3 )左右對(duì)稱布置在座椅(1)的兩側(cè)，所述車體架(2 )上設(shè)有兩個(gè)伺服電機(jī)(4 )，每個(gè)伺服電機(jī)(4)與一個(gè)車輪(3)傳動(dòng)連接，在每個(gè)車輪(3)外側(cè)或內(nèi)側(cè)的輪軸上，沿輪軸周向均勻設(shè)置至少三個(gè)液壓臂(5)，每個(gè)液壓臂(5)均沿輪軸徑向伸出，液壓臂(5)上設(shè)有驅(qū)動(dòng)油缸(6)，該驅(qū)動(dòng)油缸(6)經(jīng)油管和液壓電磁閥與油泵連接，所述液壓電磁閥和油泵安裝在車體架(2)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可上下樓梯和平地行走的自平衡電動(dòng)輪椅，其特征在于所述油泵和伺服電機(jī)(4)的控制開(kāi)關(guān)(8)設(shè)于座椅(1)的扶手(7)上。
全文摘要
本發(fā)明的一種可上下樓梯和平地行走的自平衡電動(dòng)輪椅，包括座椅(1)、車體架(2)和車輪(3)，其中座椅(1)固定設(shè)于車體架(2)上，其特征在于所述車輪(3)為兩個(gè)，這兩個(gè)車輪(3)左右對(duì)稱布置在座椅(1)的兩側(cè)，所述車體架(2)上設(shè)有兩個(gè)伺服電機(jī)(4)，每個(gè)伺服電機(jī)(4)與一個(gè)車輪(3)傳動(dòng)連接，在每個(gè)車輪(3)外側(cè)或內(nèi)側(cè)的輪軸上，沿輪軸周向均勻設(shè)置至少三個(gè)液壓臂(5)，每個(gè)液壓臂(5)均沿輪軸徑向伸出，液壓臂(5)上設(shè)有驅(qū)動(dòng)油缸(6)，該驅(qū)動(dòng)油缸(6)經(jīng)油管和液壓電磁閥與油泵連接，所述液壓電磁閥和油泵安裝在車體架(2)上。本發(fā)明即可平地行走又可上下樓梯，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，成本低。
文檔編號(hào)A61G5/06GK102309381SQ201110239969
公開(kāi)日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2011年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月19日
發(fā)明者鐘群明 申請(qǐng)人:鐘群明