一种轮腿复合式轮椅的前腿机构制造技术

本发明专利技术公开一种轮腿复合式轮椅的前腿机构，其特征在于该前腿机构主要包括后连接板位姿调节机构，前连接板位姿调节机构，动力传动机构，变速传动机构和控制系统；所述后连接板位姿调节机构包括箱体、后连接板、主轴、曲柄、导杆、滑块、导杆座、左丝杠、左齿条螺母、上电磁离合器、左手柄、后导向轮、前导向轮及下轴；前连接板位姿调节机构包括前连接板、右丝杠、右齿条螺母、下电磁离合器、右手柄及上轴；动力传动机构主要有主轴、中小轴及下小轴、前导向轮和后导向轮、底中齿轮和底下齿轮；变速传动机构主要有螺母、弹簧、底中齿轮、摩擦片、后导向轮和上轴；控制系统主要包括传感检测模块、驱动模块和定时模块。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及轮椅技术，特别是一种轮腿复合式轮椅的前腿机构。该机构有利于爬楼梯和越障。
技术介绍
目前，关于爬楼梯轮椅的前腿机构主要有以下技术。姜晓东等设计的“电动步行式无障碍轮椅”公开了一种电动步行式无障碍轮椅(参见专利CNlol073526A)，其主要有座架、靠背架、前轮、后轮、机械腿及动力系统等构成，该轮椅上下楼梯时采用机械腿模拟人类步行的仿生技术，使用性能稳定安全，无下滑惯性，然而该轮椅在爬楼梯时需要人力推动，费时费力，控制和操纵都比较复杂，这些问题限制了它在日常生活中的推广使用。在龚道雄等人设计的“一种六足楼梯攀爬轮椅”(参见专利CN102755229A)中，该轮椅系统主要包括轮椅，三条椅前侧腿，三条椅背侧腿，电源控制器箱等组成，所述的三条椅前侧腿由髋关节、大腿、膝关节、小腿、踝关节和脚部组成。该轮椅的前腿可以跨越各种障碍以及在坎坷不平的路面上行走，并且在跨越障碍过程中座椅始终保持水平，保证了乘坐的舒适性和安全性。该轮椅不足之处是背靠着楼梯向上运动，前侧腿运动过程复杂，很难控制和操纵，平地运行时效率较低，同时由于其体积较大，很难在普通住宅上使用。马永为在“基于星轮系的爬楼梯轮椅研究〃(参见2008年天津大学《硕士学位论文》)一文中介绍了由日本早稻田大学理工学术院高西淳夫教授的研究室以及日本机器人开发企业Tmsuk联合开发的双足行走机器人“WL-16RI J1"，它由两条机械腿支撑一个座椅构成，每条机械腿有6个自由度，可向前、后、侧面移动，座椅底部装有陀螺仪，每条腿上装有压力传感器，通过传感器采集信息，控制其及时调整姿态保持重心平稳。WL-16Rn两腿前后伸展距离最长为1.02米，左右最长1.36米，每条腿上下运动幅度最大0.34米。但这种轮椅对控制要求很高，操作非常复杂，在平地行走时运动幅度不大，动作缓慢；此外，座椅距地面的高度较大，易给使用者造成心理恐惧，距离实际应用还有很大的距离。在金振林等人给出的“一种四足步行器〃(参见专利CN102556200A)中，介绍了一种含有四条腿的步行装置，其主要有机架和连接其四角上的四条结构相同的机械腿组成，所述机械腿又有长方环型件、第一驱动支链、第二驱动支链，第三驱动支链及半球形弹性足趾等组成。这种步行机构运动灵活、行走速度快、运动空间大、运动惯量小，但在遇到楼梯、台阶等障碍时难以运行，应用范围十分有限。在董尚斌设计的“运行多用轮椅〃(参见专利86210653)中，介绍了一种平地、楼梯运行多用轮椅，前滚轮和后滚轮都用多个星形轮组成，除自转外还绕滚轮轴公转而实现上下楼，该轮椅属于轮组式爬楼梯装置，这种爬楼梯装置的活动范围广，运动灵活，但是上下楼梯时平稳性不高，重心起伏较大，会使乘坐者感到不适。此外，轮组式爬楼梯装置体积较大，且偏重，很难在普通住宅楼梯上使用。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种轮腿复合式轮椅的前腿机构。该机构可以辅助轮椅平稳的上下楼梯、跨沟和越障等，通过手动或电动控制，可以实现轮椅平稳运行和灵活转弯，使残疾人能够独立的操作轮椅实现上下楼梯、跨沟和越障，同时减轻亲属、护理或服务人员的劳动强度。本专利技术解决所述技术问题的技术方案是:设计一种轮腿复合式轮椅的前腿机构，其特征在于该前腿机构主要包括后连接板位姿调节机构，前连接板位姿调节机构，动力传动机构，变速传动机构和控制系统；所述后连接板位姿调节机构包括箱体、后连接板、主轴、曲柄、导杆、滑块、导杆座、左丝杠、左齿条螺母、上电磁离合器、左手柄、后导向轮、前导向轮以及安装前导向轮的下轴；手动调节后连接板的传动连接是，直接转动左手柄，带动左丝杠转动，进而使左齿条螺母沿着左丝杠移动，左齿条螺母带动曲柄上的局部齿轮进行摆动，接着曲柄又带动滑块沿着固定于后连接板上的导杆移动，且后连接板进行摆动，从而实现位姿的调节；电动调节后连接板的传动连接是，对上电磁离合器通电，电机通过传动机构带动主轴转动，主轴上的后锥齿轮与安装在与主轴垂直上小轴上的前锥齿轮啮合，带动左下齿轮转动，左下齿轮通过与装在上小轴上的上小齿轮啮合，又带动装在上小轴上与上电磁离合器连在一起的上大齿轮转动，上大齿轮又与装在左丝杠末端的左小齿轮啮合，进而又带动左丝杠转动，左丝杠转动的同时又带动其上的左齿条螺母沿着左导轨移动，通过左齿条螺母与曲柄上的局部齿轮啮合带动曲柄摆动，曲柄又带动滑块沿着固定在后连接板上的导杆移动，实现对后连接板位姿的调节；所述前连接板位姿调节机构包括前连接板、右丝杠、右齿条螺母、下电磁离合器、右手柄以及安装后导向轮的上轴；手动调节前连接板的传动连接是，直接转动右手柄带动右丝杠转动，进而使右齿条螺母沿着右丝杠移动，右齿条螺母带动前连接板上的局部齿轮转动，进而带动前连接板摆动，实现对前连接板位姿的调节；电动调节前连接板的传动连接是，对下电磁离合器通电，电机通过传动机构带动主轴转动，主轴上的后锥齿轮与安装在与主轴垂直上小轴上的前锥齿轮啮合，进而带动同样装在上小轴上的与下电磁离合器连在一起的右下齿轮转动，右下齿轮带动装在上小轴上的右中齿轮啮合，右中齿轮又带动装在右丝杠上的右上齿轮转动，进而带动安装于丝杠上的右齿条螺母沿着右导轨移动，然后通过右齿条螺母与前连接板上的局部齿轮啮合带动前连接板摆动，实现对前连接板位姿的调节; 所述动力传动机构主要有主轴、固定在前连接板上的中小轴以及后连接板上的下小轴、带有摩擦片的前导向轮和后导向轮、带有弹簧安装于导向轮上的底中齿轮和底下齿轮；其传动连接是，电机通过传动机构带动主轴转动，主轴上的底上齿轮与安装在中小轴上的上中介齿轮啮合，进而通过底中齿轮带动后导向轮转动，底中齿轮再通过与下小轴上的下中介齿轮啮合，带动底下齿轮转动，进而带动前导向轮转动，实现前导向轮和后导向轮的动力传动；所述变速传动机构的变速传动部件主要有螺母、弹簧、底中齿轮、摩擦片、后导向轮和上轴；其传动连接是，后导向轮上安装有后变速传动部件，在轮椅运动过程中，当后导向轮与楼梯接触时，通过调节带有弹簧的底中齿轮上螺母，进而调节后导向轮与摩擦片之间的摩擦力，因而调节底中齿轮通过摩擦片传递到后导向轮上的动力，实现在调节轮椅位姿时，保持后导向轮的运动或静止；前导向轮上同样安装有前变速传动部件，前变速传动部件与后变速传动部件结构相同；所述控制系统主要包括传感检测模块、驱动模块和定时模块；整个前腿机构的动力由驱动模块的主电机提供，其传动连接是，主电机带动主轴转动并通过传动机构带动下电磁离合器、上电磁离合器、前导向轮以及后导向轮；传感检测模块主要包括前导向轮、后导向轮、位置传感器、角位移传感器、角速度传感器及力传感器，通过对导向轮的位置、角位移、角速度以及所受力的检测，并向主机实时传送数据，使轮椅可靠平稳运行；定时模块通过对离合器的定时接通及分离来实时调节前腿机构的位姿。与现有技术相比，本专利技术轮腿复合式轮椅的前腿机构具有以下优点:1.爬楼越障能力提高；在爬楼梯运动过程中，通过对前腿机构的不断调节，可有效地增强了爬楼的动力，大大增强了轮椅的爬楼能力。2.控制方便，操作简单；加入本专利技术前腿机构的轮腿复合式轮椅与步行式轮椅结构相比，在坑洼不平的路面上运动时灵活性高，控制方便，操作简单，且不会出现迟缓现象；与行星轮式轮椅结构相比本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种轮腿复合式轮椅的前腿机构，其特征在于该前腿机构主要包括后连接板位姿调节机构，前连接板位姿调节机构，动力传动机构，变速传动机构和控制系统；所述后连接板位姿调节机构包括箱体、后连接板、主轴、曲柄、导杆、滑块、导杆座、左丝杠、左齿条螺母、上电磁离合器、左手柄、后导向轮、前导向轮以及安装前导向轮的下轴；手动调节后连接板的传动连接是，直接转动左手柄，带动左丝杠转动，进而使左齿条螺母沿着左丝杠移动，左齿条螺母带动曲柄上的局部齿轮进行摆动，接着曲柄又带动滑块沿着固定于后连接板上的导杆移动，且后连接板进行摆动，从而实现位姿的调节；电动调节后连接板的传动连接是，对上电磁离合器通电，电机通过传动机构带动主轴转动，主轴上的后锥齿轮与安装在与主轴垂直上小轴上的前锥齿轮啮合，带动左下齿轮转动，左下齿轮通过与装在上小轴上的上小齿轮啮合，又带动装在上小轴上与上电磁离合器连在一起的上大齿轮转动，上大齿轮又与装在左丝杠末端的左小齿轮啮合，进而又带动左丝杠转动，左丝杠转动的同时又带动其上的左齿条螺母沿着左导轨移动，通过左齿条螺母与曲柄上的局部齿轮啮合带动曲柄摆动，曲柄又带动滑块沿着固定在后连接板上的导杆移动，实现对后连接板位姿的调节；所述前连接板位姿调节机构包括前连接板、右丝杠、右齿条螺母、下电磁离合器、右手柄以及安装后导向轮的上轴；手动调节前连接板的传动连接是，直接转动右手柄带动右丝杠转动，进而使右齿条螺母沿着右丝杠移动，右齿条螺母带动前连接板上的局部齿轮转动，进而带动前连接板摆动，实现对前连接板位姿的调节；电动调节前连接板的传动连接是，对下电磁离合器通电，电机通过传动机构带动主轴转动，主轴上的后锥齿轮与安装在与主轴垂直上小轴上的前锥齿轮啮合，进而带动同样装在上小轴上的与下电磁离合器连在一起的右下齿轮转动，右下齿轮带动装在上小轴上的右中齿轮啮合，右中齿轮又带动装在右丝杠上的右上齿轮转动，进而带动安装于丝杠上的右齿条螺母沿着右导轨移动，然后通过右齿条螺母与前连接板上的局部齿轮啮合带动前连接板摆动，实现对前连接板位姿的调节；所述动力传动机构主要有主轴、固定在前连接板上的中小轴以及后连接板 上的下小轴、带有摩擦片的前导向轮和后导向轮、带有弹簧安装于导向轮上的底中齿轮和底下齿轮；其传动连接是，电机通过传动机构带动主轴转动，主轴上的底上齿轮与安装在中小轴上的上中介齿轮啮合，进而通过底中齿轮带动后导向轮转动，底中齿轮再通过与下小轴上的下中介齿轮啮合，带动底下齿轮转动，进而带动前导向轮转动，实现前导向轮和后导向轮的动力传动；所述变速传动机构的变速传动部件主要有螺母、弹簧、底中齿轮、摩擦片、后导向轮和上轴；其传动连接是，后导向轮上安装有后变速传动部件，在轮椅运动过程中，当后导向轮与楼梯接触时，通过调节带有弹簧的底中齿轮上螺母，进而调节后导向轮与摩擦片之间的摩擦力，因而调节底中齿轮通过摩擦片传递到后导向轮上的动力，实现在调节轮椅位姿时，保持后导向轮的运动或静止；前导向轮上同样安装有前变速传动部件，前变速传动部件与后变速传动部件结构相同；所述控制系统主要包括传感检测模块、驱动模块和定时模块；整个前腿机构的动力由驱动模块的主电机提供，其传动连接是，主电机带动主轴转动并通过传动机构带动下电磁离合器、上电磁离合器、前导向轮以及后导向轮；传感检测模块主要包括前导向轮、后导向轮、位置传感器、角位移传感器、角速度传感器及力传感器，通过对导向轮的位置、角位移、角速度以及所受力的检测，并向主机实时传送数据，使轮椅可靠平稳运行；定时模块通过对离合器的定时接通及分离来实时调节前腿机构的位姿。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曹东兴，曲攀，冯威，王昊阳，米佳佳，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：