[发明专利]爬楼轮椅

说明书

技术领域

本发明涉及一种爬楼轮椅，尤其是能够攀爬楼梯和跨越障碍的轮椅，属于助老助残服务机器人领域。

背景技术

目前，公知的常用轮椅装置采用轮式运动形式，只能在平地上行走，而不能跨越像台阶、门槛这样的障碍，更不能攀爬楼梯，因此乘坐轮椅人员的活动范围受到很大的限制。目前具有楼梯攀爬能力的特殊轮椅装置包括轮组式、履带式、轨道式和有腿式(步行式)四种。轮组式轮椅一般采用星型轮机构，能攀爬楼梯和翻越马路牙子，其缺点是楼梯的宽度和高度必须与轮子的大小相适合，因此对于楼梯的构造和规格有一定的限制；履带式轮椅通过履带在楼梯上行走，其缺点是在爬楼梯时履带容易损坏楼梯且需要有防滑措施，其应用受到限制；轨道式需要在楼梯上安装专门的轨道机构，由于轨道机构不能随轮椅一起随意移动到不同的场合，应用也受到限制；有腿式轮椅一般在轮椅的基础上增加了两条腿，可以爬上台阶和翻越障碍，但是在攀爬台阶和翻越障碍的过程中座椅倾斜严重，给乘员造成很大的不适感。

发明内容

为了克服现有楼梯攀爬轮椅对楼梯结构的限制和对专用设施的依赖，本申请提供一种新的爬楼轮椅，该爬楼轮椅对楼梯的结构不加限制，也不依赖于其他的专用设施，不仅能够保证楼梯攀爬过程中乘员的安全性，而且能够保证乘员在楼梯攀爬过程中的舒适性。

本发明的爬楼轮椅包括框架、座椅、轮子结构组、腿结构组、测量及传感器结构组、电源及控制结构组、掌上电脑。本发明中的轮子结构组和腿结构组是相互独立的，并分别对应于轮式和腿式两种运动模式。

该轮椅的轮子结构组包括4个轮子，每个轮子都通过轮子支撑杆连接到框架上；4个轮子中至少有一个轮子配备了驱动电机，从而可以带动整个轮椅前进或者后退；4个轮子中至少有一个轮子可以自动或者手动调整方向，从而带动整个轮椅转向。该轮椅的腿结构组有数条腿，每条腿的结构相同，都包含有运动连接部、平移电机和齿轮、电动推杆、压力传感器；框架中的一条横杆穿过腿的运动连接部，该横杆的下表面、两个侧面、上表面边沿与腿的运动连接部紧密接触，形成阻力很小的滑动面，腿的运动连接部安装有平移电机和齿轮，横杆的上表面有齿条，齿轮与齿条相互啮合；平移电机驱动齿轮转动，通过齿轮与齿条的啮合，从而可以驱动腿与横杆之间的相对平移运动；平移电机内部安装有位置传感器；电动推杆可以改变腿的长度，实现腿的落脚或者抬脚。

本发明的轮椅的腿式运动模式包括以下具体动作：抬脚、落脚、腿平移、平台平移、平台上升、平台下降。抬脚是指调节腿的长度，使得该腿离开地面；落脚是指调节腿的长度，使得该腿接触地面并分担整个轮椅的重量；腿平移是指腿在抬脚的状态下，通过该腿平移电机的驱动，使得该腿在横杆上左右移动；平台平移是指，在一组腿处于落脚的状态下，该组腿的平移电机同时同方向驱动，使得整个框架相对于该组腿左右移动，此时，由于该组腿处于落脚的状态下，该组腿相对于地面是不移动的；平台上升是指，在一组腿处于落脚的状态下，该组腿的电动推杆同时动作，使得该组腿的长度同等增加，从而使得框架上升；平台下降是指，在一组腿处于落脚的状态下，该组腿的电动推杆同时动作，使得腿的长度同等减小，从而使得框架下降。

轮式和腿式两种运动模式的切换是通过抬脚或者落脚来实现的。在平地上采用轮式运动模式，这种情况下，所有腿都抬脚，使得所有腿都处于最短的状态，所有腿的最低点高于地平面，4个轮子着地，由轮子驱动整个装置运动。在攀爬楼梯和跨越障碍时，采用腿式运动模式，这种情况下，所有腿中至少有4条腿落脚，4个轮子都处于悬空的状态，整个轮椅通过腿的运动，实现攀爬楼梯和跨越障碍的功能。

测量及传感器结构组包括测距探头、倾角传感器、摄像头、压力传感器；倾角传感器用于测量框架的水平程度，在整个运动过程中，框架会尽量保持水平状态；每条腿中都有压力传感器，压力传感器上传压力信息到控制系统，在控制系统的调节下，指示电动推杆调节腿的长度，使得落脚的腿能够比较均匀的分担整个装置的重量；摄像头将得到的图像信息上传到掌上电脑，利用掌上电脑可以显示和分析地形信息；轮椅的顶部安装有测距探头，防止轮椅的顶部碰到障碍物。

电源及控制结构组包括电源、控制电路和控制手柄。