一种可重构的轮腿复合式轮椅车

摘要

本发明公开一种可重构的轮腿复合式轮椅车，采用模块化设计，其特征在于该轮椅主要由前腿机构、前腿升降机构、前腿动力传输机构、可调节脚踏板、轮椅机架、座椅调节机构、爬楼梯机构、座椅、安全带、主动轮、万向轮和控制器组成；所述轮椅机架是轮椅各机构联系的中心构件，两组前腿升降机构对称安装在轮椅机架的前端悬臂上，并与前腿动力传输机构连接；前腿动力传输机构布置在轮椅机架内的前部；座椅调节机构通过四个连杆铰接在轮椅机架上部的外滑道上，其上固定有座椅；控制器安装在座椅扶手上，并与控制器连接；爬楼梯机构安装在轮椅机架的后端底部；两个主动轮分别安装在轮椅机架中部的两侧；两个万向轮对称固定在轮椅机架的后悬臂上。

主权项

一种可重构的轮腿复合式轮椅车，采用模块化设计，其特征在于该轮椅主要由前腿机构、前腿升降机构、前腿动力传输机构、可调节脚踏板、轮椅机架、座椅调节机构、爬楼梯机构、座椅、安全带、主动轮、万向轮和控制器组成；所述轮椅机架形状酷似四肢爬行动物的躯干和四肢，是轮椅各机构联系的中心构件，主要包括前悬臂、链轮挡板、外滑道、后悬臂及电池组；前腿机构有两组，通过前腿升降机构对称安装在轮椅机架的前端悬臂上，通过链传动与前腿动力传输机构连接；前腿动力传输机构布置在轮椅机架内前部；座椅调节机构通过四个连杆铰接在轮椅机架上部的外滑道上，其上固定有座椅；手柄控制器安装在座椅的扶手上，通过导线与轮椅的控制器连接；爬楼梯机构安装在轮椅机架的后端底部，可以实现位姿调节功能，同时排齿轮提供轮椅攀爬楼梯的动力；两个主动轮自带电机，分别安装在轮椅机架中部的两侧；两个万向轮分别对称地固定在轮椅机架的后悬臂上；所述前腿机构包括位姿调节和动力输出两个功能模块：动力传输模块主要由箱体、导向轮、链轮、小介轮和传动齿轮组成；一端键接链轮的主传动轴利用轴承座安装在箱体上，键接在主传动轴上的传动齿轮与小介轮啮合，小介轮又与安装在后轮轴的连轴齿轮啮合，后轮轴通过轴承座安装在前连接板和左齿轮连杆之间，并安装有导向轮，连轴齿轮与另一小介轮啮合，另一小介轮又与安装在前轮轴上的连轴齿轮啮合，前轮轴安装在左后连接板、右后连接板之间，其上安装有导向轮，通过链轮传输动力到两个导向轮上，实现动力传输；姿态调节模块主要由前连接板、左后连接板、右后连接板、右齿轮连杆、左齿轮连杆、左丝杠、右丝杠，左滑块螺母、右滑块螺母、导向滑块及其导向杆组成；箱体的顶部安装有多个平行的导轨，与套接在右丝杠上带有齿条的左滑块螺母配合安装，安装在传动主传动轴上的左齿轮连杆的上部带有条形齿，与左滑块螺母配合安装，通过转动手柄调节滑块螺母的位置，从而带动左齿轮连杆、前连接板的摆动，实现第一关节位姿的调节功能；与另一导轨配合并套接在左丝杠上的右滑块螺母下端也带有条形齿，与装在传动主传动轴上的右齿轮连杆啮合连接，右齿轮连杆的另一端铰接导向滑块，滑块可以安装在后连接板的导杆上滑动，当调节左丝杠时，右滑块螺母带动右齿轮连杆摆动，右齿轮连杆带动导向滑块在导杆上滑动，即可实现第二关节位姿的调节；所述的前腿升降机构主要由调高手柄、中间连接板、前腿丝杠、螺母、导向柱、上连接板和下连接板组成；调高手柄通过轴承座连接在中间连接板上，下端接有小齿轮，大齿轮用销钉连接在丝杠螺母下端，并与小齿轮配合；丝杠螺母套接在前腿丝杠上，并用轴承连接在与中间连接板固接的轴承座套中，前腿丝杠固定在上下连接板之间；两个导向孔座固接在中间连接板的孔中，两个导向柱分别与之配合，且两端分别固定在上连接板和下连接板上；旋转调高手柄，可以带动螺母旋转，从而使得下连接板随前腿丝杠上下移动，改变前腿机构的高度；所述前腿动力传输机构主要由前腿电机、驱动锥齿轮、中间轴承座、驱动轴，悬臂传动轴和链轮组成；前腿电机通过前腿法兰盘连接在轮椅机架的内部，前腿电机的轴端安装的驱动锥齿轮与连接在驱动轴上的传动锥齿轮传动配合，驱动轴通过一对中间轴承座固接在轮椅机架的前端悬臂上，驱动轴的两端分别键接有二级锥齿轮，一对轴端键接有二级锥齿轮的悬臂传动轴通过两对悬臂轴承座固定于轮椅机架的前端悬臂下部，轴上齿轮分别与输出轴、驱动轴上的二级锥齿轮传动配合，两个输出轴的另一端分别安装有链轮，并通过链轮轴承座与轮椅机架连接；由控制器控制前腿电机的转动，实现对前腿机构的动力输送；所述可调节脚踏板主要由踏板手柄、踏板丝杠、踏板滑块螺母和导向槽组成；踏板手柄与踏板丝杠固接，并通过上轴承座和下轴承座安装在轮椅机架的中前部，踏板滑块螺母套接在踏板丝杠上，其滑槽与固定在轮椅机架前部的导向槽配合，使滑块可以在竖直方向运动，脚踏板通过两个销钉与踏板滑块螺母连接，转动踏板手柄即可调整脚踏板的高度；所述的座椅安装在座椅调节机构的座椅机架上，安全带安装在座椅靠背位置的下部；所述的座椅调节机构分为角度调节模块和高度调节模块；角度调节模块主要由座椅电机、行星齿轮、太阳齿轮、前连杆、随动连杆、后滑块、前滑块、座椅导向杆和座椅机架组成；座椅电机通过座椅法兰盘安装在座椅机架上，输出轴端安装的行星齿轮与键接在横连轴上的太阳齿轮啮合，形成行星轮系，横连轴穿过前滑块的下部，且两端分别用销钉与前连杆连接，前连杆的另一端铰接在轮椅机架上，两个随动连杆的一端分别铰接在轮椅机架上，另一端则分别铰接在后滑块上，四个连杆构成两组四杆机构，通过行星轮的转动调节机构的位姿形态；高度调节模块主要由调高旋钮、小锥齿轮、大锥齿轮、前丝杠、丝杠螺母、后滑块、前滑块、随动连杆和前连杆组成；丝杠螺母嵌套于后滑块的中间孔中，并套接在前丝杠上，后滑块与两个导杆配合连接，导杆的一端连接在座椅机架上，一端连接在中间箱体上，箱体安装在座椅机架上，前丝杠的一端安装在座椅机架上，另一端安装有与调高旋钮末端锥齿轮啮合的小锥齿轮，调高旋钮通过轴承座安装在中间箱体上；前滑块与导杆配合安装，并通过丝杠螺母套接在后丝杠上，后丝杠的一端连接在座椅机架上，另一端安装有与调高旋钮末端锥齿轮啮合的小锥齿轮，两组螺旋机构组成了座椅的升降机构，通过转动手柄即可调整座椅的高度，整个座椅调节机构通过内滑道与轮椅机架上的外滑道连接；所述爬楼梯机构分为动力传输机构和位姿调节机构两个模块；动力传输机构模块主要由下电机、底盘机架、介轮、横传动轴、输出锥齿轮、后传动锥齿轮和排齿轮、排齿轮轴组成；下电机通过前法兰盘连接在底盘机架内部，下电机轴端键接的输出锥齿轮与安装在横传动轴的后传动锥齿轮配合，横传动轴两端分别键接轴端齿轮，并通过后轴承座安装在底盘机架上；轴端齿轮与安装在排轮轴的前端齿轮配合，排轮轴通过轴承座安装在底盘机架上，并安装有末端齿轮和排齿轮，伸到底盘机架外侧，末端齿轮与介轮配合，介轮又与排齿轮配合，排齿轮键接在小排齿轮轴上，小排齿轮轴的另一端安装有排齿轮，排齿轮又与另一个介轮配合，介轮与另一个安装在轮轴上的排齿轮配合，小排齿轮轴通过轴承连接在底盘机架上，轴端安装有排齿轮，实现力矩的连续传递；动力传输机构有两组，分别安装在底盘机架的两侧，每组主要包含五个排齿轮，四个介轮和五个排齿轮，两组动力传输机构对称分布，由控制器控制下电机的转动，向排齿轮传递实现爬楼所需的动力；位姿调节模块主要由后电机，前电机、后丝杠，前丝杠、后滑块螺母、前滑块螺母以及后拉杆、后摇杆、后连杆、前摇杆和前拉杆组成；前电机通过后法兰盘固定在轮椅机架底部中间位置，输出轴端通过自带离合器与前丝杠固接，前丝杠的另一端通过前轴承座与轮椅机架连接，前滑块螺母套接在前丝杠上，并与固接在轮椅机架上的导向槽配合安装，穿过前滑块螺母下部的前横轴的两端分别铰接有前拉杆，前拉杆的另一端与前摇杆的中部铰接，前摇杆一端与轮椅机架铰接，一端与底盘机架铰接；后电机通过上法兰盘安装在轮椅机架的尾部中间位置，输出轴通过自带离合器与后丝杠连接，丝杠的另一端安装在轮椅机架上，后滑块螺母套接在后丝杠上，后拉杆与后滑块螺母铰接，后拉杆的另一端铰接在后横连杆上，后横连杆的两端与后摇杆的中部连接，后摇杆的一端铰接在轮椅机架的尾部，另一端与后拉杆铰接，后拉杆的另一端与底盘机架铰接，从而形成一对对称分布五杆机构，通过前电机和后电机分别调节前滑块螺母和后滑块螺母的位置，带动连杆的位置变化，实现底盘位姿的调整；所述的控制器是可重构的轮腿复合式轮椅车的控制机构，其主要包括主机、从机、输入模块、显示模块、电源模块、传感器检测模块、故障诊断模块、驱动模块、通讯模块、驱动模块、定时器模块和传感器检测模块；输入模块包括键盘输入和手柄输入两个子模块，用于操作命令输入；显示模块包括液晶显示和数码显示两个子模块，用于显示轮椅运行状态；电源模块包括蓄电池、电量检测和电压输出模块，为整个轮椅提供能源；传感器检测模块包括位置检测和A/D信号转换模块，实时监测轮椅运行位置并与主机通信；故障诊断模块包括故障诊断和故障排除模块，用于检测和排除轮椅运行模式切换时系统可能出现的故障；驱动模块主要用于驱动主电机、离合器与报警器；驱动模块主要用于传动电机、底盘电机和座椅电机的驱动管理；定时模块包括定时器和执行机构定时模块，用于为执行机构设定运行时间；传感器检测模块包括角位移传感器、角速度传感器和力传感器模块，用于实时监测轮椅各驱动轮以及其他辅助装置的运动状态。