专利名称：自平衡式电动轮椅的制作方法
专利说明
一、技术领域本实用新型涉及一种病残者用的带轮的行走工具，特别是电力驱动行走的轮椅。
二背景技术：
轮椅，是肢残人员及行动不便的体弱病人、老年人理想的代步工具，为他们的生活带来极大的便利。其中，电动轮椅由于采用电力驱动，克服了用手推动前进体力消耗较大的缺点，深受使用者的青睐。电动轮椅中设置有承载人员的乘坐装置，由动力装置通过传动装置驱动行走装置行走，由操纵装置控制行走速度、方向、开动或停止。电动轮椅中一般还设有翻越障碍物、台阶装置。
专利号为96224512、98230180的实用新型专利，及申请号为98800755的发明专利申请中，公开了一些这样的装置。专利号96224512、98230180的实用新型分别采用液压升降装置、履带式装置，实现上下楼梯。但这些装置操作复杂，不能连续行走，移动缓慢，实用性不好。
申请号98800755的发明申请公开了一种轮椅，它包括一对动轮和分别配置在该动轮前后的安装在椅架上的小脚轮，在椅架和动轮之间设置了连杆构件，该连杆构件的一端摆动自由地连接在椅架的上部，上述动轮可旋转地支承在它的另一端。动轮的旋转轴，至少在前部小脚轮遇到台阶之前的状态下，配置在连杆构件与椅架的连接点的后方侧。当轮椅前进行走时前部小脚轮碰到台阶时，由于连杆构件以与椅架的连接点为中心转动，前部小脚轮与动轮之间的间隔变窄，同时，由于椅架的前方侧以后部小脚轮为支点上升，所以前部小脚轮升到台阶的上面，这样就完成了对台阶的翻越。在该技术方案中，脚轮伸展于轮椅的前、后方，在移动时容易触碰周围的物体，构成运动障碍。
除此之外，上述设计存在的最大不足之处是轮椅翻越障碍物、台阶，上下坡时，不能保持平稳或平衡，不但乘坐者感到不适，而且容易倾覆，带来安全隐患。
为了解决平稳性的问题，专利号94222322的实用新型提供了一种自调重心式轮椅，它由履带，控制摆动的横向摆杆和纵向摆杆及控制摆动幅度的横向齿条、纵向齿条，与齿条啮合的传动装置及电机，电路控制开关及行走动力装置组成；轮椅在行走时电路控制开关随路面的起伏摆动，接通电路，控制摆杆前后和左右摆动从而保持轮椅的重心平衡，使轮椅在上下坡或过台阶时安全稳定。而专利号97240147的实用新型公开的是一种无障碍空间自走式轮椅，主要通过油压平衡组的回路控制器感应机台的倾斜，从而驱使油压推杆上升或下降，使座椅保持水平或平稳，以保证行进的平稳舒适。上述的这些设计虽然部分解决了平稳性问题，但结构复杂，可靠性不高，而且生产成本高。
三
发明内容
本实用新型目的是针对上述的不足，设计一种翻越障碍，上下坡时能自动保持承载人员平衡的电动轮椅。
本实用新型的另一个目的，是提供一种结构小巧、行走灵活，能连续地翻越障碍的电动轮椅。
为实现第一个目的，本实用新型设计的自平衡式电动轮椅，至少包括承载人员的椅体，行走装置和驱动装置；行走装置包括轮轴和由轮轴驱动运转的行走轮；驱动装置包括电源装置，与电源的电连接的动力装置，以及连接于动力装置与轮轴之间的传动装置，其特征在于椅体的下部设有动力装置活动架，椅体、动力装置活动架以轮轴为轴心可摆动地连接在轮轴上，动力装置设置于动力装置活动架中。
为实现第二个目的，上述的自平衡式电动轮椅中，还设置有辅助轮装置和辅助驱动装置；辅助轮装置包括置于椅体后部的活动机构，辅助轮轴，由辅助轮轴驱动运转的辅助轮，以及控制机构；辅助驱动装置包括辅助电源装置，与辅助电源装置的电连接的辅助动力装置，以及连接于辅助动力装置与辅助轮轴的辅助传动装置；活动机构由前臂和后臂通过转轴连结而成，前臂通过连轴与椅体可转动地连接，后臂上设置辅助轮轴；控制机构包括伸展控制机构和收缩控制机构两部分，伸展控制机构包括齿条，前齿轮，传动齿轮组，及连接于连轴上的后齿轮；齿条连接在动力装置活动架上，齿条、前齿轮、传动齿轮组和后齿轮依此啮合传动；收缩控制机构包括连接在椅体后部与活动机构之间的复位弹簧。
通过上述控制机构，在行走轮受阻、使轮椅处于停止状态，伸展控制机构驱动活动机构伸展，使辅助轮触地运转、推动椅体；在轮椅处于正常行驶状态，收缩控制机构驱动活动机构收缩，使辅助轮收起。
本实用新型采用了较为简单的结构，使得轮椅不论在静止或行进中，椅体始终保持重心垂直向下，保证了座椅和乘员处于水平状态，具有舒适、平稳的优点。遇到较大的障碍物如台阶、楼梯时，由辅助轮装置向轮椅施加辅助推力，使之能轻易地越过障碍，而且翻越动作是在行进中连续、自动地完成，无需停顿，操作简便，省时省力。由于辅助轮装置是可活动伸缩的，在平地行驶时能自动收折起来，不会影响正常行驶和转向。
四以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。
图1是自平衡式电动轮椅的主视图(辅助轮装置收折状态)。
图2是
图1的另一状态图(辅助轮装置伸展状态)。
图3是
图1的右视图。
图4是
图1的左视图。
图5是沿
图1中A-A方向的剖视图。
图6是
图1中B部分的局部放大图。
图7是图6的左视图。
图8是自平衡式电动轮椅的翻越台阶的示意图。
五、 具体实施方式
如
图1、图3、图4、图5所示，自平衡式电动轮椅，包括椅体，行走装置和驱动装置，行走装置由驱动装置驱动从而带动椅体行驶。行走装置包括轮轴1和通过滚动轴承52、52′设于轮轴1两端的行走轮2、2′。
椅体包括位于上部的座椅和位于下部的支架3，座椅由座板4、扶手5和靠背6组成，用于承载人员。支架3上连接有座椅支撑架7，座椅的座板4通过连接件8、避震弹簧9与座椅支撑架7连接，以起到减低颠簸、震动的作用。座椅与支架3连为一体后、通过滚动轴承10、10′连接在轮轴1上，并且可以轮轴1为轴心摆动。
驱动装置包括电源12，直流电机13，传动装置。电源12采用可充电电池，它通过导线与直流电机13连接为其提供电能。电源12设置于支架3中，以增加椅体下部的重量。直流电机13既可设置在支架3中，也可设置在专门配置的动力装置活动架11中。动力装置活动架11通过滚动轴承53、53′也连接在轮轴1上，并且可以轮轴1为轴心摆动。传动装置包括设于直流电机13输出轴上的电机链盘14，设于轮轴1上的轮轴链盘15，以及连接于链盘14、15之间的传动链条16。直流电机13通过该传动装置驱动轮轴1运转，带动行走轮2、2′转动、行进。
轮椅的行驶是由操纵装置控制的，操纵装置包括设置于座椅左扶手上的控制手柄17和设于右扶手上的操纵手柄18。控制手柄17上设置有调节开关，用于控制直流电机13的启动、停止及转速，从而控制轮椅的行驶状态。操纵手柄18用于控制轮椅的转向，其结构如图6、图7所示，把手19可绕轴20左右摆动，刹车杆21用于拉动刹车钢线22、22′，钢珠23和弹簧24用于定位把手19。刹车钢线22、22′分别控制轮轴制动器25、25′，离合器开关26、26′分别与电磁式离合器27、27′连接，轮轴制动器、电磁式离合器设置在轮轴1上。需左或右转时，向左或右搬动把手19，触动离合器开关，同时通过刹车杆21拉动刹车钢线，在轮轴制动器与电磁式离合器的共同作用下，一侧行走轮停止、另一侧行走轮正常转动，从而实现左或右转。这种控制方式的优点是转弯半径小，转向灵活，可实现360°电磁式离合器均为现有的常用产品，其结构为普通技术人员所公知，不一一累述。
这种自平衡式电动轮椅，依靠以下方式实现自平衡由于座椅与支架3连为一体后、通过滚动轴承10、10′连接在轮轴1上，并且可以轮轴1为轴心摆动。并且位于下部的支架3及设于其中的装置的总重力与它们至轮轴距离的乘积，大于位于上部的座椅及承载人员的总重力与它们至轮轴的距离的乘积，即下部的力矩大于上部的力矩，这样就使椅体始终保持重心垂直向下，从而保证了座椅和乘员始终处于水平状态。
当承载人员的重量增大或其它原因，使得上、下部的力矩产生变化时，可通过在支架3中设置配重块，使之重新恢复到自平衡状态。只要直流电机13的马力足够大，适当增加配重块，能同时提高电动轮椅的越野、爬坡、翻越障碍及上下楼梯的能力。
下面结合
图1、图2、图3、图4、图5，描述自平衡式电动轮椅中用于翻越障碍及上下楼梯的装置，这部分装置包括辅助轮装置和辅助驱动装置。
辅助轮装置包括辅助轮28、28′，辅助轮轴29，活动机构，以及驱动活动机构作伸展或收缩运动的控制机构。活动机构由前臂30、30′和后臂31、3 1′通过转轴32连结而成，前臂30、30′通过连轴33与支架3可转动地连接，后臂32、32′上设置辅助轮轴29。在前臂与后臂的连结处还设有限位件41，以限定前、后臂的最大张角。辅助轮28、28′通过滚动轴承51、51′设于辅助轮轴29两端。
辅助驱动装置包括辅助电源34，直流辅助电机35和辅助传动装置。辅助电源34和直流辅助电机35均设置于支架3中。辅助电源34采用可充电电池，通过导线与直流辅助电机35连接向其提供电能。辅助传动装置包括设于直流辅助电机35输出轴上的辅助电机链盘36，设于转轴32上的转轴双联链盘37，设于辅助轮轴29上的辅助轮轴链盘38，以及连接于辅助电机链盘36、转轴双联链盘37及辅助轮轴链盘38之间的辅助传动链条39、40，直流辅助电机35通过所述的链盘36、37、38及传动链条39、40驱动辅助轮轴29，从而驱动辅助轮28、28′运转。
上述的控制机构包括伸展控制机构和收缩控制机构两部分。
伸展控制机构包括弧形齿条42，前齿轮43，设置在支架3上的由减速齿轮44a、44b、44c组成的传动齿轮组，及连接于连轴33上的后齿轮45。弧形齿条42的前端通过螺钉46连接在动力装置活动架11上，弧形齿条42中间设有滑槽47，滑槽47套设于齿条定位螺钉48，齿条定位螺钉48固定在支架3上、对弧形齿条42的运动起到导向和限位作用。前齿轮43同时与弧形齿条42、减速齿轮44a啮合，减速齿轮44a、44b、44c依此啮合传动，后齿轮45与减速齿轮44ac啮合。由此，当动力装置活动架11运动时，通过上述的这些齿轮，即可驱动连轴33旋转，使辅助轮装置向下转动、同时使活动机构的前臂和后臂张开，直至辅助轮28、28′触地，如图2所示。
收缩控制机构包括连接在椅体后部与活动机构的转轴32之间的复位弹簧49，用于使活动机构的前臂和后臂收合起来，恢复到
图1所示的状态。
当轮椅行进遇到台阶、楼梯等障碍时，行走轮2、2′受阻，轮轴1处于停转状态，但此时直流电机13仍在转动，通过传动链条16的传动，直流电机13为克服阻力会绕轮轴1向上运动，由于直流电机13是固定在动力装置活动架11上的，动力装置活动架11也向上摆动，如前所述通过伸展控制机构使辅助轮28、28′触地，此时启动辅助驱动装置，辅助轮28、28′运转向椅体施加辅助推力，使轮椅越过障碍，如此进行下去，即可实现连续地翻越台阶、攀爬楼梯，如图8所示。越过障碍后，轮轴1继续转动，动力装置活动架11向下摆动，回到原来的位置，借助复位弹簧49将前臂和后臂收合起来，辅助轮装置恢复原样。
在椅体后部与活动机构的转轴32之间，还设置有伸缩拉杆50，在需要时，将伸缩拉杆50拉下锁紧，使辅助轮28、28′触地、并将之支撑，实现四轮行驶，增加其平稳性，此时可灵活地选择四轮驱动、前轮驱动或后轮驱动。
为使行驶更安全，椅体中设置有水银止动开关。轮椅在崎岖路面、陡坡等恶劣地段行驶时，当椅体与水平面的前后、左右倾斜角度大于某一设定值时，水银止动开关动作使直流电机13停机，实现停车以改变行驶方向，防止轮椅倾覆、侧翻。水银止动开关采用现有的市售产品。
权利要求1.自平衡式电动轮椅，至少包括承载人员的椅体，行走装置和驱动装置；行走装置包括轮轴和由轮轴驱动运转的行走轮；驱动装置包括电源装置，与电源的电连接的动力装置，以及连接于动力装置与轮轴之间的传动装置，其特征在于椅体的下部设有动力装置活动架，椅体、动力装置活动架以轮轴为轴心可摆动地连接在轮轴上，动力装置设置于动力装置活动架中。
2.根据权利要求1所述的自平衡式电动轮椅，其特征在于还设置有辅助轮装置和辅助驱动装置；辅助轮装置包括置于椅体后部的活动机构，辅助轮轴，由辅助轮轴驱动运转的辅助轮，以及控制机构；辅助驱动装置包括辅助电源装置，与辅助电源装置的电连接的辅助动力装置，以及连接于辅助动力装置与辅助轮轴的辅助传动装置；活动机构由前臂和后臂通过转轴连结而成，前臂通过连轴与椅体可转动地连接，后臂上设置辅助轮轴；控制机构包括伸展控制机构和收缩控制机构两部分，伸展控制机构包括齿条，前齿轮，传动齿轮组，及连接于连轴上的后齿轮；齿条连接在动力装置活动架上，齿条、前齿轮、传动齿轮组和后齿轮依此啮合传动；收缩控制机构包括连接在椅体后部与活动机构之间的复位弹簧。
3.根据权利要求1或2所述的自平衡式电动轮椅，其特征在于所述椅体由位于上部的座椅和位于下部的支架通过避震装置连接而成。
4.根据权利要求2所述的自平衡式电动轮椅，其特征在于在前臂与后臂的连结处设有限位件，以限定前、后臂的最大张角。
5.根据权利要求2所述的自平衡式电动轮椅，其特征在于齿条中间设有滑槽，滑槽套设于齿条定位螺钉，齿条定位螺钉固定在椅体上、对弧形齿条的运动起到导向和限位作用。
专利摘要自平衡式电动轮椅，包括椅体，驱动装置，及由轮轴和行走轮构成的行走装置。椅体以轮轴为轴心可摆动地设置于轮轴上、且其下部的摆动力矩大于其上部座椅及乘员的摆动力矩，椅体始终能保持重心垂直向下。轮椅中还设置有可活动伸缩的辅助轮装置，及辅助驱动装置，能在行进中连续翻越台阶、楼梯。该轮椅不论在行进中或翻越障碍时，乘员始终处于水平状态，具有舒适、平稳，操作简便，省时省力，转向灵活的优点。
文档编号A61G5/00GK2555821SQ0221486
公开日2003年6月18日 申请日期2002年5月17日 优先权日2002年4月17日
发明者蔡文元 申请人:蔡文元