专利名称：微电脑控制便携式电/手动轮椅的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种轮椅，尤其是一种微电脑控制的电动、手动两用轮椅，是用于残疾患者行动和运动煅炼的组合器械。
背景技术：
患者因脑内出血或造成中枢神经受压时，会导致偏瘫或下肢失支去知觉，患者不能站立行走，甚至生活不能自理，有的虽说可借助工具行走，但行走困难，无法进行室内外的自由活动。现有的技术中，对于严重瘫痪患者的行动器具主要是通过自身或他人进行行动的器具，对于下肢瘫痪患者则采用机动车驾驶行动；如轮椅，三轮摩托；但这些器具只能用于不完全性瘫痪，且机动车体积和重量大，速度快，只适合上肢具有相当体力的下肢瘫痪患者；这种机动车不能在室内或庭院小巷活动，既不安全又不方便，且不能给患者进行必要的运动锻炼。又不可折叠，不易于存放和携带运输。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种微电脑控制便携式电/手动轮椅，使患者能方便地出入室内、外进行活动和进行运动锻炼；并可以进行远距离行走，还可以叠并后携带运输；为了完成上述任务，本实用新型采用的技术方案为一种微电脑控制便携式电/手动轮椅，包括车架，设在车架上的两个车轮及手驱动圈，设在车架前下部的导向轮及其后下部的防倾翻轮，设在车架中部的椅座坐垫及活动扶手架，其特征在于它还包括设在车架上可控制轮椅运行的微电脑控制装置及与其电连接的电力驱动装置，及设在车架前部的脚踏装置。
所述微电脑控制装置包括设置在车架右侧部的微电脑控制器及其上方扶手处的操作器座、操纵器、操纵手柄，设在椅座坐垫下方并置于蓄电池架上的蓄电池。
所述电力驱动装置为设在车架两侧部并各自独立驱动两侧车轮的两套相同的电力驱动装置，其每套包括由筒式直流电机与双级齿轮减速器连接为一体的总成件，筒式直流电机的输出轴与双级齿轮减速器的输入轴为同一轴，该双级齿轮减速器的输出轴通过其外端设置的牙嵌式车轮离合器与车轮呈连接或分离状，该筒式直流电机转子轴的末端设有电磁摩擦式制动器，该电子驱动装置通过设在其双级齿轮减速器上部的顶面卡瓦及前端的侧卡瓦分别卡固在车架的横梁及助推把上，而构成该电力驱动装置与车架的固定连接。
所述脚踏装置为连接在车架前端的踏脚板总成。或所述脚踏装置为一连接在车架前端的下肢运动康复器，其包括底座，固接在底座上可与车架连接的连接固定架、运动电机、蜗轮减速器，设在蜗轮减速器输出轴上的踏板摇臂、运动踏板及其锁紧扣带，运动踏板上向内依次铰接有连杆及上端与车架铰接的摆杆；其还包括设在左侧扶手上可控制该下肢运动康复器的电子调速器，其分别与作为电源的蓄电池及运动电机电连接。
所述车架前端的纵梁上设有两对可与脚踏装置的踏脚板总成或下肢运动康复器60构成易拆装并固定连接的插接式固定销座及锁止开关。
所述车架是可折叠的长方形框架结构，其后面的两垂直助推把向上延伸构成车架的靠背部，该长方形框架结构的车架的内侧设有稳定支架，其由两件结构相同的“工”字形内、外构件通过中心销连接为叉式结构，其两上横梁与椅座坐垫相连接，并坐落在车架边框横梁上所设的两对内弧形的坐垫固定座上，该稳定支架的下横梁通过活销与车架的下横梁铰接。
所述蓄电池架上还连接有吊耳及吊耳座，该吊耳座为焊接在车架侧面并设有通孔的矩形板，吊耳穿过吊耳座的通孔，通过旋接在吊耳端部的螺母构成可对蓄电池架调整及拆卸的固定连接。
所述稳定支架的下段结构为与筒式直流电机外壳形状相吻合的弧形结构。
采用上述方案后，本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果1)由于本实用新型设有手驱动圈和电驱动装置，可以作为电、手动两用轮椅，手驱动时可进行室内外范围不大的活动，电驱动时可进行室内外活动，还可以作远距离行走的交通工具；电动部分采用24V直流电源供电，保证安全。
2)由于操作部分采用了操纵器，患者只需小范围地扳动操纵手柄，就能方便地实现轮椅的前进、倒退、转向动作；同时，通过电压调整或调节输出电压，以改变输出电压而改变电机转速，实现无级变速。
3)车轮采用手动、电动两种方式驱动，并在电力驱动装置的减速器输出轴外端设置了牙嵌式车轮离合器，因此操作灵活方便。当蓄电池电量不足时，操纵器上的电量指示灯由绿色变以红色，警示电量不足，应充电。此时若需继续使用轮椅，可旋转轮轴上的牙嵌式车轮离合器，该牙嵌式车轮离合器使车轮与减速器输出轴分离后，用手转动手驱动圈使轮椅行走；采用电动驱动时，旋转牙嵌式车轮离合器，使车轮与减速器输出轴相结合，由扶手处安装的微电脑控制器操纵器，通过操作操纵手柄使操纵器将轮椅运行要求传送给微电脑控制器，从而使微电脑控制器确认工作要求后，发出各项工作程序命令，使电力驱动装置按照命令进行工作。
4)由于该轮椅设有微电脑控制装置，可容易实现定点转向，转向时由微电脑控制装置控制一侧车轮前进，另一侧车轮后退而各作方向相反的差动运动，使轮椅可进行小角度转向和360°原地旋转；在室内可方便地出入各房间；在室外可以在庭院小道，胡同小巷中灵活方便地行走。
5)由于电力驱动装置的筒式直流电机转子轴的末端上设置了电磁摩擦式制动器，当操纵手柄直立时，即切断通向电磁摩擦式制动器的电流，筒式直流电机的电流也同时被切断而停止工作，摩擦片在弹簧的弹力作用下，将直流电机转子轴抱紧制动，使车轮停止转动；当电流通过电磁摩擦式制动器时，产生的电磁力将摩擦片弹簧压缩，解除筒式直流电机动力输出轴制动，筒式直流电机接通电流旋转工作，车轮又被驱动行走。操作操纵手柄，微电脑控制器反应快速，各种工作方式的切换可在瞬间完成，有效地控制行走中的加速、减速、转向、制动和停车。
6)由于在车架的前端的纵梁上设置了两对可与踏脚板总成或下肢运动康复器连接的插接式固定销座，踏脚板总成和下肢运动康复器可更换使用，下肢运动康复器是一独立的电动总成，在左侧扶手上设有控制该装置的电子调速器，当患者需对下肢进行活动锻炼时，可取下踏脚板总成，将下肢运动康复器安装于固定销座上，通过电子调速器选择运动速度，即可进行下肢的强制性运动锻炼；当患者在用轮椅散步时，该装置电源取用于蓄电池，可在轮椅慢速行走中进行锻炼；在室内使用该装置时，可接用外接电源，以减小蓄电池电量消耗。
7)由于车架是可折叠的长方形框架结构，其内侧设有上下活动连接的稳定支架，很易于折叠，折叠轮椅时，该稳定支架下段的弧形结构又可与直流电机外壳的形状相吻合，使车架的两侧部完全向中心靠拢，使轮椅折叠后厚度更小，易于存放和携带运输。
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作进一步详细的描述。
图1是本实用新型微电脑控制便携式电/手动轮椅安装有踏脚板总成的侧面视图；图2是本实用新型微电脑控制便携式电/手动轮椅的背面视图；图3是本实用新型微电脑控制便携式电/手动轮椅的车架折叠后的视图；图4是本实用新型微电脑控制便携式电/手动轮椅的稳定支架视图；图5是本实用新型微电脑控制便携式电/手动轮椅安装有下肢运动康复器的侧面视图；图6是本实用新型微电脑控制便携式电/手动轮椅的电控原理流程图；图中车轮1筒式直流电机2 吊耳座3 活动扶手架4微电脑控制器5电子调速器6 操纵手柄7 操纵器8操纵器座9坐垫固定座10 电磁摩擦式制动器11锁止开关12固定销座13 踏脚板总成14 导向轮15 防倾翻轮16车架17 牙嵌式车轮离合器18侧卡瓦19 顶面卡瓦20减速器21 驱动圈22 蓄电池23 蓄电池架24稳定支架25 吊耳26椅座坐垫27靠背部28摆杆29 连杆30运动电机31连接固定架32锁紧扣带33 运动踏板35蜗轮减速器36 底座37中心销50 活销51下肢运动康复器60具体实施方式
如图1、图2、图3、图4和图5所示，本实用新型微电脑控制便携式电/手动轮椅的结构包括车架17，设在车架17上的两个车轮1及手驱动圈22，设在车架17前下部的导向轮15及其后下部的防倾翻轮16，设在车架17中部的椅座坐垫27及活动扶手架4。其主要特征是该车架上还设有可控制轮椅运行的微电脑控制装置及与其电连接的电力驱动装置，及设在车架前部的脚踏装置。
本实用新型所述的微电脑控制装置包括设置在车架17右侧部的微电脑控制器5及其上方扶手处的操纵器座9、操纵器8、操纵手柄7，设在椅座坐垫27下方并置于蓄电池架24上的蓄电池23。该蓄电池架24上还连接有吊耳26及吊耳座3，该吊耳座3为设有通孔的矩形板并焊接在车架17的侧面，吊耳26穿过吊耳座3的通孔，通过旋接在吊耳26的端部的螺母固定连接在与车架焊接的吊耳座3上，该吊耳26还可由螺母对蓄电池架24进行调整及折卸，图中未绘出。
本实用新型轮椅的驱动装置包括上述手动装置的手驱动圈22和电力驱动装置，该电力驱动装置为设在车架两侧部并各自独立驱动两侧车轮1的两套相同的电力驱动装置，其每套电力驱动装置包括由筒式直流电机2与双级齿轮减速器21连接为一体的总成件，筒式直流电机2的输出轴与双级齿轮减速器21的输入轴为同一轴，该双级齿轮减速器21的输出轴外端设有牙嵌式车轮离合器18，通过该牙嵌式车轮离合器18使双级齿轮减速器21的输出轴与车轮1呈连接或分离状态，即用于电力驱动时，双级齿轮减速器21的输出轴与车轮1连接结合，手驱动时则分离。该筒式直流电机2转子轴的末端设有电磁摩擦式制动器11，用于轮椅的减速、转向和制动。
该电力驱动装置通过设在其双级齿轮减速器21上部的顶面卡瓦20及前端的侧卡瓦19分别卡固在车架17的横梁及助推把上，而构成该电力驱动装置与车架17的固定连接，即垂直的侧卡瓦19与水平的平行的顶面卡瓦20将双级齿轮减速器21及筒式直流电机进行了有效的固定。
本实用新型所述的设在车架17前部的脚踏装置具有两种实施方式，可以在车架17的前部连接一踏脚板总成14，也可以连接一下肢运动康复器60，两者可以互相置换，为此，在车架前端的纵梁上设有两对可与脚踏装置的踏脚板总成14或下肢运动康复器60构成易拆装并固定连接的插接式固定销座13及锁止开关12。该下肢运动康复器60的结构包括底座37，固接在底座37上可与车架17连接的连接固定架32、运动电机31、蜗轮减速器36，设在蜗轮减速器36输出轴上的踏板摇臂34，运动踏板35及锁紧扣带33，运动踏板35上向内依次铰接有连杆30及上端与车架铰接的摆杆29，其还包括设在左侧扶手上可控制该下肢运动康复器60的电子调速器6，其分别与作为电源的蓄电池23及运动电机31电连接。该下肢运动康复器60是一独立的电动总成，当患者需对下肢进行活动锻炼时，取下踏脚板总成14，将下肢运动康复器60安装于固定销座13上，并用锁止开关12锁定。通过电子调速器6选择运动速度，即可进行下肢的强制性运动锻炼；当患者在用轮椅散步时，该下肢运动康复器的电源取用于蓄电池，可在轮椅慢速行走中进行锻炼；在室内使用该下肢运动康复器时，可接用外接电源，以减小蓄电池电量消耗。
本实用新型所述的车架17是可折叠的长方形框架结构，其后面的两垂直助推把向上延伸构成车架的靠背部28，加上车架后下部设置的防倾翻轮16，保证上坡或越过沟坎时安全行驶。该长方形框架结构的车架17的内侧设有稳定支架25，其由两件结构相同的“工”字形内、外构件通过中心销50连接为叉式结构，其两上横梁与椅座坐垫相连接，并坐落在车架17边框横梁上所设的两对内弧形的坐垫固定座10上，该稳定支架25的上横梁通过活销51与车架17的下横梁铰接。该稳定支架25的下段结构为与筒式直流电机2外壳形状相吻合的弧形结构。当轮椅展开时，该稳定支架25的上横梁可稳固地座落在坐垫固定座10上，并通过下端连接于车架17的下横梁对车架进行有效稳定的支撑，同时也很容易实现折叠，当轮椅折叠时，由于稳定支架25的下段的弧形结构恰与筒式直流电机2的外壳的形状相吻合，使车架的两侧部完全向中心靠拢，使轮椅折叠后厚度更小。
如图6所示，本实用新型微电脑控制便携式电/手动轮椅的电控原理流程，其中微电脑控制器主要由二部分组成操纵器和控制系统(图6)操纵手柄是二维操纵杆，由两个5K电位器外加附属电路组成。将前后方向设定为X，旋转方向设定为Z，X、Z初始值设定为2.5V；附属电路主要产生开关信号、高低速和电制动信号。
控制系统由电源控制器、信息处理器(CPU)、操纵杆刹车控制、电机驱动电路、速度控制电路组成。
电源部分将蓄电池23的24V电压经DC/DC转换器处理后给微电脑控制器提供+5V工作电压。
控制电路主要由微处理芯片(80C196K-16/CPU)及附属电路组成。
电路介绍CPU的外接的晶振经内部二分频产生8MHZ的时钟信号经U8、U6分频后产生64us的信号送到CPU的42脚，这就是PWM(脉宽调制解调)的周期信号；CPU的4脚为电压基准信号输入；45-60脚为地址/数据线；15脚为过流中断请求；28、29为PWM信号输出端；5、6、7、19、20、21、22为操纵器控制端。
本实用新型微电脑控制便携式电/手动轮椅的使用及工作原理
采用手动驱动时，可旋转轮轴上的牙嵌式车轮离合器18，牙嵌式车轮离合器18使车轮1与双级齿轮减速器21的动力输出轴分离，用手转动车轮手驱动圈22使轮椅行走；采用电动驱动时，靠微电脑控制装置和电力驱动装置完成，通过操作操纵手柄7使操纵器8将轮椅运行要求传送给微电脑控制器5，从而使微电脑控制器5确认工作要求后，发出各项工作程序命令，使电力驱动装置执行，按照命令进行工作实现轮椅的前进、倒退、加速、减速、制动，可进行一轮前进，另一轮后退而实现差动转向，并可360°原地旋转，控制轮椅等各项运行动作要求；使筒式直流电机2接通电流，进行各种工作方式的切换，按照命令进行工作，有效地控制行走中的前进、后退、加速、减速、转向、制动和停车。当轮椅在需减速、转向或制动时，通过筒式直流电机2的电流被减小或节断，通过电磁摩擦式制动器11的电流也同时减小或切断；当减小电流至电磁力小于摩擦片的弹簧弹力时，摩擦片在弹簧的弹力作用下，逐渐加强对筒式直流电机转子轴的摩擦，摩擦阻力使筒式直流电机轴降速；传动两车轮的筒式直流电机2同时降速时，轮椅行走减速；一侧筒式直流电机2减速时，轮椅转向；切断电流时，摩擦片将筒式直流电机转子轴抱紧制动，使车轮停止转动；当电流通过电磁摩擦式制动器11时，产生的电磁力将摩擦片弹簧压缩，解除筒式直流电机2的动力输出轴的制动，输出动力至车轮1。
在微电脑控制装置方面，操纵手柄7使操纵器8产生的二维模拟信号(X、Z)送到CPU内部的A/D转换电路将模拟信号转换成数字信号，系统将X、Z的2.5V设定为零点位置，系统根据X、Y的变化经CPU换算后产生控制信号发送到电机驱动电路，独立控制两侧的筒式直流电机2的正反转，实现前进、后退、及一轮前进，一轮后退的差动转向和360°原地旋转功能。驱动电路由两路相同的H桥式电路组成，驱动管采用EPROM对两路电机进行独立控制。控制系统特点采用微处理芯片控制，具有控制灵活、体积小，对外界状态时时监控，系统设有多重保护，如过压、过流保护、电刹；在蓄电池电压低于22V时，有低压报警，指示灯由绿色变为红色发出提示，并自动关闭驱动电路，延长电池的使用寿命，从而保证整个系统安全可靠。
当需进行下肢运动锻炼时(参见图5)，将安装于车架17前端纵梁上的踏脚板总成14取下，将下肢运动康复器60上的连接固定架32采用与踏脚板总成14同样方式固定于车架前端纵梁上的固定销座13上；患者坐稳在轮椅上，将双脚置于运动踏板35上，并用锁紧扣带33将双脚可靠地把持在运动踏板35上，通过安装在车架17左侧扶手上的电子调速器6接通电源，使运动电机31工作，经蜗轮减速器36、踏板摇臂34驱动运动踏板35进行下肢的强制性运动锻炼；以逐渐恢复下肢的运动功能。当患者用轮椅散步时，该下肢运动康复器60的电源取用于蓄电池23，可在轮椅慢速行走中进行锻炼；在室内使用该下肢运动康复器60时，可接用外接电源。
当外出需携带轮椅时，只要松开吊耳26上的螺母，可方便地将蓄电池架24取下，同时将安装于车架前端纵梁上的踏脚板总成14(或下肢运动康复器60)取下，取下踏脚板总成14(或下肢运动康复器60)时只需将锁止开关12扳开，然后上提踏脚板总成14(或下肢运动康复器60)使其离开固定销座13，便可取下，然后下压或上提坐垫使稳定支架25收缩靠拢，便可使轮椅叠并，随身携带或装入汽车后备箱内。
综上所述，本实用新型的主要特点是1)微电脑控制，操作轻巧方便，动作切换灵敏，运行平缓。
2)采用一轮前进另一轮后退的差动转向，并实现360°原地旋转，行动灵活方便。
3)轮椅制动采用电磁摩擦式制动器，在制动的同时切断电机电流，制动可靠，实现断电制动，不损伤电机和减速器。
4)采用筒式直流电机，功率大，体积小，重量轻。
5)采用牙嵌式车轮离合器结构，直接安装于双级齿轮减速箱输出轴端，直接与车轮结合、分离，方便可靠。
6)设置了独立的电动下肢运动康复器，连接结构与踏脚板总成相同，方便与踏脚板总成相互置换；使患者既可行走，又可进行运动锻炼。
7)车架采用可折叠的框架结构，便于折叠，存放及携带方便。
权利要求1.一种微电脑控制便携式电/手动轮椅，包括车架(17)设在车架上的两个车轮(1)及手驱动圈(22)，设在车架(17)前下部的导向轮(15)及其后下部的防倾翻轮(16)，设在车架(17)中部的椅座坐垫(27)及活动扶手架(4)，其特征在于它还包括设在车架上可控制轮椅运行的微电脑控制装置及与其电连接的电力驱动装置，及设在车架前部的脚踏装置。
2.根据权利要求1所述的一种微电脑控制便携式电/手动轮椅，其特征在于所述微电脑控制装置包括设置在车架(17)右侧部的微电脑控制器(5)及其上方扶手处的操作器座(9)、操纵器(8)、操纵手柄(7)，设在椅座坐垫(27)下方并置于蓄电池架(24)上的蓄电池(23)。
3.根据权利要求1所述的一种微电脑控制便携式电/手动轮椅，其特征在于所述电力驱动装置为设在车架两侧部并各自独立驱动两侧车轮(1)的两套相同的电力驱动装置，其每套包括由筒式直流电机(2)与双级齿轮减速器(21)连接为一体的总成件，筒式直流电机(2)的输出轴与双级齿轮减速器(21)的输入轴为同一轴，该双级齿轮减速器(21)的输出轴通过其外端设置的牙嵌式车轮离合器(18)与车轮呈连接或分离状，该筒式直流电机(2)转子轴的末端设有电磁摩擦式制动器(11)，该电子驱动装置通过设在其双级齿轮减速器(21)上部的顶面卡瓦(20)及前端的侧卡瓦(19)分别卡固在车架(17)的横梁及助推把上，而构成该电力驱动装置与车架(17)的固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种微电脑控制便携式电/手动轮椅，其特征在于所述脚踏装置为连接在车架前端的踏脚板总成(14)。
5.根据权利要求1所述的一种微电脑控制便携式电/手动轮椅，其特征在于所述脚踏装置为一连接在车架前端的下肢运动康复器(60)，其包括底座(37)，固接在底座(37)上可与车架(17)连接的连接固定架(32)、运动电机(31)、蜗轮减速器(36)，设在蜗轮减速器(36)输出轴上的踏板摇臂(34)、运动踏板(35)及其锁紧扣带(33)，运动踏板(35)上向内依次铰接有连杆(30)及上端与车架铰接的摆杆(29)；其还包括设在左侧扶手上可控制该下肢运动康复器的电子调速器(6)，其分别与作为电源的蓄电池(23)及运动电机(31)电连接。
6.根据权利要求1所述的一种微电脑控制便携式电/手动轮椅，其特征在于所述车架前端的纵梁上设有两对可与脚踏装置的踏脚板总成(14)或下肢运动康复器60构成易拆装并固定连接的插接式固定销座(13)及锁止开关(12)。
7.根据权利要求1所述的一种微电脑控制便携式电/手动轮椅，其特征在于所述车架(17)是可折叠的长方形框架结构，其后面的两垂直助推把向上延伸构成车架的靠背部(28)，该长方形框架结构的车架(17)的内侧设有稳定支架(25)，其由两件结构相同的“工”字形内、外构件通过中心销(50)连接为叉式结构，其两上横梁与椅座坐垫(27)相连接，并坐落在车架(17)边框横梁上所设的两对内弧形的坐垫固定座(10)上，该稳定支架(25)的下横梁通过活销(51)与车架(17)的下横梁铰接。
8.根据权利要求1所述的一种微电脑控制便携式电/手动轮椅，其特征在于所述蓄电池架(24)上还连接有吊耳(26)及吊耳座(3)，该吊耳座(3)为焊接在车架(17)侧面并设有通孔的矩形板，吊耳(26)穿过吊耳座(3)的通孔，通过旋接在吊耳(26)端部的螺母构成可对蓄电池架(24)调整及拆卸的固定连接。
9.根据权利要求1所述的一种微电脑控制便携式电/手动轮椅，其特征在于所述稳定支架(25)的下段结构为与筒式直流电机(2)外壳形状相吻合的弧形结构。
专利摘要本实用新型公开了一种微电脑控制便携式电/手动轮椅，其主要特征是在其车架右侧设有可控制轮椅运行的微电脑控制装置，其包括微电脑控制器、操纵器、操纵手柄。在车架两侧部固定有各自独立驱动两侧车轮的电力驱动装置，其包括由筒式直流电机及双级齿轮减速器，双级齿轮减速器的输出轴通过其外端的牙嵌式车轮离合器与车轮呈连接或分离状，筒式直流电机转子的末端设有电磁摩擦式制动器。在车架前端设有可相互置换的踏脚板总成或电动的下肢运动康复器。所述车架为可折叠的长方形框架结构，其上还设有蓄电池。本实用新型可使患者采用手动和电动方式，具有方便地行走，运动锻炼及折叠后携带运输的功效。
文档编号A61G5/00GK2602741SQ0320410
公开日2004年2月11日 申请日期2003年2月18日 优先权日2003年2月18日
发明者金丽杰 申请人:金丽杰