一种基于双圆弧谐波齿轮传动的电动轮椅用驱动机构的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于双圆弧谐波齿轮传动的电动轮椅用驱动机构，包括与电动轮椅驱动轮相连接的电机和与电机相连接的电源，其特征在于：在所述电机与电动轮椅驱动轮之间设置有双圆弧谐波齿轮传动，双圆弧谐波齿轮传动包括波发生器、钢轮和柔轮；所述钢轮和柔轮具有能实现共轭运动的双圆弧齿廓；所述波发生器为椭圆凸轮波发生器。采用上述结构后，上述双圆弧谐波齿轮传动能有效改善柔轮齿根的应力状况和传动啮合质量，减小体积，提高承载能力和扭转刚度，减小最小传动比，从而使电动轮椅驱动轮的转矩增加，故使电动轮椅能够很容易地在破路上运行或者能方便地登台阶，操作方便，尤其对于残障人士，能够很简便地单独操作。
【专利说明】一种基于双圆弧谐波齿轮传动的电动轮椅用驱动机构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种电动轮椅的驱动装置，特别是一种基于双圆弧谐波齿轮传动的电动轮椅用驱动机构。
【背景技术】
[0002]现今社会，科学技术的不断发展，使得人类正在向人工智能领域不断发展。早前的手动轮椅已被现在的电动轮椅所替代，现有电动轮椅，叠加有高性能动力驱动装置、智能操纵装置、电池等部件，具备人工操纵智能控制器，就能驱动轮椅完成前进、后退、转向、站立、平躺、等多种功能的新一代智能化轮椅，是现代精密机械、智能数控、工程力学等领域相结合的闻新科技广品。
[0003]然而，现在的电动轮椅也仍有很多技术需待改进，具体如下:
[0004]现有电动轮椅的传动系统主要是直接将电动机的驱动转矩传给电动轮椅的驱动轴，促使电动轮椅运行，这种方式大大降低了电动轮椅的驱动轴转矩，当电动轮椅需要爬坡或者登台阶时，具有一定难度，尤其对于残障人士，在单独出行的情况下，会产生诸多的不便。在此技术背景下，我们需要给电动轮椅增加一个减速机装置，提高其轮子的转矩。但普通减速机的体积大、重量大，且传动扭矩小。
实用新型内容
[0005]本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种转矩大、承载能力强、体积小，且能够在破路或者登台阶等环境下仍方便使用的基于双圆弧谐波齿轮传动的电动轮椅用驱动机构。
[0006]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是:
[0007]—种基于双圆弧谐波齿轮传动的电动轮椅用驱动机构，包括与电动轮椅驱动轮相连接的电机和与电机相连接的电源，其特征在于:在所述电机与电动轮椅驱动轮之间设置有双圆弧谐波齿轮传动，双圆弧谐波齿轮传动包括波发生器、钢轮和柔轮；所述钢轮和柔轮具有能实现共轭运动的双圆弧齿廓；所述波发生器为椭圆凸轮波发生器。
[0008]所述电动轮椅驱动轮为两个电动轮椅后轮，每个电动轮椅后轮连接一个电机，每个电动轮椅后轮与对应电机之间均设置有一个双圆弧谐波齿轮传动。
[0009]连接两个所述电动轮椅后轮的两个电机的速度不同，两个电机之间的差速能控制电动轮椅的运动方向。
[0010]所述电机为无刷电机。
[0011]所述电源为锂电池。
[0012]本实用新型采用上述结构后，上述双圆弧谐波齿轮传动能有效改善柔轮齿根的应力状况和传动哨合质量，减小体积，提闻承载能力和扭转刚度，减小最小传动比，从而使电动轮椅驱动轮的转矩增加，故使电动轮椅能够很容易地在破路上运行或者能方便地登台阶，操作方便，尤其对于残障人士，能够很简便地单独操作。另外，椭圆凸轮波发生器能使柔轮与刚轮的啮合达到理想状态，运转平稳，精度高，效率高，从而使电动轮椅能平稳地在颠簸路面上行驶。进一步，无刷电机能使电动轮椅的运行噪音小，工作寿命长，维护成本低。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本实用新型一种基于双圆弧谐波齿轮传动的电动轮椅用驱动机构的结构示意图；
[0014]图2显示了双圆弧谐波齿轮传动的结构示意图；
[0015]图3显示了钢轮的结构示意图；
[0016]图4显示了柔轮的结构示意图；
[0017]图5显示了波发生器的结构示意图；
[0018]图6显示了双圆弧谐波齿轮传动中的双圆弧齿形图。
[0019]其中有:1.电动轮椅前轮；2.电动轮椅后轮；3.电源；4.驱动器；5.电机；6.双圆弧谐波齿轮传动；7.波发生器；8.钢轮；9.柔轮；10.双圆弧齿廓。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和具体较佳实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
[0021]电动轮椅通常包括两个电动轮椅前轮I和两个电动轮椅后轮2，故电动轮椅的驱动方式有三种，即:两个电动轮椅前轮I为驱动轮，两个电动轮椅后轮2为驱动轮，以及两个电动轮椅前轮I和两个电动轮椅后轮2同时为驱动轮。
[0022]本实施例中，为使电动轮椅能适应各种不利地面，如颠簸路面、沙地或雪地等，故选择两个电动轮椅后轮2作为驱动轮，下面就以两个电动轮椅后轮2作为驱动轮的情况，对本申请做进一步详细的说明。
[0023]如图1所不,一种基于双圆弧谐波齿轮传动的电动轮椅用驱动机构,包括两个电机5、与两个电机5相连接的电源3、设置于电源3与每个电机5之间的驱动器4和两个设置于电机5和电动轮椅后轮2之间的双圆弧谐波齿轮传动6。驱动器4能控制电机5的启动和停止等/[目号。
[0024]如图2所示，每个双圆弧谐波齿轮传动6包括波发生器7、钢轮8和柔轮9。其组合原理一般以钢轮8固定,波发生器7作为输入机构,柔轮9作为输出机构。由于双圆弧谐波齿轮传动6是靠柔轮9的弹性变形来传递运动和动力的，所以柔轮9因受反复的弹性变形而易发生疲劳破坏。为了最大限度的降低反复变性对柔轮9的伤害， 申请人:提出了:在钢轮8和柔轮9上设置如图3和图4所示的能实现共轭运动的双圆弧齿廓10。该双圆弧齿廓10，可以有效地改善柔轮9齿根的应力状况和传动啮合质量，减小体积，提高承载能力和扭转刚度，减小最小传动比，提高传动系统动态性能。
[0025]双圆弧齿廓10，可以保证柔轮9在刚轮8齿槽的啮入啮出过程中，双圆弧齿廓10始终处于共轭运动状态，特别在啮合过程中，存在一段柔轮9凸齿廓和凹齿廓分别与刚轮8凹齿廓和凸齿廓同时处于共轭运动的双共轭啮合区间。这对于提高双圆弧谐波齿轮传动6的扭转刚度具有重要作用。
[0026]由于电动轮椅基本为残障人士或腿脚不便人员使用，故电动轮椅作为代步工具，要求速度要较为缓慢。而双圆弧谐波齿轮传动6，减速比大，正好能对电动轮椅的运行速度进行限制，从而使电动轮椅的使用更加安全。
[0027] 申请人:利用三洋电机对本申请的双圆弧谐波齿轮传动6进行性能测试。按照实际要求尺寸设计的双圆弧谐波齿轮传动6样机与配套的电机组装好。然后，分别在50r/min，100r/min, 500r/min, 1000r/min, 1500r/min, 2000r/min, 3000r/min 时测试装上电机后的双圆弧谐波齿轮传动6的声音和运转的顺畅度。实验结果表明在1500r/min的速度下仍没有噪音产生，且运行平稳。在1500r/min速度下，双圆弧谐波齿轮传动6的双圆弧齿形图，如图6所示。从图中可以看出，谐波运转的顺畅度很好，且不存在回弹现象。
[0028]同时， 申请人:对双圆弧谐波齿轮传动6与渐开线谐波齿轮传动进行了扭转刚度的试验对比，试验结果为:在卸载段，随着负载扭矩的减小，双圆弧谐波齿轮传动6的扭转刚度比渐开线谐波齿轮传动增加28% ~ 66% ；在加载段，随着负载扭矩的增大，双圆弧谐波齿轮传动6的扭转刚度比渐开线谐波齿轮传动增加20% ~ 42%。
[0029]上述试验结果表明，双圆弧谐波齿轮传动6的扭转刚度比渐开线谐波齿轮传动至少增加20%。在小负载范围内，至少增加42%，特别在卸载段，可达60%以上。采用双圆弧谐波齿轮传动6，可以提高谐波齿轮传动系统的动态性能。
[0030]另外，上述波发生器7优选为椭圆凸轮波发生器。这种波发生器可以使柔轮9与刚轮8的啮合达到理想状态，运转平稳，精度高，效率也较高。
[0031]作为进一步改进，连接两个电动轮椅后轮2的两个电机5的速度不同，两个电机5之间的差速能控制电动轮椅的运动方向。也即采用电机5差速控制轮椅方向，当左侧电机5的速度小于右侧电机5的时候，电动轮椅向左行驶；当左侧电机5的速度大于右侧电机5的时候，电动轮椅向右行驶；当两个电机5速度一样的时候，电动轮椅将保持直线行驶。
[0032]作为进一步改进，上述电机5优选为无刷电机，电源3优选为锂电池。无刷电机的使用，能使电动轮椅的运行噪音小，工作寿命长，维护成本低。上述锂电池的使用，能使电动轮椅满足在室内室外都能运行的要求。
【权利要求】
1.一种基于双圆弧谐波齿轮传动的电动轮椅用驱动机构，包括与电动轮椅驱动轮相连接的电机和与电机相连接的电源，其特征在于:在所述电机与电动轮椅驱动轮之间设置有双圆弧谐波齿轮传动，双圆弧谐波齿轮传动包括波发生器、钢轮和柔轮；所述钢轮和柔轮具有能实现共轭运动的双圆弧齿廓；所述波发生器为椭圆凸轮波发生器。
2.根据权利要求1所述的基于双圆弧谐波齿轮传动的电动轮椅用驱动机构，其特征在于:所述电动轮椅驱动轮为两个电动轮椅后轮，每个电动轮椅后轮连接一个电机，每个电动轮椅后轮与对应电机之间均设置有一个双圆弧谐波齿轮传动。
3.根据权利要求2所述的基于双圆弧谐波齿轮传动的电动轮椅用驱动机构，其特征在于:连接两个所述电动轮椅后轮的两个电机的速度不同，两个电机之间的差速能控制电动轮椅的运动方向。
4.根据权利要求1所述的基于双圆弧谐波齿轮传动的电动轮椅用驱动机构，其特征在于:所述电机为无刷电机。
5.根据权利要求1所述的基于双圆弧谐波齿轮传动的电动轮椅用驱动机构，其特征在于:所述电源为锂电池。
【文档编号】A61G5/06GK204246359SQ201420715207
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年11月25日 优先权日:2014年11月25日
【发明者】袁安富, 林森 申请人:南京信息工程大学