一种转弯轨道、转弯联动机构、爬楼装置及爬楼系统的制作方法

本发明涉及一种爬楼工具领域，具体涉及一种转弯轨道、爬楼装置及爬楼系统。

背景技术：

本申请是在中国专利zl201822008520.3的基础上进行的技术改进，以更好的解决爬楼装置的转弯稳定性问题。

技术实现要素：

本发明提供一种转弯轨道、转弯联动机构、爬楼装置及爬楼系统，能够提高爬楼装置转弯的平稳性和可靠性。

本发明提供以下的技术方案：

第一方面，本发明还提供一种转弯轨道，包括并行的上轨道组件和下轨道组件，其特征在于，所述下轨道组件包括直行的第一轨道和弯曲的第三轨道；第一轨道和第三轨道上表面设有用于驱动的齿条，齿条沿第一轨道和第三轨道延伸方向排布；齿条两侧的第一轨道上表面分别固定有第一轨道限位条和第二轨道限位条；齿条两侧的第三轨道上表面分别固定有第三轨道限位条和第四轨道限位条；靠近第三轨道弯曲圆心的第三轨道限位条的高度低于第一轨道限位条和第二轨道限位条的高度。

优选的，所述第四轨道限位条沿着第三轨道背离圆心的一侧延伸，并与所述第二轨道限位条平齐。

优选的，位于第一轨道内的齿条宽度大于位于第三轨道内的齿条宽度。

优选的，第三轨道限位条的顶部与齿条的根部平齐。

优选的，第一轨道限位条和第二轨道限位条的高度均高于齿条顶部。

优选的，位于第三轨道内的齿条与第四轨道限位条之间的距离为a，位于第三轨道内的齿条与第三轨道限位条之间的距离为b，a小于b。

优选的，所述第三轨道靠近第一轨道的结合处还设有轨道过渡块，该轨道过渡块为楔形块，紧贴第三轨道限位条的侧壁设置。

第二方面，本发明还提供一种转弯联动机构，其特征在于，包括驱动齿轮和卡轮定位器，所述驱动齿轮与上述下轨道组件齿啮合连接，所述卡轮定位器与上述上轨道组件卡位配合连接。

所述上轨道组件包括呈工字型的第二轨道；所述卡轮定位器包括定位器主体以及转动连接在定位器主体上的侧限位滚轮和下限位滚轮；两个所述侧限位滚轮卡位在所述第二轨道的两侧面上；所述下限位滚轮与第二轨道的下底面滚动接触。

优选的，定位器主体与第二轨道的上顶面之间还设有滚动件。

所述驱动齿轮包括轴以及与轴同轴设置的齿轮，所述齿轮与所述齿条啮合；齿轮两侧的轴上还同轴连接限位支撑轮，限位支撑轮与齿轮之间形成有限位槽；第一轨道限位条和第二轨道限位条与所述限位槽外形限位配合；第三轨道限位条和第四轨道限位条与所述限位槽卡位配合。

所述第一轨道和弯曲的第三轨道的结合处设有过渡轨道；所述过渡轨道包括轨道底座以及固定在轨道底座上的宽度渐变的过渡齿条；所述轨道底座与第一轨道和第三轨道结合处外形配合过渡，所述过渡齿条与所述第一轨道和第三轨道上的齿条齿间距相同。

第三方面，本发明还提供一种爬楼装置，包括底座和连接在底座上的踏板，其特征在于，还包括上述转弯轨道和上述转弯联动机构；底座的底部连接有驱动齿轮以及用于控制驱动齿轮转动的电动控制器；底座的上部连接有扶杆组件，所述扶杆组件上连接有卡轮定位器。

第四方面，一种爬楼系统，包括阶梯以及固定在阶梯侧部的楼梯护栏，其特征在于，包括上述爬楼装置；所述下轨道组件固定在所述阶梯上，所述上轨道组件固定在所述楼梯护栏上。

所述定位器主体通过滚动轴与扶杆组件相应位置上的连接器转动连接。

本发明的有益效果为：本申请不改造现有楼梯结构、几乎不占有楼梯现有空间，在楼梯扶手下方预铺两条导轨，配合带有转弯联动机构的爬楼装置，可实现上下楼梯和平稳转弯，简单方便，相比动辄七八万、几十万的座椅楼梯或立式楼梯或其他高成本改造的楼梯，本申请结构简单，操作方便，成本低廉，可靠实用。

附图说明

图1为本申请爬楼系统一个优选实施例的立体图；

图2为图1所示的正视图；

图3为图1所示实施例的局部结构放大图。

图4为图3中卡轮定位器一个优选实施例的结构示意图；

图5为图3中卡轮定位器另一个优选实施例的结构示意图；

图6为本申请转弯轨道第一个优选实施例的结构示意图；

图7为本申请转弯轨道第二个优选实施例的结构示意图；

图8为本申请转弯轨道第三个优选实施例的结构示意图；

图9为本申请中驱动齿轮与第一轨道一个优选实施例的结构主视图；

图10为本申请中驱动齿轮与第三轨道一个优选实施例的结构主视图；

图11为驱动齿轮与齿条啮合传动时的结构示意图；

图12为本申请爬楼系统的结构局部放大图；

图13为过渡轨道一个优选实施例的结构俯视图；

图14为图13所示实施例的结构侧视图；

其中，附图标记如下：

1、楼梯护栏2、阶梯3、第一轨道4、底座5、踏板6、卡轮定位器7、第二轨道8、第三轨道9、扶杆组件10、驱动齿轮11、电动控制器12、齿条13、侧导轨固定栓14、滚动轴15、连接器16、过渡轨道。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的金手指及其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

如图6-图8所示，本发明提供一种转弯轨道，包括并行的上轨道组件和下轨道组件，所述下轨道组件包括直行的第一轨道3和弯曲的第三轨道8；第一轨道3和第三轨道8上表面设有用于驱动的齿条12，齿条12沿第一轨道3和第三轨道8延伸方向排布；齿条12两侧的第一轨道3上表面分别固定有第一轨道限位条301和第二轨道限位条302；齿条12两侧的第三轨道8上表面分别固定有第三轨道限位条303和第四轨道限位条304；靠近第三轨道8弯曲圆心的第三轨道限位条303的高度低于第一轨道限位条301和第二轨道限位条302的高度。为实现转弯，靠近第三轨道8弯曲圆心的第三轨道限位条303的高度低于第一轨道限位条301和第二轨道限位条302的高度，以获取足够的转弯余量。

所述第一轨道3和第三轨道8可均采用铝合金制成的基座，其中齿条12为钢齿条，均为实心结构。

该转弯轨道的结构设计中，第一轨道限位条301和第二轨道限位条302为平直的第一轨道3上运动的轮组提供位置定位，第一轨道限位条301和第二轨道限位条302高度基本一致，使得轮组与齿条12保持相对稳定的位置；所述第一轨道限位条301和第二轨道限位条302以及第三轨道限位条303和第四轨道限位条304采用如下两种优选的实施结构

其中轨道限位条的可实施结构之一为：如图6和图7所示，所述第一轨道限位条301和第二轨道限位条302的高度均高于所述齿条12的高度；所述第四轨道限位条304沿着第三轨道8背离圆心的一侧延伸，并与所述第二轨道限位条302平齐。略高于齿条的轨道限位条可以保护齿条，也避免齿条裸露导致啮合传动中存在的使用安全风险；在工作时，当轮组从平直运动到弯曲部分的第三轨道8过程中，在第一轨道3和第三轨道8之间连续延伸的第二轨道限位条302和第四轨道限位条304能够牢固卡住轮组外侧边，而低于第一轨道限位条301的靠近圆心的第三轨道限位条303则留给轮组较小的转弯自由度，便于在设定的曲率范围内实现转弯，以沿着第三轨道8实现转弯。

在转弯时，第三轨道8起到主要限位作用的是远离圆心的第四轨道限位条304，因此，还需合理设置齿条12与轨道限位条的距离，位于第三轨道8内的齿条12与第四轨道限位条304之间的距离为a，位于第三轨道8内的齿条12与第三轨道限位条303之间的距离为b，a小于b；第四轨道限位条304与齿条12分别通过卡位和啮合限定住轮组远离圆心的部分，也为靠近圆心部分的轮组留下相应的自由度，实现平稳转弯。

可选的是，所述第三轨道限位条303靠近第一轨道处还设有内凹弧形面，该内凹弧形面沿着第三轨道限位条303延伸方向，且背离第三轨道8弯曲的圆心；该内凹弧形面与进入到第三轨道8的轮组内侧面配合，以留出足够的转弯余量，避免轮组与第三轨道限位条303转弯配合时出现抵触卡位，实现平稳转弯。

其中轨道限位条的可实施结构之二为：如图8所示，第三轨道限位条303和第四轨道限位条304的高度大致相等，且均低于所述第一轨道限位条301和第二轨道限位条302的高度；优选的结构为第三轨道限位条303的顶部与齿条12的根部平齐。

相应的，为更好的配合轮组，实现在设定曲率下的转弯，位于第三轨道8上的齿条12为窄钢齿条，以与轮组上的滚齿配合。

可选的设计及实施结构还包括，所述上轨道组件具有与所述下轨道组件近似的延伸走向，如包括与所述第一轨道3相近的直行轨道，以及与所述第三轨道8相近的弯曲轨道。

所述下轨道组件并不局限于一个直行的第一轨道3和一个弯曲的第三轨道8，它还可以由多个第三轨道8拼接成的连续弯曲结构，及连接在连续弯曲结构两端的直行的第一轨道3。下轨道组件的设置与楼梯的走向相当，其中直行的第一轨道3倾斜安装在楼梯的直行部分，所述第三轨道安装在楼梯的转弯部分。

为了更好的改善转弯轨道的结构稳定性，本申请还对细节结构进行了优化设计，其中位于第一轨道3内的齿条12宽度大于位于第三轨道8内的齿条12宽度；所述第一轨道3内的齿条12略小于第一轨道限位条301和第二轨道限位条302之间的宽度，可设置为6-10mm。所述第三轨道8内的齿条12为2-4mm，只起到转弯时齿与齿之间的滚动定位作用。为了提高转弯的平稳性，所述第三轨道限位条303的顶部与齿条12的根部平齐或第三轨道限位条303和第四轨道限位条304均与所述齿条12的根部平齐。由于在转弯时，靠近圆心的轮组部分与远离圆心的轮组部分转弯半径并不一致，第三轨道限位条303的顶部与齿条12的根部平齐，与第三轨道8较窄的齿条12配合设计，使轮组与齿条12啮合具有较大的余量，第三轨道限位条303在起到对轮组侧向支撑限位的同时，也留有一定的自由度，允许轮组两端在转弯半径存在较小差异下沿着弯曲的第三轨道8移动。

第一轨道限位条301和第二轨道限位条302的高度均高于齿条12顶部；保护齿条12的同时，也便于轮组定位挂靠到轨道上，使轮组上的齿轮与齿条12啮合。

如图7所示，本申请的转弯轨道在上述结构的基础上，还记载了另一种实施例，所述第三轨道8靠近第一轨道3的结合处还设有轨道过渡块801，该轨道过渡块801为楔形块，紧贴第三轨道限位条303的侧壁设置；楔形块与轨道的结合处设有弧形倒角，楔形块靠近第一轨道3的一端为大端，另一端为小端；轮组从第一轨道3运行到第三轨道8时，轨道过渡块801抵靠轮组内侧面，在挤压力作用下使轮组沿着楔形块的大端滑向小端。或从第三轨道8向第一轨道3移动时，轮组沿着楔形块在外力驱动的情况下从小端移动到大端，从弯曲轨道过渡到平直轨道。该轨道过渡块801的设计能够使轮组在平直轨道与弯曲轨道之间发生位移时平稳过渡，位移连续，避免出现较大的影响安全和舒适性的横向位移。

第二方面，本发明还提供一种转弯联动机构，如图4-11所示，转弯联动机构包括驱动齿轮10和卡轮定位器6，所述驱动齿轮10与上述下轨道组件齿啮合连接，所述卡轮定位器6与上述上轨道组件卡位配合连接。所述驱动齿轮10包括轴103以及与轴103同轴设置的齿轮102，所述齿轮102与所述齿条12啮合；齿轮102两侧的轴103上还同轴连接限位支撑轮101，限位支撑轮101与齿轮102之间形成有限位槽；第一轨道限位条301和第二轨道限位条302与所述限位槽外形限位配合；第三轨道限位条303和第四轨道限位条304与所述限位槽卡位配合。

如图9-11所示，所述限位槽位于限位支撑轮101与齿轮102之间，根据齿轮102与限位支撑轮101的外形形成不同的结构，优选的，当限位支撑轮101与齿轮102均采用楔形侧面时，形成截面为梯形的限位槽。

如图9和11所示，在平直轨道上，第一轨道限位条301和第二轨道限位条302的顶部延伸到限位槽的最上侧，可以存着间隙或抵接接触，当为抵接接触时，所述第一轨道限位条301和第二轨道限位条302的顶部设置弧形或曲面，以具有较好的支撑及较低的摩擦；第一轨道限位条301和第二轨道限位条302伸入到限位槽的部分与所述限位槽的外形相当，仅存着较小的侧面间隙，使平直轨道上第一轨道限位条301和第二轨道限位条302起到很好的限位作用。

如图10和11所示，在弯曲轨道上，第三轨道限位条303和第四轨道限位条304与所述第一轨道限位条301和第二轨道限位条302设计结构并不相同，在保证一定卡位作用下，还需保留一定的转弯余量。在该图示实施结构中，靠近第三轨道8弯曲圆心的第三轨道限位条303的高度低于第一轨道限位条301和第二轨道限位条302的高度，也可以如图8所示，第三轨道限位条303的高度与齿条根部平齐；这样靠近圆心部分的第三轨道限位条303顶部与限位支撑轮101与齿轮102之间的限位槽存在较大的间隙，留下相应的自由度，实现平稳转弯。

所述上轨道组件包括呈工字型的第二轨道7；所述卡轮定位器6包括定位器主体603以及转动连接在定位器主体603上的侧限位滚轮601和下限位滚轮602；两个所述侧限位滚轮601卡位在所述第二轨道7的两侧面上；所述下限位滚轮602与第二轨道7的下底面滚动接触。

其转弯联动的工作原理是这样的，如图8所示，驱动齿轮10通过齿轮102与限位支撑轮101之间的间隙，限位槽与轨道限位条卡位配合，使齿轮102与齿条12啮合在预设位置上完成啮合配合；限位支撑轮101外缘与轨道的铝合金基座上表面接触，起到支撑作用。驱动齿轮10起到驱动与底部支撑作用。

所述限位支撑轮101为v形轮，当在平直的第一轨道3时，第一轨道限位条301和第二轨道限位条302的顶部延伸至限位支撑轮101与齿轮102之间间隙的顶部，产生较小的间隙限位配合；而当限位支撑轮101运行在第三轨道8时，如图10所示，靠近转弯圆心的限位支撑轮101运行半径小于另一限位支撑轮101，第三轨道限位条303的顶部与限位槽之间有较大的预设间隙，留下相应的自由度，使得两限位支撑轮101在不同的预设转弯半径下实现平稳转弯。

如图4-5所示，卡轮定位器6通过侧限位滚轮601与第二轨道7的侧边滚动配合，通过下限位滚轮602与第二轨道7的下底面滚动配合，当驱动齿轮10移动时，随之沿着第二轨道7移动，实现联动。

为提高卡轮定位器6与第二轨道7配合的可靠性，定位器主体603与第二轨道7的上顶面之间还设有滚动件604。所述侧限位滚轮601为由聚氨酯材料制成，所述滚动件604为转动连接在定位器主体603上的小胶轮，小胶轮与下限位滚轮602分别紧紧贴在所述第二轨道7的上顶面和下顶面，提供限位和支撑作用。

为保证平直轨道与弯曲轨道纵向方向的平稳过渡，如图12-14所示，所述第一轨道3和弯曲的第三轨道8的结合处设有过渡轨道16；所述过渡轨道16包括轨道底座以及固定在轨道底座上的宽度渐变的过渡齿条1601；所述轨道底座与第一轨道3和第三轨道8结合处外形配合过渡，所述过渡齿条1601与所述第一轨道3和第三轨道8上的齿条12齿间距相同。过渡轨道16与所述上轨道组件和下轨道组件的材质相同，过渡轨道16具有能使平直轨道向弯曲轨道过渡的下凹弧形过渡结构，或弯曲轨道向平直轨道过渡的上凸弧形过渡结构，如图12所示。

所述过渡轨道16的一个优选具体实施结构如图13和14所述，过渡齿条1601两侧分别为第一过渡轨道限位条1602和第二过渡轨道限位条1603，其中靠近第三轨道8的过渡轨道一侧具有弧形过渡，所述第二过渡轨道限位条1603延伸至所述弧形过渡处。该过渡轨道16的设计使得轮组能够平稳从有高度差的平直轨道过渡到弯曲轨道。

当然过渡轨道16还可能存在其他需拼接的相邻平直轨道之间，或需拼接的弯曲轨道之间；以使得轨道实现不同倾角和弯曲方向的平稳过渡。

需要说明的是，连接在相邻第一轨道3之间，以及连接在相邻第三轨道8之间的过渡轨道16，具有与所述第一轨道3或第三轨道8基本一致的过渡齿条1601，如当连接在相邻第一轨道3之间的过渡齿条1601的宽度与第一轨道3上的齿条12齿间距相等，宽度也基本一致。

如图13和14所示的优选实施例结构，所述过渡轨道16上的过渡齿条1601为宽度渐变结构，例如当从平直轨道向弯曲过道方向设置时，所述过渡齿条1601从宽到窄渐变，反之则由窄到宽渐变，该结构设计能够使轮组上的滚动齿与齿条上的齿配合紧密稳定，避免咬齿和卡合不稳的问题。

如图1-3所示，第三方面，本发明还提供一种爬楼装置，包括底座4和连接在底座4上的踏板5，还包括所述转弯轨道和所述转弯联动机构；底座4的底部连接有驱动齿轮10以及用于控制驱动齿轮10转动的电动控制器11；底座4的上部连接有扶杆组件9，所述扶杆组件9上连接有卡轮定位器6。踏板为可折叠结构，通过铰链与底座4相连，所述踏板的宽度为210mm-270mm，长度为300mm。爬楼装置的整体高度为1m左右，根据实际需要灵活设置，优选的为1150mm。

扶杆组件9的顶部设有扶手及安全带组件，扶手上设有与所述电动控制器11相连的电开关，用于控制驱动齿轮10的转动状态；所述扶手为杆体，电开关可以为分别设置在杆体的两端，设置在杆体的一端的电开关为下楼按钮，另一端为上楼按钮，必要的杆体中部还设有机械钥匙总上电开关，机械钥匙总上电开关设置在所述下楼按钮/上楼按钮和电动控制器11之间，用于控制下楼按钮/上楼按钮和电动控制器11之间的电导通状态；

安全带组件包括设置在固定在扶杆组件9上的安全带插孔，及与所述安全带插孔配合的安全带，安全带插孔可设置必要的插入传感器，与汽车安全带感应报警相当，用于使用者在使用该爬楼装置时系上安全带。

第四方面，如图1所示，本发明还提供一种爬楼系统，包括阶梯2以及固定在阶梯2侧部的楼梯护栏1，还包括所述爬楼装置；所述下轨道组件固定在所述阶梯2上，所述上轨道组件固定在所述楼梯护栏1上。可选的，所述定位器主体603通过滚动轴14或回转轴与扶杆组件9相应位置上的连接器15转动连接。扶杆组件9因滚动轴14或回转轴的存在，使发生转弯时相对于轨道仍具有竖直的方向，不发生位置偏转。

底座4里内含电机+蓄电池组+主板+驱动齿轮组，该技术方案已在在先专利中公开，不再赘述；进一步也可以使用外接电源供电提供电机能量；电量显示窗口用于显示蓄电池的电量；底座4前部还包括用于探测前方障碍物的探测传感器，探测传感器可以为超声波传感器或激光传感器；探测传感器与电动控制器11电连接，在探测障碍物时，向所述电动控制器11输入停止工作的电信号。电机，与电机连接的减速齿轮箱，连接在减速齿轮箱输出轴上的主动齿轮，主动齿轮为所述驱动齿轮10。必要的，还包括在失电状态下的起到紧急刹车制动的刹车系统及在踏板5超载下报警的报警装置。

楼梯系统在工作时，驱动齿轮10在水平转弯时，一方面前进的动力来自电机，另一方面迫使整个装置转弯的扭力来自靠近圆心的内侧限位支撑轮101边沿部分与轨道限位条之间的滚动磨擦所提供。

本申请不改造现有楼梯结构、几乎不占有楼梯现有空间，在楼梯扶手下方预铺两条导轨，配合带有转弯联动机构的爬楼装置，可实现上下楼梯和平稳转弯，简单方便，相比动辄七八万、几十万的座椅楼梯或立式楼梯或其他高成本改造的楼梯，本申请结构简单，操作方便，成本低廉，可靠实用。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。