快速平穩(wěn)上樓助力車的制作方法
【專利摘要】快速平穩(wěn)上樓助力車,車架、車輪、十字機構(gòu)以及動力結(jié)構(gòu)；動力結(jié)構(gòu)包括電機、減速器、同步帶輪、同步帶以及主軸，主軸帶動十字結(jié)構(gòu)作旋轉(zhuǎn)運動；十字結(jié)構(gòu)包括十字軸承固定件、軸承以及滑桿，十字軸承固定件的四個軸頭上分別安裝有若干個帶法蘭邊的軸承，四個軸頭上的軸承組件圍合構(gòu)成十字形裝夾空間，裝夾空間內(nèi)安裝有相互垂直的滑桿，兩根滑桿形成一十字狀，滑桿沿著軸承外壁滑動，并且滑桿的橫截面為正方形，十字狀中心始終保持在一直線上；滑桿的末端安裝有用于固定車輪的U型鈑金件；U型鈑金件的內(nèi)側(cè)固定有一V型平底槽軸承，車架上設(shè)置有用于控制十字狀中心到樓梯間的距離的導(dǎo)軌，V型平底槽軸承卡接在導(dǎo)軌的滑槽內(nèi)并且可沿滑槽滑動。
【專利說明】
快速平穩(wěn)上樓助力車
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種快速平穩(wěn)上樓助力車。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有的上樓小車結(jié)構(gòu)主要可歸結(jié)為輪組式、履帶式、和多足式三類。
[0003] 輪組式在載重上樓中應(yīng)用較多，特點是每個輪組依照星形輪的方式進行運動（如 圖1):平地行駛時，各小輪繞各自自轉(zhuǎn);爬樓梯時，各小輪一起繞中心軸公轉(zhuǎn)。輪組式爬樓梯 裝置與其他構(gòu)型的裝置相比，重量輕，運動靈活，在無障礙環(huán)境下具有較好的行動性能。但 是上下樓梯時該類型設(shè)備重心起伏較大，大大限制了上樓速度。作為輪椅，乘坐者會感到不 適，且上樓速度無法提升。
[0004] 履帶型機構(gòu)在上下樓梯過程中，設(shè)備的重心總是沿著與樓梯臺階沿的連線相平行 的直線運動的，其重心的波動很小，運動非常平穩(wěn)。但履帶式爬樓梯裝置不足是:結(jié)構(gòu)龐大， 效率低，平地?zé)o法靈活轉(zhuǎn)彎，在爬樓梯時履帶容易損壞樓梯沿。平臺樓梯結(jié)合處任然無法達(dá) 到快速平穩(wěn)。部分上樓輪椅用這種結(jié)構(gòu)。
[0005] 多足式爬樓梯裝置借鑒了昆蟲的腳的伸縮，一般用六只腳爬行上樓，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，龐 大，控制系統(tǒng)復(fù)雜，實際應(yīng)用極少。
[0006] 在上述三種爬樓機構(gòu)中，由于輪組式爬樓梯裝置可以兼顧平地行駛和爬樓梯，而 且結(jié)構(gòu)緊湊，體積小巧，效率較高，操作相當(dāng)簡單，是比較理想的爬樓梯機構(gòu)。而多足式爬樓 梯裝置雖然要求較高、操作較復(fù)雜，但是它的平穩(wěn)性卻是輪組式爬樓梯裝置所沒有的。所以 在分析現(xiàn)有爬樓梯機構(gòu)優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，我們結(jié)合輪組式爬樓梯裝置和多足式爬樓梯裝置 的特點，設(shè)計出一款二者結(jié)合，結(jié)構(gòu)簡單的上樓助力車。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了克服現(xiàn)有上樓小車結(jié)構(gòu)存在的上述缺陷，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單的快速平 穩(wěn)上樓助力車。
[0008] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0009] 快速平穩(wěn)上樓助力車，包括一車架和車輪，其特征在于:還包括十字機構(gòu)以及用于 驅(qū)動十字結(jié)構(gòu)的動力結(jié)構(gòu)，所述的動力結(jié)構(gòu)固定安裝在車架下方；
[0010] 所述的動力結(jié)構(gòu)包括電機、減速器、同步帶輪、同步帶以及主軸，所述的電機的電 機軸和減速器的輸入端之間分別套設(shè)有同步帶輪，同步帶輪之間通過同步帶傳動連接;所 述的減速器的輸出端和主軸的中部之間分別套設(shè)有第一鏈輪和第二鏈輪，所述的第一鏈輪 和第二鏈輪之間通過鏈條傳動連接；
[0011] 所述的主軸的兩端端部分別設(shè)置有所述的十字結(jié)構(gòu)，所述的主軸帶動十字結(jié)構(gòu)作 旋轉(zhuǎn)運動;所述的十字結(jié)構(gòu)包括十字軸承固定件、軸承以及滑桿，所述的十字軸承固定件的 四個軸頭上分別安裝有若干個帶法蘭邊的軸承，四個軸頭上的軸承組件圍合構(gòu)成一十字形 裝夾空間，所述的裝夾空間內(nèi)安裝有相互垂直的滑桿，兩根所述的滑桿形成一十字狀，所述 的滑桿沿著軸承外壁滑動，并且所述的滑桿的橫截面為正方形，十字狀中心始終保持在一 直線上;所述的滑桿的末端安裝有用于固定車輪的U型鈑金件；
[0012] 所述的U型鈑金件的內(nèi)側(cè)固定有一 V型平底槽軸承，所述的車架上設(shè)置有用于控制 十字狀中心到樓梯間的距離的導(dǎo)軌，所述的導(dǎo)軌上開著有滑槽，所述的V型平底槽軸承卡接 在所述的滑槽內(nèi)并且可沿所述的滑槽滑動。
[0013] 進一步，所述的減速器為蝸輪蝸桿，所述的渦輪蝸桿相互嚙合。
[0014] 進一步，所述的第二鏈輪是棘輪。
[0015] 快速平穩(wěn)上樓助力車是一款可以完全平穩(wěn)且快速上樓、占用空間小的電動助力 車。用于搬運貨物。通過改裝也可做成上樓輪椅，乘坐者的舒適性遠(yuǎn)高于現(xiàn)有大部分上樓輪 椅。
[0016] 本發(fā)明通過分析普通助力車上樓的運動軌跡曲線，自主設(shè)計出可以抵消車身顛簸 的上樓結(jié)構(gòu)。利用可以相對滑動的滑桿控制八個車輪的運動，提高上樓穩(wěn)定性的同時大大 提高上樓速度。能在室內(nèi)最常見的規(guī)格為300*150(mm)樓梯上保持直線上樓，同時適應(yīng)不同 樓梯。
[0017] 本發(fā)明的核心結(jié)構(gòu)巧妙，解決了現(xiàn)有上樓車速度慢，顛簸大的問題，是一個巨大突 破?？捎糜谒退蠘?，家具搬運，搬家公司，快遞上樓，制作上樓輪椅等。由于快速平穩(wěn)的特 點，可以節(jié)省人力物力，創(chuàng)造極高的經(jīng)濟效益。同時為上樓助力車的研發(fā)提供了新的方向， 具有很大的發(fā)展空間。
[0018] 本發(fā)明在爬樓梯時，能夠像多足式爬樓梯裝置和履帶式爬樓梯裝置一樣在運動的 同時保持平穩(wěn)，重心沒有上下起伏。但是相比于前者，上樓助力車結(jié)構(gòu)簡單，上樓過程連續(xù)， 同時上樓助力車上樓時車身呈水平狀態(tài)。所以相比上述三種爬樓梯裝置，上樓助力車有著 非常大的優(yōu)勢。
[0019]上樓助力車不僅在樓梯上能平穩(wěn)前進，在平地上也是非常靈活的。四個PU車輪同 時著地保證了小車在平地上前進時受力均衡穩(wěn)定。蝸輪蝸桿減速器自鎖配合棘輪傳動，不 僅在小車爬樓時可以避免小車倒退跌落臺階的意外發(fā)生，同時在平地上可以使四輪著地模 式輕易轉(zhuǎn)化成二輪著地，實現(xiàn)原地轉(zhuǎn)彎或者倒車功能。而輪組式爬樓裝置（四輪著地)和履 帶式爬樓裝置在平地上的轉(zhuǎn)彎就會比較吃力了。所以相比上述三種爬樓梯裝置，上樓助力 車有著非常大的優(yōu)勢。
[0020] 本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：
[0021] 1、巧妙的設(shè)計使用了固定導(dǎo)軌來確定上樓軌跡。
[0022] 2、利用十字形的滑桿設(shè)計解決了上樓裝置重心問題。
[0023] 3、利用每八個軸承約束一根方形滑桿的運動，使滑桿只能在軸向滑動而不能轉(zhuǎn) 動，滑桿之間互不影響。
[0024] 4、結(jié)構(gòu)簡單實用，適用于不同的樓梯。
【附圖說明】
[0025] 圖1是現(xiàn)有輪組式爬樓梯裝置重心軌跡示意圖。
[0026]圖2是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖3是本發(fā)明十字結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖4是本發(fā)明十字結(jié)構(gòu)立體圖。
[0029]圖5a是本發(fā)明上樓瞬間示意圖。
[0030]圖5b是本發(fā)明導(dǎo)軌曲線示意圖。
[0031]圖6是本發(fā)明動力結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032] 圖7是本發(fā)明十字結(jié)構(gòu)局部示意圖。
[0033] 圖8是本發(fā)明導(dǎo)軌滑槽與V型平底槽軸承配合安裝示意圖。
【具體實施方式】
[0034] 參照圖2至圖8,快速平穩(wěn)上樓助力車，包括一車架1和車輪2,還包括十字機構(gòu)3以 及用于驅(qū)動十字結(jié)構(gòu)3的動力結(jié)構(gòu)4,所述的動力結(jié)構(gòu)4固定安裝在車架1下方；
[0035]所述的動力結(jié)構(gòu)4包括電機41、減速器42、同步帶輪43、同步帶44以及主軸48,所述 的電機41的電機軸和減速器42的輸入端之間分別套設(shè)有同步帶輪43,同步帶輪43之間通過 同步帶44傳動連接;所述的減速器42的輸出端和主軸48的中部之間分別套設(shè)有第一鏈輪45 和第二鏈輪46，所述的第一鏈輪45和第二鏈輪46之間通過鏈條47傳動連接；
[0036]所述的主軸48的兩端端部分別設(shè)置有所述的十字結(jié)構(gòu)3,所述的主軸48帶動十字 結(jié)構(gòu)3作旋轉(zhuǎn)運動;所述的十字結(jié)構(gòu)3包括十字軸承固定件31、軸承33以及滑桿32,所述的十 字軸承固定件31的四個軸頭上分別安裝有若干個帶法蘭邊的軸承33,四個軸頭上的軸承組 件圍合構(gòu)成一^h字形裝夾空間，所述的裝夾空間內(nèi)安裝有相互垂直的滑桿32,兩根所述的 滑桿32形成一十字狀，所述的滑桿32沿著軸承33外壁滑動，并且所述的滑桿32的橫截面為 正方形，十字狀中心始終保持在一直線上;所述的滑桿32的末端安裝有用于固定車輪2的U 型鈑金件34;
[0037]所述的U型鈑金件34的內(nèi)側(cè)固定有一V型平底槽軸承35,所述的車架1上設(shè)置有用 于控制十字狀中心到樓梯間的距離的導(dǎo)軌5,所述的導(dǎo)軌5上開著有滑槽，所述的V型平底槽 軸承35卡接在所述的滑槽內(nèi)并且可沿所述的滑槽滑動。
[0038]進一步，所述的減速器42為蝸輪蝸桿，所述的蝸輪蝸桿相互嚙合。
[0039]進一步，所述的第二鏈輪46是棘輪。
[0040] 本實施例通過分析普通助力車上樓的運動軌跡曲線，自主設(shè)計出可以抵消車身顛 簸的上樓結(jié)構(gòu)。利用可以相對滑動的滑桿控制八個車輪的運動，提高上樓穩(wěn)定性的同時大 大提高上樓速度。能在室內(nèi)最常見的規(guī)格為300*150(mm)樓梯上保持直線上樓，同時適應(yīng)不 同樓梯。
[0041] 本實施例中導(dǎo)軌的設(shè)計曲線的計算過程如下：
[0042]普通輪組式裝置上樓時由于車輪與車身的距離固定，爬樓時車身以車輪做圓心周 期做圓弧運動，車身無法保持在一條直線上，造成顛簸。故改變車輪與車身的距離，補償做 圓弧運動時車身高度的變化，即可消去上樓裝置的不穩(wěn)性。
[0043] 參考圖5&4也和A2B2為兩組相互垂直的滑桿結(jié)構(gòu)。以A 2為圓心，B2A2轉(zhuǎn)動，0沿直線 向右上，0'，〇"，0" '，〇1為路徑上的點，且A20" '丄0(h，最終點為(h，此時0A2丄A2(h，并換圓心 (圖中換為BO,循環(huán)這個過程。此時出走過的路徑為導(dǎo)軌受力部分。
[0044]受力部分計算：
[0045]設(shè)Z0"A20"'為
s(大部分樓梯規(guī)格為150mm* 300mm左右，A1OO1A2構(gòu)成一個平行四邊形，可以算出A2O" '）
[0047] A2B2總長為：1 = 411.5mm②(保證小車運動過程中零件之間不發(fā)生干涉的任意一個 數(shù)值）
[0049] 在小車上建立極坐標(biāo)方程：以0為原點，自變量為0G(-jt/4，jt/4)因變量P為B20長 度，8 2的軌跡就是導(dǎo)軌受力部分方程
[0050] 由此：導(dǎo)軌
[0051 ]由于建模需要，化為參數(shù)方程得到：
[0054] ti = -pi/4
[0055] t2 = pi/4
[0056] 為了保證導(dǎo)軌對滑桿伸縮的完全控制以及上樓的可靠性，我們對得到的曲線進行 了適當(dāng)調(diào)整，最后得到如圖5b所示的導(dǎo)軌曲線。將曲線沿左右徑向各移動10mm，得到的新軌 跡就是滑槽上下兩片導(dǎo)軌的內(nèi)側(cè)曲線，采用數(shù)控銑床加工，同時加工出一定倒角，允許裝配 誤差。
[0057]本實施例以電機41提供動力，然后通過同步帶輪43和同步帶44帶動減速比為1:60 的減速器42,提高輸出轉(zhuǎn)矩。減速器42帶動第一鏈輪45旋轉(zhuǎn)，進而帶動鏈條47再帶動第二鏈 輪46轉(zhuǎn)動，第二鏈輪46為棘輪，從而單向帶動主軸旋轉(zhuǎn)，最后帶動十字結(jié)構(gòu)，3旋轉(zhuǎn)。
[0058]因為電機正常工作時轉(zhuǎn)速比較高，所以電機與減速器之間若采用鏈條傳動，會產(chǎn) 生比較大的噪音，為避免這種情況，我們采用了同步輪來降低噪音，同時保證了良好的傳動 效率。渦輪蝸桿減速器配合棘輪是為了防止在正轉(zhuǎn)上樓或停止時助力車后退而造成的安全 問題。而需要后退時，則使電機反轉(zhuǎn)，消除蝸桿減速器自鎖的影響，然后就可以平穩(wěn)下樓。
[0059] 十字結(jié)構(gòu)逆時針旋轉(zhuǎn)四個車輪2交替著地，完成上樓動作，車輪與十字軸承固定件 之間的距離可變，且完全受控，通過控制距離，可以保證十字結(jié)構(gòu)在上樓過程中完全保持一 條直線上樓。
[0060] 本實施例中，十字軸承固定件上裝有16個帶法蘭邊的軸承33,每8個軸承裝夾一條 滑桿32,滑桿32的橫截面為正方形，保證滑桿32只能在軸承33之間滑動而自身不會轉(zhuǎn)動。該 滑桿結(jié)構(gòu)保證上樓助力車爬樓時每邊的兩對輪子在保持相對垂直的同時又可以在軸向自 由滑動，互不干擾。通過控制滑桿在軸承間的滑動，保證在上樓過程中，十字滑桿結(jié)構(gòu)的中 心一直保持在一條直線上。從根本上解決了輪組式上樓裝置重心起伏的問題。
[0061] 另外，本實施例中，齒輪齒條構(gòu)成的十字結(jié)構(gòu)可以代替滑桿導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，齒輪代替十 字結(jié)構(gòu)中的軸承，齒條代替十字結(jié)構(gòu)中的滑桿。使用步進電機配合蝸桿減速器，帶動齒輪轉(zhuǎn) 動，控制齒條的伸縮，提供部分動力。該方案結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，但是通過對步進電機的控制，對 于所有樓梯都可以做到完全沒有顛簸，上樓軌跡完全保持一條直線。
[0062] 本說明書實施例所述的內(nèi)容僅僅是對實用新型構(gòu)思的實現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的 保護范圍的不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護范圍也及于本領(lǐng) 域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。
【主權(quán)項】
1. 快速平穩(wěn)上樓助力車，包括一車架和車輪，其特征在于:還包括十字機構(gòu)以及用于驅(qū) 動十字結(jié)構(gòu)的動力結(jié)構(gòu)，所述的動力結(jié)構(gòu)固定安裝在車架下方； 所述的動力結(jié)構(gòu)包括電機、減速器、同步帶輪、同步帶以及主軸，所述的電機的電機軸 和減速器的輸入端之間分別套設(shè)有同步帶輪，同步帶輪之間通過同步帶傳動連接;所述的 減速器的輸出端和主軸的中部之間分別套設(shè)有第一鏈輪和第二鏈輪，所述的第一鏈輪和第 二鏈輪之間通過鏈條傳動連接； 所述的主軸的兩端端部分別設(shè)置有所述的十字結(jié)構(gòu)，所述的主軸帶動十字結(jié)構(gòu)作旋轉(zhuǎn) 運動;所述的十字結(jié)構(gòu)包括十字軸承固定件、軸承以及滑桿，所述的十字軸承固定件的四個 軸頭上分別安裝有若干個帶法蘭邊的軸承，四個軸頭上的軸承組件圍合構(gòu)成一十字形裝夾 空間，所述的裝夾空間內(nèi)安裝有相互垂直的滑桿，兩根所述的滑桿形成一^h字狀，所述的滑 桿沿著軸承外壁滑動，并且所述的滑桿的橫截面為正方形，十字狀中心始終保持在一直線 上;所述的滑桿的末端安裝有用于固定車輪的U型鈑金件； 所述的u型鈑金件的內(nèi)側(cè)固定有一 v型平底槽軸承，所述的車架上設(shè)置有用于控制十字 狀中心到樓梯間的距離的導(dǎo)軌，所述的導(dǎo)軌上開著有滑槽，所述的v型平底槽軸承卡接在所 述的滑槽內(nèi)并且可沿所述的滑槽滑動。2. 如權(quán)利要求1所述的快速平穩(wěn)上樓助力車，其特征在于:所述的減速器為蝸輪蝸桿， 所述的渦輪蝸桿相互嚙合。3. 如權(quán)利要求2所述的快速平穩(wěn)上樓助力車，其特征在于:所述的第二鏈輪是棘輪。
【文檔編號】B62B5/02GK106004963SQ201610447810
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月20日
【發(fā)明人】劉剛江, 鄭舒文, 蔣亮紅, 翟彬彬, 楊志祥, 蔡姚杰
【申請人】浙江工業(yè)大學(xué)