具有辅助上下床功能和越障功能的电动轮椅的制作方法

本发明涉及一种轮椅，尤其涉及一种具有辅助上下床功能和越障功能的电动轮椅。

背景技术：

电动轮椅作为一种新型代步工具，主要适用于残疾人、医疗康复患者、年迈体弱等行动不便的特殊人群。对比于传统的手动轮椅，电动轮椅更加方便且易于操作，因而得到更广泛的应用。目前在广泛使用的电动轮椅中，大多数电动轮椅的使用需要使用者自主上下轮椅，而此过程对于部分病症严重的患者以及行动存在障碍的群体来说十分受限；当使用者想要从轮椅转移到床上进行休息时，只有通过外力辅助才能实现移动；同时，对于有障碍的路面，普通的电动轮椅想要通过需要施加很大的力并产生很大的冲击，这就会对病人的身体造成很大的伤害。因此，设计一种能够辅助使用者完成移动(包括上下轮椅及上下床)并具有越障功能的电动轮椅是有必要的。

技术实现要素：

本发明的目的是为了提供一种具有辅助上下床功能和越障功能的电动轮椅。

本发明的目的是这样实现的：包括轮椅框架、座椅、靠背、两个前轮和两个后轮，还包括可收放的扶手机构、座椅侧向移动机构、靠背调节机构和越障机构，座椅通过座椅支撑板设置在轮椅框架上，且座椅与座椅支撑板之间设置有滚动体，所述轮椅框架后方还设置有肘板，所述可收放的扶手机构有两套、分别设置在轮椅框架的两侧，每套可收放的扶手机构包括与轮椅框架铰接的第一连杆和第二连杆、同时与第一连杆和第二连杆上端铰接的扶手，第一连杆上还设置有一可旋转的直角杆，扶手下端设置有容纳直角杆的凹槽；所述座椅侧向移动机构包括设置在轮椅框架上的横板，且横板位于座椅下方，横板上设置有滑轨，滑轨上安装有滑块，滑块上铰接有座椅移动从动连杆，座椅移动从动连杆的端部铰接有座椅移动主动连杆，座椅移动从动连杆的中间位置通过连接件与座椅下端固连，所述座椅支撑板下端还设置有一大同步带轮轴和一小同步带轮轴，大同步带轮轴和小同步带轮轴上分别安装有大同步带轮和小同步带轮，大同步带轮与小同步带轮之间设置有同步带，小同步带轮轴与电动机一的输出端连接，大同步带轮轴与座椅移动主动连杆的端部铰接；所述座椅支撑板的下方设置有连接板，连接板上安装有电机二，电机二的输出端连接有减速器，减速器的输出轴的两端分别设置有一电磁离合器；靠背调节机构包括设置在肘板件的大直齿轮转动轴、设置在大直齿轮转动轴两端的大直齿轮、设置在肘板件的小直齿轮转动轴、设置在小直齿轮转动轴两端的小直齿轮、设置在爱小直齿轮转动轴上的第一带轮、设置在轮椅框架上的第二带轮传动轴、安装在第二带轮转动轴上的第二带轮、设置在第一带轮和第二带轮之间的传动带，两个大直齿轮和两个小直齿轮分别啮合，所述靠背和大直齿轮转动轴固连；越障机构包括设置在轮椅框架上的小斜齿轮传动轴和大斜齿轮传动轴、分别设置在小斜齿轮传动轴和大斜齿轮传动轴上的小斜齿轮和大斜齿轮，小斜齿轮和大斜齿轮啮合，大斜齿轮传动轴的两端分别设置有摆杆，每个摆杆的端部设置有小支撑轮，所述两个离合器动作分别使减速器的输出轴与第二带轮转动轴连接、减速器的输出轴与小斜齿轮传动轴连接。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.所述座椅的移动轨迹是圆弧型轨迹。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明是能够辅助使用者上下床并且具有越障功能的电动轮椅，整个系统是由轮椅框架、座椅、座椅移动机构、靠背调节机构、能够收放的扶手机构和越障机构组成。轮椅框架是钢管焊接形成，是由两根立柱管、四根横圆管、两根下方管焊接组成。可以收放的扶手机构包括扶手、连杆和直角杆。座椅移动机构包括座椅、电动机、带轮、同步带、滑块连接板、主动连杆、从动连杆、滑块、滑轨。靠背调节机构包括电动机、带轮、同步带、直齿圆柱齿轮、靠背。越障机构包括两个摆杆、小支撑轮、电动机、减速器、斜齿轮，同时靠背调节机构与越障机构采用同一个电机与电磁离合器来分时驱动。本发明能够完成轮椅的座椅向侧边移动并且可以调节靠背的仰合以及能越过简单的障碍的功能，越障功能可以跨越20cm高度的障碍，病人可以通过操作面板实现自主的上下床功能。电动轮椅的操控方式有控制盒和手机app软件2种方式，采用蓝牙无线传输方式。控制盒具有模式选择按键、启动/停止按键、复位按键和全方向移动的摇杆。模式按键用来选择座椅移动、靠背调节/越障和电动轮椅3种模式，便于使用者进行操作控制，提高了病人的运动自由度，降低了病人的运动强度，减少了家属的工作负担。

本发明的应用环境为医院和家庭，并且可以完成扶手放下功能、座椅侧向移动功能、靠背调节功能、越障功能，电动轮椅的运行、座椅的侧向移动、靠背调节动作以及越障功能均通过控制盒或手机来控制，可以使病人自主地上下轮椅和上下床，操作简单，提高了病人的运动自由度，降低了病人的运动强度，减少了家属的工作负担。

附图说明

图1为本发明的结构示意图a；

图2为本发明的结构示意图b；

图3为本发明的左视结构示意图；

图4为本发明的座椅支撑结构示意图；

图5为本发明的座椅侧向移动装置的结构示意图a；

图6为本发明的座椅侧向移动装置的结构示意图b；

图7为本发明的座椅侧向移动装置的结构示意图c；

图8为本发明的座椅侧向移动装置的结构示意图d；

图9为本发明的越障机构示意图；

图10为本发明的电动机分时驱动靠背调节与越障机构的结构示意图；

图11为本发明的控制方案图；

图12为本发明的控制盒界面以及手机app界面显示图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

结合图1～12，可辅助病人上下床并且能够完成靠背调节功能和越障功能的电动轮椅，包括轮椅框架1、可收放的扶手机构、座椅侧向移动机构、靠背调节机构和越障机构。

能够完成收放功能的扶手机构包括扶手6、第一连杆8、直角杆7、第二连杆9，扶手6与第一连杆8之间采用的是销钉11连接，第一连杆8下方与轮椅框架1的凸台12上的孔进行销钉连接，凸台12和轮椅钢架1是焊接完成的，扶手6处于竖直状态时直角杆7和第一连杆8卡住，当需要扶手6放下时只需将直角杆7压入扶手6下方的凹槽内。

座椅侧向移动机构包括电动机一40、小同步带轮28、大同步带轮29、滑块连接板16、座椅移动主动连杆18、座椅移动从动连杆17、滑块15、滑轨14，滑轨14放置在轮椅框架1上的一块横板13上，横板13和轮椅框架1通过焊接连接，滑轨14与横板13用圆柱头螺钉连接，滑块15连接在滑轨14上，小同步带轮28安装在竖直的小同步带轮轴32上，小同步带轮轴32两侧通过角接触球轴承支承，小同步带轮轴以及轴承安装在座椅支撑板10下方的伸出板以及肋板31中，大同步带轮29以及大同步带轮轴51安装方式同理，座椅移动主动连杆18与大同步带轮29位于同一根轴上，采用键连接，座椅移动主动连杆18和座椅移动从动连杆17通过销钉链接，座椅移动从动连杆17与滑块连接板16通过轴承连接，滑块连接板16与滑块15通过沉头螺钉连接，座椅19固定在座椅移动从动连杆17上，并且通过支撑板10来支撑，座椅19与座椅支撑板10之间采用的是滚动摩擦，类似于滚动轴承的结构，通过同步带传动、曲柄滑块机构来完成座椅的侧向移动；

靠背调节机构包括电动机二26、减速器27、第一带轮5、大直齿圆柱齿轮3、靠背2，靠背2与大直齿轮转动轴4固定连接，第一带轮5和小直齿圆柱轮45通过轴肩以及套筒、挡圈等进行定位在小直齿轮传动轴46上，小直齿轮传动轴46两侧安装在轮椅框架1的肋板34中，电动机二26固定在座椅支撑板10下方的连接板上，第二带轮43与所在的传动轴47采用键连接，第二带轮43所在的传动轴47通过角接触球轴承支撑，减速器输出轴48通过电磁离合器41与第二带轮传动轴47连接，通过减速器输出轴48与第二带轮传动轴47的接合、同步带传动、齿轮传动来完成靠背的角度的调节；

越障机构包括两个摆杆24、小支撑轮25、电动机26、减速器27、大斜齿轮23、小斜齿轮50，摆杆24和大斜齿轮传动轴22采用方形孔连接，大斜齿轮传动轴22两侧通过轴承支承，两端安装在机构壳体21中，大斜齿轮传动轴22和小斜齿轮传动轴49之间通过斜齿轮啮合传动，小斜齿轮传动轴49通过轴承支承，电动机26轴插入减速器27中，小斜齿轮50与小斜齿轮传动轴49采用键连接，小斜齿轮传动轴49与减速器的输出轴48通过电磁离合器41与小斜齿轮传动轴49连接，通过减速器输出轴48与小斜齿轮传动轴49的接合、斜齿轮传动来实现摆杆的摆动，使小支撑轮25支撑前轮完成越障功能。

所述的座椅侧向移动机构座椅19所完成的移动轨迹是圆弧型轨迹，在座椅19平移的同时完成一定角度的旋转，所完成的轨迹是通过曲柄滑块机构来实现的，座椅移动从动连杆17的中点与座椅19固定连接，座椅19朝向始终是运动轨迹的法线方向。

为了安装小同步带轮轴32，在支撑板10下方焊接轴承固定板31，用来安装角接触轴承以支承小同步带轮轴32。

导轨14在滑块15移动侧安装行程开关，防止曲柄滑块机构的死点位置。

座椅支撑板10在座椅回程一侧为圆角形状，方便座椅下方滚动体37在返回过程中容易并且迅速的滑上座椅支撑板10。

导轨14的总体长度根据轨迹分析，为了完成最大的运动行程，选择合适的长度；座椅移动主动连杆18和座椅移动从动连杆17长度值均根据轮椅总体空间尺寸以及座椅行程要求来确定。

轮椅框架的连接横板13上安装有滑轨14，座椅19下方安装有曲柄滑块机构，座椅19支撑在座椅支撑板10上，滚动体37与支撑板10相切，座椅19与支撑架36之间采用沉头螺钉连接，滚动体37与支撑杆36之间的凹槽内铺满滚珠，用来完成滚动摩擦。

结合图11和图12a和图12b，控制盒界面包括模式选择、电磁离合器、复位、刹车、启动/停止按键以及方向移动摇杆和状态指示灯，模式选择用来选择座椅移动、靠背调节/越障以及电动轮椅三种模式，电磁离合器应用于选择离合器与小带轮或小齿轮的结合，靠背调节时，越障机构不动作，其他情况都处于越障机构工作的状态，从而达到靠背调节和跨越障碍分时驱动的目的，复位按键用来恢复系统初始状态，手机app界面包括各个模式的选择、启动、停止、复位以及方向控制键，控制盒与智能手机通过蓝牙与电动轮椅中的蓝牙模块进行无线通信，控制器采用嵌入式系统，由两个arm完成轮椅的控制，蓝牙模块通过串口与arm1进行通信，同时arm1还控制轮椅电机，轮椅电机减速器安装有编码器以及电流传感器，用来测量转速信号反馈给arm1完成差速驱动。此外还有急停保护，在两后轮附近安装有行程开关，使轮椅检测到障碍时及时停止。arm1与arm2通过can总线进行数据交互，arm2控制靠背/越障电机和座椅移动电机，在靠背/越障电机与座椅移动电机处安装有电流传感器与编码器，用来测量转速与转角反馈给arm2，同时在靠背、越障摆动杆、座椅的移动路线最大行程两端安装行程开关，本发明中选择霍尔开关，使各个机构达到最大行程时及时停止，行程开关以及传感器都将位置、转速信息反馈给arm中。

参照图9、10，使用者要通过本发明的电动轮椅上床休息时，首先将整个框架通过后轮驱动停靠在床边，将可收放的扶手铰链机构前侧的直角杆7压入扶手6下端的凹槽内，然后向前拉将扶手6放下，使其高度低于支撑板10高度，避免对座椅19侧向移动的干涉；然后运行座椅侧向移动机构，电动机一40启动，通过同步带将运动从小同步带轮28传至大同步带轮29，大同步带轮29同座椅移动主动连杆18共同转动，最终传递至座椅移动从动连杆17的复合运动，实现座椅19中心的圆弧形曲线轨迹移动，此后，使用者可以从侧面移动到床上，需要通过手臂的支撑完全移动到床上，考虑到使用者下肢不便的问题，这种圆弧形轨迹可以有效的避免腿部的干涉。如果使用者需要回到电动轮椅上时，首先移动到床边，然后通过手臂的支撑移动到座椅19上，双腿放置在座椅朝向方向，按下开关，电机反转，带动座椅移动从动连杆17与座椅19完成逆向轨迹运动，最终座椅19回归初始位置，滑块15处在导轨14中间位置，然后向上升起扶手6，将直角杆7与第一连杆8卡住。使用者要通过本发明的电动轮椅完成靠背调节时，首先启动电动机和电磁离合器41使其与第二带轮43接合，带动第二带轮轴47转动，第一带轮5随之转动并将运动通过直齿圆柱齿轮3、45传递至大直齿轮传动轴4，靠背2和大直齿轮传动轴4一起转动，可以使用户达到向后仰的目的。当轮椅在运行过程中，需要通过本发明的轮椅完成跨越较低障碍的目的时，首先启动电动机26，通过减速器27和电磁离合器41使其与小斜齿轮50接合，然后通过大斜齿轮23传动带动大斜齿轮传动轴22转动，大斜齿轮传动轴22两端与摆动杆24通过方形孔连接，摆动杆24随之转动，通过小支撑轮25将前轮支撑起来，因为要完成较大力矩的运动，需要较大的电动机26功率以及减速器27减速来完成简单的越障功能，越障高度为20cm。

本发明是可辅助使用者完成上下床功能和完成越障功能的电动轮椅，整体系统由轮椅框架、座椅、座椅侧向移动机构、扶手收放机构、靠背调节机构、越障机构组成，轮椅框架是由两根立柱管、四根横圆管、两根下方管组成，四根横圆管对称分布在轮椅的两侧，两根下方管分布在下侧的横圆管的前方和后方，两根立柱管分布在框架对称轴的左侧和右侧，其特征是：电动轮椅还具有能够实现扶手收放功能、座椅侧向移动功能、靠背调节功能、越障功能的机构；

所述的可以完成收放功能的扶手机构包括扶手、连杆、直角杆，扶手与连杆之间采用的是销钉连接，连杆下方与轮椅钢架的凸台上的孔通过销钉连接，凸台和轮椅钢架是焊接完成的，扶手处于竖直状态时直角杆和连杆卡住，将直角杆压入扶手下方的槽内可以实现扶手放下；

所述的座椅侧向移动机构包括电动机、带轮、同步带、滑块连接板、主动连杆、从动连杆、滑块、滑轨，滑轨放置在轮椅框架上的一块横板上，横板和轮椅框架通过焊接连接，滑轨与横板用圆柱头螺钉连接，滑块在滑轨上移动，同步带轮安装在竖直的轴上，两侧通过角接触球轴承支承，座椅移动主动连杆与第一带轮位于同一根轴上，采用键连接，座椅移动的主、从动连杆通过销钉链接，座椅固定在从动连杆上，并且通过支撑板来支撑，座椅与座椅支撑板之间采用的是滚动摩擦，类似于滚动轴承的结构，滑块连接板与滑块通过螺钉连接，通过同步带传动、曲柄滑块机构来完成座椅的侧向移动；此外，通过运动分析，座椅移动的主动连杆长度值变化对座椅侧向移动行程的影响比从动连杆长度值的变化影响小，座椅的朝向始终为从动连杆中心的曲线运动轨迹的法线方向，转动角度随着从动连杆的长度越大而逐渐减小。

所述的靠背调节机构包括电动机、带轮、同步带、直齿圆柱齿轮机构、靠背，靠背与大齿轮转动轴固定连接，小带轮和小齿轮通过轴肩以及套筒、挡圈等进行定位在传动轴上，电动机固定在座椅支撑板下方的连接板上，电机减速器与电磁离合器相连，控制面板中的控制开关可以控制离合器与小带轮的接合，通过同步带传动、齿轮传动来完成靠背的角度的调节。

所述的越障机构包括两个摆杆、小支撑轮、电动机、减速器、斜齿轮，摆杆和大传动轴采用方形孔连接，大传动轴两侧通过轴承支承，大传动轴和小传动轴之间通过斜齿轮啮合传动，小传动轴两侧通过轴承支承，小传动轴通过电磁离合器与减速器连接，电动机轴插入减速器中，控制面板中的控制开关可以控制离合器与小齿轮的接合，通过减速器传动和斜齿轮传动来实现摆杆的摆动，通过小支撑轮支撑前轮完成越障功能。

电动轮椅的操控方式有控制盒和手机app软件2种方式，采用蓝牙无线传输方式。控制器采用嵌入式系统，由2个arm完成轮椅的控制。其中arm1完成与控制盒或手机通讯、轮椅电机的驱动，arm2控制靠背/越障电机和座椅移动电机，其控制信息由arm1通过can总线发送。控制方案在后续附图中表达。控制盒具有模式选择按键、启动/停止按键、复位按键和全方向移动的摇杆。模式按键用来选择座椅移动、靠背调节/越障和电动轮椅3种模式，病人只需要手持控制盒就可以对电动轮椅各个功能进行遥控，电动轮椅上还安装有多个传感器和限位开关，座椅侧向移动机构中为了防止曲柄滑块的死点，在座椅移动轨迹的两端都安装有行程开关；靠背调节机构和越障机构也有限制最大行程的行程开关；本电动轮椅两个后轮驱动电机上安装有编码器，用来测量速度以便于差速驱动；轮椅框架后方安装有超声波传感器，防止倒车时撞到后方障碍物上。

本发明还包括：

1.所述的可辅助病人上下床和完成越障功能的电动轮椅，其特征是：所述轮椅框架的连接横板上安装有滑轨，滑块安装在滑轨上，座椅与座椅移动从动连杆连接，连杆连接在滑块连接板上，滑块连接板与滑块通过沉头螺钉连接，座椅由座椅支撑板支撑。

2.所述的可辅助病人上下床和完成越障功能的电动轮椅，其特征是：所述的座椅移动机构与靠背调节机构用同一个电动机和电磁离合器分时驱动，所述的座椅移动机构的滑轨与靠背的表面平行。

3.所述的可辅助病人上下床和完成越障功能的电动轮椅，其特征是：座椅底面高度高于支撑板高度，座椅下方安装牛眼轮机构，滚动体与支撑板相切，座椅支撑板的表面上设置传感器来进行限位，通过座椅跟随从动连杆的运动来实现向侧边移动。

4.所述的可辅助病人上下床和完成越障功能的电动轮椅，其特征是：支撑板的下方伸出板上焊接有肋板，肋板上有不同直径的孔，用来安装轴承以及完成对电机的安装，轮椅框架侧边还焊接有凸台，凸台上设置有孔，孔里通过销钉与扶手连杆连接，通过插入或拆除销钉即可实现连杆与凸台的固定和脱开，导轨安装在横板上，通过沉头圆柱头螺钉连接。

5.所述的可辅助病人上下床和完成越障功能的电动轮椅，其特征是：越障机构包括两个摆杆、小支撑轮、电动机、减速器、斜齿轮，摆杆和大传动轴采用方形孔连接，大传动轴两侧通过轴承连接，大传动轴和小传动轴之间通过斜齿轮啮合传动，小传动轴两侧通过轴承支承，小传动轴通过电磁离合器和减速器连接，电动机轴插入减速器中，控制面板中的控制开关可以控制电磁离合器与小齿轮的接合，通过减速器传动和斜齿轮传动来实现摆杆的摆动，通过小支撑轮支撑前轮完成越障功能。

6.所述的可辅助病人上下床和完成越障功能的电动轮椅，其特征是：控制器采用嵌入式系统，由两个arm来控制电动轮椅，其主要作用是：(1)接收控制盒以及手机app的控制指令并执行相应的控制程序，返回轮椅状态；(2)驱动轮椅电机、座椅移动电机、靠背/越障电机；(3)软件与硬件的安全保护。arm1接收控制盒以及手机的无线蓝牙信号并驱动轮椅两后轮的电机进行差速驱动，带有软硬件急停保护等功能，同时与arm2通过can总线进行数据交互，arm2驱动靠背/越障电机和座椅侧向移动电机，也带有急停保护等功能，提高电动轮椅运行的安全性。

7.所述的可辅助病人上下床和完成越障功能的电动轮椅，其特征是：控制盒与智能手机发挥了以下主要作用：(1)选定轮椅的座椅移动、靠背调节和电动轮椅3种模式；(2)通过蓝牙方式将信息发送至蓝牙模块，远程遥控电动轮椅；(3)显示电动轮椅的当前运动状态，增强电动轮椅的人机互动性。