專利名稱：一種六足樓梯攀爬輪椅的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種助老助殘的輪椅，尤其是能夠攀爬樓梯和跨越障礙的輪椅，屬于助老助殘服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，公知的常用輪椅裝置采用輪式運動形式，只能在平地上行走，而不能跨越像臺階、門檻這樣的障礙，更不能攀爬樓梯，因此乘坐輪椅人員的活動范圍受到很大的限制。目前具有樓梯攀爬能力的特殊輪椅裝置包括輪組式、履帶式、軌道式和有腿式(步行式)四種。輪組式輪椅(比如美國的IB0T3000)采用星型輪機(jī)構(gòu)，能攀爬樓梯和翻越馬路牙子，其缺點是樓梯的寬度和高度必須與輪子的大小相適合，因此對于樓梯的構(gòu)造和規(guī)格有一定的限制；履帶式輪椅通過履帶在樓梯上行走，其缺點是在爬樓梯時履帶容易損壞樓梯且需要有防滑措施，其應(yīng)用受到限制；軌道式需要在樓梯上安裝專門的軌道機(jī)構(gòu)，由于軌道機(jī)構(gòu)不 能隨輪椅一起隨意移動到不同的場合，應(yīng)用也受到限制；有腿式輪椅比如美國賓夕法尼亞大學(xué)研究的The hybrid all-terrain wheelchair,在輪椅的基礎(chǔ)上增加了兩條腿,可以爬上臺階和翻越障礙，但是在攀爬臺階和翻越障礙的過程中座椅傾斜嚴(yán)重，給乘員造成很大的不適感。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有樓梯攀爬輪椅對樓梯結(jié)構(gòu)的限制和對專用設(shè)施的依賴，本申請?zhí)峁┮环N新的樓梯攀爬輪椅方案，該方案對樓梯的結(jié)構(gòu)不加限制，也不依賴于其他的專用設(shè)施，不僅能夠保證樓梯攀爬過程中乘員的安全性，而且能夠保證乘員在樓梯攀爬過程中的舒適性。本申請解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是在普通輪椅的座位下面設(shè)置有3條椅前側(cè)腿和3條椅背側(cè)腿共6條機(jī)械腿，每條機(jī)械腿包括髖關(guān)節(jié)、大腿、膝關(guān)節(jié)、小腿、踝關(guān)節(jié)和腳部，髖關(guān)節(jié)向上和輪椅連接并通過推力軸承安裝在電源控制器箱內(nèi)，髖關(guān)節(jié)向下和大腿連接，大腿和小腿通過膝關(guān)節(jié)連接，小腿和腳部通過踝關(guān)節(jié)連接，髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)采用伺服電機(jī)驅(qū)動，實現(xiàn)大腿繞髖關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動和小腿繞膝關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動，所述椅前側(cè)腿和椅背側(cè)腿的膝關(guān)節(jié)中心都在大腿和小腿的交匯點向腿彎方向偏置，使得椅前側(cè)腿和椅背側(cè)腿可以在膝關(guān)節(jié)處折疊，同時椅背側(cè)腿髖關(guān)節(jié)縱軸向椅背側(cè)折彎一段距離，從而椅前側(cè)腿和椅背側(cè)腿可以分別折疊收回到電源控制器箱的下方和椅背的后方。所述的六足樓梯攀爬輪椅具有輪式和腿式兩種運動模式在平地環(huán)境中將3條椅前側(cè)腿和3條椅背側(cè)腿分別折疊收回到電源控制器箱的下方和椅背的后方，系統(tǒng)采用輪式運動模式；在需要攀爬樓梯和跨越障礙的環(huán)境中將折疊的6條機(jī)械腿伸出，采用步行運動模式。所述3條椅前側(cè)腿分左中右均勻布置在電源控制器箱靠近輪椅的前側(cè)，3條椅背側(cè)腿分左中右均勻布置在電源控制器箱靠近輪椅的背側(cè)；其有慢速的爬行步態(tài)和快速的三角步態(tài)兩種爬行步態(tài)，具體如下所述慢速的爬行步態(tài)每次只邁出一條腿，這條腿落地后再邁出下一條腿，始終至少有5條腿接觸地面；其中上樓梯的邁步次序為中間椅背側(cè)腿一右側(cè)椅背側(cè)腿一左側(cè)椅背側(cè)腿一重心前移一右側(cè)椅前側(cè)腿一左側(cè)椅前側(cè)腿一中間椅前側(cè)腿；所述快速的三角步態(tài)椅背側(cè)的左右側(cè)腿和椅前側(cè)的中間腿為一組，椅背側(cè)的中間腿和椅前側(cè)的左右側(cè)腿為一組，同組的3條腿同時邁步，這一組腿落地后再邁出下一組腿，兩組腿交替邁步，始終至少有3條腿接觸地面；無論是采用慢速的爬行步態(tài)，還是快速的三角步態(tài)，從六足樓梯攀爬輪椅的重心位置到機(jī)械腿的支撐多邊形邊界的距離至少約等于六足樓梯攀爬輪椅最左側(cè)腿和最右側(cè)腿之間距離的1/4。
椅前側(cè)3條機(jī)械腿的大腿和小腿部分包含伸縮關(guān)節(jié)，伸縮關(guān)節(jié)由活動部分和固定部分組成，大腿的伸縮關(guān)節(jié)固定部分通過螺柱螺母和髖關(guān)節(jié)連接，活動部分通過螺柱螺母和膝關(guān)節(jié)連接，小腿的伸縮關(guān)節(jié)固定部分通過螺柱螺母和膝關(guān)節(jié)連接，活動部分通過螺柱螺母和踝關(guān)節(jié)連接，在樓梯攀爬過程中，輪椅椅前側(cè)在前，對乘員而言是前進(jìn)著下樓梯；椅背側(cè)在前，對乘員而言是倒退著上樓梯，這時輪椅椅前側(cè)腿在樓梯上所處位置比椅背側(cè)腿在樓梯上所處位置要低約2-3級臺階，輪椅根據(jù)椅前側(cè)腿和椅背側(cè)腿所處位置的樓梯臺階高度差調(diào)節(jié)椅前側(cè)腿伸縮關(guān)節(jié)的伸縮長度，使得椅前側(cè)腿比椅背側(cè)腿更長，而且椅前側(cè)腿比椅背側(cè)腿多出的長度等于椅前側(cè)腿和椅背側(cè)腿在樓梯上落腳點的高度差，從而在樓梯攀爬過程中始終保持輪椅的座位處于水平狀態(tài)，保證乘員乘坐的舒適度和安全性。6條機(jī)械腿分左中右均勻配置在椅前側(cè)和椅背側(cè)，這樣無論是采用慢速的爬行步態(tài)(6條腿依次動作，每次只邁出一條腿)，還是快速的三角步態(tài)(相互間隔的3條腿為一組，同組的3條腿同時邁步)，都可以保證輪椅的重心始終處于機(jī)械腿的支撐多邊形之內(nèi)，系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定裕度而不至于傾覆，從而保證乘員的安全性。機(jī)械腿的踝關(guān)節(jié)沒有電機(jī)驅(qū)動，而且安裝著關(guān)節(jié)軸承，其腳部在踝關(guān)節(jié)處可以繞垂直于前進(jìn)方向的軸和平行于前進(jìn)方向的軸分別轉(zhuǎn)動一定的角度，從而使輪椅可以適應(yīng)不平整的地面，在坑洼路面上方便地采用步行運動模式行走。椅前側(cè)3條機(jī)械腿的大腿和小腿部分的伸縮關(guān)節(jié)通過滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)實現(xiàn)，滾珠絲杠采用“固定一自由”型安裝方式，固定端通過雙向被動自鎖軸承和伺服電機(jī)驅(qū)動組件連接，螺母機(jī)構(gòu)和伸縮腿的活動部分連接，伸縮腿活動部分的外形為正四棱柱，在棱柱的四面設(shè)置有4列滾動導(dǎo)軌塊，伸縮腿的固定部分為一個中空的正四棱柱，在其內(nèi)表面的4個平面上各有I列導(dǎo)向槽，活動部分套在固定部分里面并通過滾動導(dǎo)軌塊在固定部分的導(dǎo)向槽內(nèi)滑動，這樣機(jī)械腿的伸縮部分既可以在伺服電機(jī)的驅(qū)動下自由地伸縮以調(diào)節(jié)機(jī)械腿的長度，又可以防止?jié)L珠絲杠在受力狀態(tài)下產(chǎn)生逆轉(zhuǎn)動，從而在實現(xiàn)機(jī)械腿伸縮功能的同時保證系統(tǒng)的安全性。所述椅前側(cè)腿和椅背側(cè)腿的髖關(guān)節(jié)向上通過推力軸承安裝在電源控制器箱內(nèi)，并通過伺服電機(jī)驅(qū)動，使椅前側(cè)腿和椅背側(cè)腿可以繞豎直軸轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)六足樓梯攀爬輪椅系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向操作。所述椅前側(cè)腿和椅背側(cè)腿的踝關(guān)節(jié)安裝有關(guān)節(jié)軸承，并且采用無電機(jī)驅(qū)動的欠驅(qū)動方案，由于關(guān)節(jié)軸承的軸線可偏轉(zhuǎn)，6條機(jī)械腿的腳部在踝關(guān)節(jié)處可繞左右方向軸上下俯仰各20°，也可繞前后方向軸左右側(cè)傾各15°，從而使得椅前側(cè)腿和椅背側(cè)腿可以適應(yīng)不平整的地面，方便地在坑洼的路面上采用步行運動模式行走。本申請的有益效果是，系統(tǒng)在平整路面采用輪式運動模式，保留輪椅原有的運動功能，在臺階和樓梯環(huán)境中采用步行運動方式，不受樓梯結(jié)構(gòu)限制，不依賴于特殊的專用設(shè)施，在樓梯攀爬過程中始終維持坐椅的水平狀態(tài)，可以保證乘員乘坐的安全性和舒適性，而且該系統(tǒng)在不平整地面也具有較好的適應(yīng)性。


下面結(jié)合附圖和實施例對本申請作進(jìn)一步說明。圖I是六足樓梯攀爬輪椅采用步行運動狀態(tài)開始攀爬樓梯。圖2是六足樓梯攀爬輪椅采用輪式運動狀態(tài)在平地行走。
圖3是機(jī)械腿的結(jié)構(gòu)和折疊示意圖，椅背側(cè)腿的大腿和小腿沒有伸縮關(guān)節(jié)。圖4是椅前側(cè)腿大腿和小腿伸縮關(guān)節(jié)的具體構(gòu)造。圖5是六足樓梯攀爬輪椅椅前側(cè)腿和椅背側(cè)腿轉(zhuǎn)動和伸縮關(guān)節(jié)的運動方向。圖6是六足樓梯攀爬輪椅通過伸縮腿在樓梯上保持座位處于水平狀態(tài)。圖7是六足樓梯攀爬輪椅在兩層樓梯之間上下樓的運動方向。圖8是六足樓梯攀爬輪椅快速行走(三角步態(tài))時的重心位置和支撐多邊形。圖9是六足樓梯攀爬輪椅慢速行走(爬行步態(tài))時的重心位置和支撐多邊形。圖中I.椅背，2.椅背側(cè)腿，3.電源控制器箱，4.后輪，5.椅前側(cè)腿，6.前輪，7.踏腳板，8.座位，9.扶手，10.髖關(guān)節(jié)縱軸，11.髖關(guān)節(jié)，12.踝關(guān)節(jié)，13.腳部，14.椅前側(cè)腿小腿伸縮關(guān)節(jié)，15.膝關(guān)節(jié)，16.椅前側(cè)腿大腿伸縮關(guān)節(jié)，19.齒輪箱，20.齒輪組，21.伺服電機(jī)，22.雙向被動自鎖軸承，23.滾珠絲杠固定軸端，24.滾珠絲杠，25.滾珠絲杠螺母，26.伸縮腿固定部分側(cè)板，27.滾動導(dǎo)軌塊列，28.伸縮腿活動部分，29.椅背側(cè)腿小腿，30.椅背側(cè)腿大腿，31.椅背側(cè)腿髖關(guān)節(jié)縱軸，32.推力軸承。
具體實施例方式在圖I中，6條機(jī)械腿在椅前側(cè)和椅背側(cè)分左中右均布在輪椅的座椅下方。如圖3所示，機(jī)械腿的結(jié)構(gòu)與人腿相類似，分為髖關(guān)節(jié)縱軸10，髖關(guān)節(jié)11，大腿30、膝關(guān)節(jié)15、小腿29、踝關(guān)節(jié)12和腳部13，髖關(guān)節(jié)11向下和大腿30連接，大腿30和小腿29通過膝關(guān)節(jié)15連接，小腿29和腳部13通過踝關(guān)節(jié)12連接。髖關(guān)節(jié)縱軸10向上通過推力軸承32安裝在電源控制器箱3內(nèi)，并通過伺服電機(jī)驅(qū)動，使椅前側(cè)腿5和椅背側(cè)腿2可以繞豎直軸轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)六足樓梯攀爬輪椅系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向操作。機(jī)械腿的朝向和輪椅的朝向相反，所以在上樓梯過程中，輪椅的椅背側(cè)在前，對乘員而言是倒退著上樓梯，在下樓梯過程中，輪椅椅前側(cè)在前，對乘員而言是前進(jìn)著下樓梯。在座位8的下面設(shè)置有電源控制器箱3，機(jī)械腿的髖關(guān)節(jié)縱軸10通過一對推力球軸承固定在電源控制器箱3內(nèi)并通過伺服電機(jī)驅(qū)動，從而使整條機(jī)械腿繞圖5所示的z軸轉(zhuǎn)動，改變輪椅的前進(jìn)方向，實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎運動。在圖3中，椅前側(cè)腿5的大小腿還具有伸縮關(guān)節(jié)，伸縮關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)如圖4所示，伸縮關(guān)節(jié)由活動部分和固定部分組成，大腿的伸縮關(guān)節(jié)固定部分通過螺柱螺母和髖關(guān)節(jié)11連接，活動部分通過螺柱螺母和膝關(guān)節(jié)15連接，椅前側(cè)腿小腿伸縮關(guān)節(jié)14的固定部分通過螺柱螺母和膝關(guān)節(jié)15連接，活動部分通過螺柱螺母和踝關(guān)節(jié)12連接。伸縮關(guān)節(jié)通過滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)實現(xiàn)，滾珠絲杠24采用“固定一自由”型安裝方式，滾珠絲杠固定軸端23通過雙向被動自鎖軸承22和伺服電機(jī)21以及減速齒輪組20等驅(qū)動組件連接。滾珠絲杠固定軸端23通過軸承和齒輪箱19以及伸縮腿固定部分安裝在一起。伸縮腿固定部分由4塊相同的側(cè)板26通過螺釘固定成一個中空的正四棱柱，在其內(nèi)表面的4個平面上各有I列導(dǎo)向槽。滾珠絲杠螺母25和伸縮腿的活動部分28連接，伸縮腿活動部分28的外形為正四棱柱，在棱柱的四面設(shè)置有4列滾動導(dǎo)軌塊27，伸縮腿的活動部分28套在固定部分里面并通過滾動導(dǎo)軌塊27在固定部分側(cè)板26的導(dǎo)向槽內(nèi)滑動。機(jī)械腿伸縮關(guān)節(jié)向上通過齒輪箱19和上面的機(jī)械部分大腿的伸縮關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)11連接，椅前側(cè)腿小腿伸縮關(guān)節(jié)14和膝關(guān)節(jié)15連接通過螺桿螺母連接固定。機(jī)械腿伸縮關(guān)節(jié)的活動部分28向下和下面的機(jī)械部分大腿伸縮關(guān)節(jié)的活動部分和膝關(guān)節(jié)15連接，椅前側(cè)腿小腿伸縮關(guān)節(jié)14的活動部分和踝關(guān)節(jié)12連接通過螺桿螺母連接固定。這樣機(jī)械腿的伸縮關(guān)節(jié)既可以在伺服電機(jī)21的驅(qū)動下自由地伸縮以調(diào)節(jié)機(jī)械腿的長度，又可以防止?jié)L珠絲杠24在受力狀態(tài)下產(chǎn)生逆轉(zhuǎn)動，從而在實現(xiàn)機(jī)械腿伸縮功能的同時保證系統(tǒng)的安全性。無論是椅前側(cè)腿5還是椅背側(cè)腿2，其踝關(guān)節(jié)12都安裝了關(guān)節(jié)軸承，而且采用無電 機(jī)驅(qū)動的欠驅(qū)動方案，由于關(guān)節(jié)軸承的軸線是可以在一定角度范圍之內(nèi)偏轉(zhuǎn)的，因此使得腳部13在踝關(guān)節(jié)12處可以繞左右方向軸上下俯仰各20°，還可以繞前后方向軸左右側(cè)傾各15°，因此輪椅可以適應(yīng)不平整的地面，在坑洼路面上也可以方便地采用步行運動模式行走。如圖3所示，椅前側(cè)腿5和椅背側(cè)腿2的膝關(guān)節(jié)15的中心都在大腿和小腿的交匯部分向腿彎方向偏置一段距離，使得椅前側(cè)腿5和椅背側(cè)腿2可以在膝關(guān)節(jié)15處折疊，同時椅背側(cè)腿髖關(guān)節(jié)縱軸31向椅背側(cè)折彎一段距離，從而椅前側(cè)腿5和椅背側(cè)腿2可以分別折疊收回到電源控制器箱3的下方和椅背的后方，六足樓梯攀爬輪椅系統(tǒng)因此具有輪式和腿式兩種運動模式。在圖2所示實施例中，當(dāng)輪椅處于平地環(huán)境中時，如圖5所示，椅前側(cè)腿5的大小腿伸縮關(guān)節(jié)縮回，大腿繞髖關(guān)節(jié)11逆時針轉(zhuǎn)動，小腿繞膝關(guān)節(jié)15順時針轉(zhuǎn)動，將椅前側(cè)腿5折疊在電源控制器箱3的下方；椅背側(cè)腿2的大腿30繞髖關(guān)節(jié)11逆時針轉(zhuǎn)動，小腿29繞膝關(guān)節(jié)15順時針轉(zhuǎn)動，將椅背側(cè)腿2折疊在椅背I的后方。輪椅通過后輪4和前輪6著地，采用輪式運動狀態(tài)。在圖7所示實施例中，考慮到兩層樓梯之間空間的平行四邊形結(jié)構(gòu)特點，以及輪椅的結(jié)構(gòu)和人的坐姿都呈現(xiàn)出前低后高的特點，因此輪椅在樓梯攀爬過程中采用前進(jìn)下樓梯和后退上樓梯的方式，即輪椅的乘員面向前進(jìn)方向下樓梯，而背朝前進(jìn)方向上樓梯。如圖I所示，當(dāng)輪椅運動到樓梯附近時，與圖5所示腿部各轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)的運動相反，椅前側(cè)腿5的大腿繞髖關(guān)節(jié)11順時針轉(zhuǎn)動，小腿繞膝關(guān)節(jié)15逆時針轉(zhuǎn)動，將折疊在電源控制器箱3下方的椅前側(cè)腿5伸出；椅背側(cè)腿2的大腿30繞髖關(guān)節(jié)11順時針轉(zhuǎn)動，小腿29繞膝關(guān)節(jié)15逆時針轉(zhuǎn)動，將折置在椅背I后方的椅背側(cè)腿2伸出。6條機(jī)械腿著地后,后輪4和如輪6尚地，輪椅采用6足步行運動狀態(tài)，如圖I所示開始樓梯攀爬過程。如圖I所示，當(dāng)輪椅準(zhǔn)備攀爬樓梯時，椅前側(cè)腿5和椅背側(cè)腿2都站在同一平面上，所以椅前側(cè)腿5的大小腿伸縮關(guān)節(jié)處于縮回狀態(tài)。隨著樓梯攀爬過程的進(jìn)行，椅前側(cè)腿5和椅背側(cè)腿2的落腳點處于不同高度的平面，這時椅前側(cè)腿5的大小腿伸縮關(guān)節(jié)伸出。如圖6所示，當(dāng)輪椅的處在樓梯的中段時，即輪椅的椅前側(cè)腿5和椅背側(cè)腿2的落腳點都在樓梯臺階上時，該落腳點之間的樓梯高度差保持不變，因此椅前側(cè)腿5的大小腿伸縮關(guān)節(jié)的伸縮長度也基本保持不變，只在輪椅前后移動重心時隨著機(jī)械腿向前向后的傾斜角度變化而作相應(yīng)的微調(diào)。當(dāng)輪椅攀爬到樓梯終段時，即輪椅逐漸離開樓梯到達(dá)水平地面時，椅前側(cè)腿5和椅背側(cè)腿2的落腳點之間的高度差逐漸變小，椅前側(cè)腿5的大小腿的伸縮關(guān)節(jié)逐漸縮回。這樣，通過調(diào)節(jié)伸縮關(guān)節(jié)伸出和縮回的長度，可以保證輪椅座位8始終處于水平狀態(tài)，從而保證乘員的舒適性和安全性。當(dāng)輪椅到達(dá)水平地面時，又如圖2所示實施例將機(jī)械腿收回，回到輪式運動狀態(tài)。
在圖8所示實施例中，輪椅采用三角步態(tài)行走。這是一種快速行走方式，椅背側(cè)的左右側(cè)腿和椅前側(cè)的中間腿為一組，椅背側(cè)的中間腿和椅前側(cè)的左右側(cè)腿為一組，分別標(biāo)示為A和B，同組的3條腿同時邁步，這一組腿落地后再邁出下一組腿，始終至少有3條腿接觸地面。其操作過程如下A組腿站立，B組腿邁步；AB兩組腿同時著地，輪椅重心前移；B組腿站立，A組腿邁步；AB兩組腿同時著地，輪椅重心前移；A組腿站立，B組腿邁步……。如此循環(huán)往復(fù)，使得輪椅以較快的速度步行行走。在圖9所示實施例中，輪椅采用爬行步態(tài)行走。這是一種慢速行走方式，編號為Γ6的6條機(jī)械腿依次動作，每次只邁出一條腿，一條腿落地后再邁出下一條腿，始終至少有5條腿接觸地面。其操作過程如下椅背側(cè)中間的2號腿首先邁出，以下依次是椅背側(cè)的I號和3號腿，然后6條腿同時著地，輪椅重心前移，接著再依次邁出椅前側(cè)的4號和6號腿，最后邁出椅前側(cè)中間的5號腿。至此完成一個邁步周期，接著開始下一循環(huán)的行走運動。在圖8和圖9的實施例中，無論是慢速行走的爬行步態(tài)，還是快速行走的三角步態(tài)，都可以保證輪椅的重心(用G和★表示)始終處于機(jī)械腿的支撐多邊形之內(nèi)并具有較大的余裕，系統(tǒng)具有較好的穩(wěn)定裕度而不至于傾覆，從而保證乘員的安全性。
權(quán)利要求
1.一種六足樓梯攀爬輪椅，其特征在于，其在普通輪椅的座位下面設(shè)置有3條椅前側(cè)腿和3條椅背側(cè)腿共6條機(jī)械腿，每條機(jī)械腿包括髖關(guān)節(jié)、大腿、膝關(guān)節(jié)、小腿、踝關(guān)節(jié)和腳部，髖關(guān)節(jié)向上和輪椅連接并通過推力軸承安裝在電源控制器箱內(nèi)，髖關(guān)節(jié)向下和大腿連接，大腿和小腿通過膝關(guān)節(jié)連接，小腿和腳部通過踝關(guān)節(jié)連接，髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)采用伺服電機(jī)驅(qū)動，實現(xiàn)大腿繞髖關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動和小腿繞膝關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動，所述椅前側(cè)腿和椅背側(cè)腿的膝關(guān)節(jié)中心都在大腿和小腿的交匯點向腿彎方向偏置，使得椅前側(cè)腿和椅背側(cè)腿可以在膝關(guān)節(jié)處折疊，同時椅背側(cè)腿髖關(guān)節(jié)縱軸向椅背側(cè)折彎一段距離，從而椅前側(cè)腿和椅背側(cè)腿可以分別折疊收回到電源控制器箱的下方和椅背的后方； 所述的六足樓梯攀爬輪椅具有輪式和腿式兩種運動模式在平地環(huán)境中將3條椅前側(cè)腿和3條椅背側(cè)腿分別折疊收回到電源控制器箱的下方和椅背的后方，系統(tǒng)采用輪式運動模式；在需要攀爬樓梯和跨越障礙的環(huán)境中將折疊的6條機(jī)械腿伸出，采用步行運動模式。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的六足樓梯攀爬輪椅，其特征是所述3條椅前側(cè)腿分左中右均勻布置在電源控制器箱靠近輪椅的前側(cè)，3條椅背側(cè)腿分左中右均勻布置在電源控制器箱靠近輪椅的背側(cè)；其有慢速的爬行步態(tài)和快速的三角步態(tài)兩種行走步態(tài)，具體如下 所述慢速的爬行步態(tài)每次只邁出一條腿，這條腿落地后再邁出下一條腿，始終至少有5條腿接觸地面；其中上樓梯的邁步次序為中間椅背側(cè)腿一右側(cè)椅背側(cè)腿一左側(cè)側(cè)椅背側(cè)腿一重心前移一右側(cè)椅前側(cè)腿一左側(cè)椅前側(cè)腿一中間椅前側(cè)腿； 所述快速的三角步態(tài)椅背側(cè)的左右側(cè)腿和椅前側(cè)的中間腿為一組，椅背側(cè)的中間腿和椅前側(cè)的左右側(cè)腿為一組，同組的3條腿同時邁步，這一組腿落地后再邁出下一組腿，兩組腿交替邁步，始終至少有3條腿接觸地面； 無論是采用慢速的爬行步態(tài)，還是快速的三角步態(tài)，從六足樓梯攀爬輪椅的重心位置到機(jī)械腿的支撐多邊形邊界的距離至少約等于六足樓梯攀爬輪椅最左側(cè)腿和最右側(cè)腿之間距離的1/4。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的六足樓梯攀爬輪椅，其特征是椅前側(cè)3條機(jī)械腿的大腿和小腿部分包含伸縮關(guān)節(jié)，伸縮關(guān)節(jié)由活動部分和固定部分組成，大腿的伸縮關(guān)節(jié)固定部分通過螺柱螺母和髖關(guān)節(jié)連接，活動部分通過螺柱螺母和膝關(guān)節(jié)連接，小腿的伸縮關(guān)節(jié)固定部分通過螺柱螺母和膝關(guān)節(jié)連接，活動部分通過螺柱螺母和踝關(guān)節(jié)連接，在樓梯攀爬過程中，輪椅椅前側(cè)在前，對乘員而言是前進(jìn)著下樓梯；椅背側(cè)在前，對乘員而言是倒退著上樓梯，這時輪椅椅前側(cè)腿在樓梯上所處位置比椅背側(cè)腿在樓梯上所處位置要低約2-3級臺階，輪椅根據(jù)椅前側(cè)腿和椅背側(cè)腿所處位置的樓梯臺階高度差調(diào)節(jié)椅前側(cè)腿伸縮關(guān)節(jié)的伸縮長度，使得椅前側(cè)腿比椅背側(cè)腿更長，而且椅前側(cè)腿比椅背側(cè)腿多出的長度等于椅前側(cè)腿和椅背側(cè)腿在樓梯上落腳點的高度差，從而在樓梯攀爬過程中始終保持輪椅的座位處于水平狀態(tài)，保證乘員乘坐的舒適度和安全性。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的六足樓梯攀爬輪椅，其特征是椅前側(cè)3條機(jī)械腿的大腿和小腿部分的伸縮關(guān)節(jié)通過滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)實現(xiàn)，滾珠絲杠采用“固定一自由”型安裝方式，固定端通過雙向被動自鎖軸承和伺服電機(jī)驅(qū)動組件連接，螺母機(jī)構(gòu)和伸縮腿的活動部分連接，伸縮腿活動部分的外形為正四棱柱，在棱柱的四面設(shè)置有4列滾動導(dǎo)軌塊，伸縮腿的固定部分為一個中空的正四棱柱，在其內(nèi)表面的4個平面上各有I列導(dǎo)向槽，活動部分套在固定部分里面并通過滾動導(dǎo)軌塊在固定部分的導(dǎo)向槽內(nèi)滑動，機(jī)械腿的伸縮部分既可以在伺服電機(jī)的驅(qū)動下自由地伸縮以調(diào)節(jié)機(jī)械腿的長度，又防止?jié)L珠絲杠在受力狀態(tài)下產(chǎn)生逆轉(zhuǎn)動，在實現(xiàn)機(jī)械腿伸縮功能的同時保證系統(tǒng)的安全性。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的六足樓梯攀爬輪椅，其特征是所述椅前側(cè)腿和椅背側(cè)腿的髖關(guān)節(jié)向上通過推力軸承安裝在電源控制器箱內(nèi)，并通過伺服電機(jī)驅(qū)動，使椅前側(cè)腿和椅背側(cè)腿可以繞豎直軸轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)六足樓梯攀爬輪椅系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向操作。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的六足樓梯攀爬輪椅，其特征是所述椅前側(cè)腿和椅背側(cè)腿的踝關(guān)節(jié)安裝有關(guān)節(jié)軸承，并且采用無電機(jī)驅(qū)動的欠驅(qū)動方案，由于關(guān)節(jié)軸承的軸線可偏轉(zhuǎn)，6條機(jī)械腿的腳部在踝關(guān)節(jié)處可繞左右方向軸上下俯仰各20°，也可繞前后方向軸左右側(cè)傾各15°，從而使得椅前側(cè)腿和椅背側(cè)腿可以適應(yīng)不平整的地面，方便地在坑洼的路面上采用步行運動模式行走。
全文摘要
一種六足樓梯攀爬輪椅系統(tǒng)，屬于助老助殘服務(wù)機(jī)器人領(lǐng)域。其包括輪椅、3條椅前側(cè)腿、3條椅背側(cè)腿、電源控制器箱；所述電源控制器箱安裝在輪椅的座位下面，內(nèi)置電源和控制器；所述3條椅前側(cè)腿分左中右均勻布置在電源控制器箱靠近輪椅的前側(cè)，由髖關(guān)節(jié)、大腿、膝關(guān)節(jié)、小腿、踝關(guān)節(jié)和腳部組成，其大腿和小腿部分還包含由滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)實現(xiàn)的伸縮關(guān)節(jié)；所述3條椅背側(cè)腿分左中右均勻布置在電源控制器箱靠近輪椅的背側(cè)，由髖關(guān)節(jié)、大腿、膝關(guān)節(jié)、小腿、踝關(guān)節(jié)和腳部組成；本發(fā)明保證輪椅座位在整個樓梯攀爬過程中始終處于水平狀態(tài)，保證乘員乘坐的舒適度和安全性，并且還可以方便地在坎坷不平的路面上行走。
文檔編號A61G5/06GK102755229SQ20121024151
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月12日
發(fā)明者于建均, 左國玉, 龔道雄 申請人:北京工業(yè)大學(xué)