本實(shí)用新型涉及一種快速平穩(wěn)上樓助力車。

背景技術(shù)：

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。

輪組式在載重上樓中應(yīng)用較多，特點(diǎn)是每個(gè)輪組依照星形輪的方式進(jìn)行運(yùn)動(dòng)(如圖1):平地行駛時(shí),各小輪繞各自自轉(zhuǎn)；爬樓梯時(shí),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(yùn)動(dòng)靈活,在無障礙環(huán)境下具有較好的行動(dòng)性能。但是上下樓梯時(shí)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(huì)感到不適，且上樓速度無法提升。

履帶型機(jī)構(gòu)在上下樓梯過程中,設(shè)備的重心總是沿著與樓梯臺(tái)階沿的連線相平行的直線運(yùn)動(dòng)的,其重心的波動(dòng)很小,運(yùn)動(dòng)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(shí)履帶容易損壞樓梯沿。平臺(tái)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)。

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(shí)際應(yīng)用極少。

在上述三種爬樓機(jī)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(jiǎn)單,是比較理想的爬樓梯機(jī)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(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)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(diǎn)，設(shè)計(jì)出一款二者結(jié)合，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的上樓助力車。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有上樓小車結(jié)構(gòu)存在的上述缺陷，本實(shí)用新型提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的快速平穩(wěn)上樓助力車。

本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：

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(jī)構(gòu)以及用于驅(qū)動(dòng)十字結(jié)構(gòu)的動(dòng)力結(jié)構(gòu)，所述的動(dòng)力結(jié)構(gòu)固定安裝在車架下方；

所述的動(dòng)力結(jié)構(gòu)包括電機(jī)、減速器、同步帶輪、同步帶以及主軸，所述的電機(jī)的電機(jī)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(dòng)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(dòng)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(dòng)十字結(jié)構(gòu)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；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(gè)軸頭上分別安裝有若干個(gè)帶法蘭邊的軸承，四個(gè)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(dòng)，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(dòng)。

進(jìn)一步，所述的減速器為蝸輪蝸桿，所述的蝸輪蝸桿相互嚙合。

進(jìn)一步，所述的第二鏈輪是棘輪。

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(dòng)助力車。用于搬運(yùn)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。

本實(shí)用新型通過分析普通助力車上樓的運(yùn)動(dòng)軌跡曲線，自主設(shè)計(jì)出可以抵消車身顛簸的上樓結(jié)構(gòu)。利用可以相對(duì)滑動(dòng)的滑桿控制八個(gè)車輪的運(yùn)動(dòng)，提高上樓穩(wěn)定性的同時(shí)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(shí)適應(yīng)不同樓梯。

本實(shí)用新型的核心結(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(gè)巨大突破?？捎糜谒退蠘牵揖甙徇\(yùn)，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(diǎn)，可以節(jié)省人力物力，創(chuàng)造極高的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)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。

本實(shí)用新型在爬樓梯時(shí)，能夠像多足式爬樓梯裝置和履帶式爬樓梯裝置一樣在運(yùn)動(dòng)的同時(shí)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(jiǎn)單，上樓過程連續(xù)，同時(shí)上樓助力車上樓時(shí)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(shì)。

上樓助力車不僅在樓梯上能平穩(wěn)前進(jìn)，在平地上也是非常靈活的。四個(gè)PU車輪同時(shí)著地保證了小車在平地上前進(jìn)時(shí)受力均衡穩(wěn)定。蝸輪蝸桿減速器自鎖配合棘輪傳動(dòng)，不僅在小車爬樓時(shí)可以避免小車倒退跌落臺(tái)階的意外發(fā)生，同時(shí)在平地上可以使四輪著地模式輕易轉(zhuǎn)化成二輪著地，實(shí)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(huì)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(shì)。

本實(shí)用新型的有益效果體現(xiàn)在：

1、巧妙的設(shè)計(jì)使用了固定導(dǎo)軌來確定上樓軌跡。

2、利用十字形的滑桿設(shè)計(jì)解決了上樓裝置重心問題。

3、利用每八個(gè)軸承約束一根方形滑桿的運(yùn)動(dòng)，使滑桿只能在軸向滑動(dòng)而不能轉(zhuǎn)動(dòng)，滑桿之間互不影響。

4、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用，適用于不同的樓梯。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有輪組式爬樓梯裝置重心軌跡示意圖。

圖2是本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實(shí)用新型十字結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本實(shí)用新型十字結(jié)構(gòu)立體圖。

圖5a是本實(shí)用新型上樓瞬間示意圖。

圖5b是本實(shí)用新型導(dǎo)軌曲線示意圖。

圖6是本實(shí)用新型動(dòng)力結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是本實(shí)用新型十字結(jié)構(gòu)局部示意圖。

圖8是本實(shí)用新型導(dǎo)軌滑槽與V型平底槽軸承配合安裝示意圖。

具體實(shí)施方式

參照?qǐng)D2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(jī)構(gòu)3以及用于驅(qū)動(dòng)十字結(jié)構(gòu)3的動(dòng)力結(jié)構(gòu)4，所述的動(dòng)力結(jié)構(gòu)4固定安裝在車架1下方；

所述的動(dòng)力結(jié)構(gòu)4包括電機(jī)41、減速器42、同步帶輪43、同步帶44以及主軸48，所述的電機(jī)41的電機(jī)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(dòng)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(dòng)連接；

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(dòng)十字結(jié)構(gòu)3作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；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(gè)軸頭上分別安裝有若干個(gè)帶法蘭邊的軸承33，四個(gè)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(dòng)，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；

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(dòng)。

進(jìn)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。

進(jìn)一步，所述的第二鏈輪46是棘輪。

本實(shí)施例通過分析普通助力車上樓的運(yùn)動(dòng)軌跡曲線，自主設(shè)計(jì)出可以抵消車身顛簸的上樓結(jié)構(gòu)。利用可以相對(duì)滑動(dòng)的滑桿控制八個(gè)車輪的運(yùn)動(dòng)，提高上樓穩(wěn)定性的同時(shí)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(shí)適應(yīng)不同樓梯。

本實(shí)施例中導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)曲線的計(jì)算過程如下：

普通輪組式裝置上樓時(shí)由于車輪與車身的距離固定，爬樓時(shí)車身以車輪做圓心周期做圓弧運(yùn)動(dòng)，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(bǔ)償做圓弧運(yùn)動(dòng)時(shí)車身高度的變化，即可消去上樓裝置的不穩(wěn)性。

參考圖5a，A₁B₁和A₂B₂為兩組相互垂直的滑桿結(jié)構(gòu)。以A₂為圓心，B₂A₂轉(zhuǎn)動(dòng)，O沿直線向右上，O’，O”，O”’，O₁為路徑上的點(diǎn)，且A₂O”’⊥OO₁，最終點(diǎn)為O₁，此時(shí)OA₂⊥A₂O₁，并換圓心(圖中換為 B₁)，循環(huán)這個(gè)過程。此時(shí)B₂走過的路徑為導(dǎo)軌受力部分。

受力部分計(jì)算：

設(shè)∠O”A₂O”’為θ(大部分樓梯規(guī)格為150mm*300mm左右，A₁OO₁A₂構(gòu)成一個(gè)平行四邊形，可以算出A₂O”’)

A₂B₂總長(zhǎng)為：l＝411.5mm②(保證小車運(yùn)動(dòng)過程中零件之間不發(fā)生干涉的任意一個(gè)數(shù)值)

在小車上建立極坐標(biāo)方程：以O(shè)為原點(diǎn)，自變量為θ∈(-π/4，π/4)因變量P為B₂O長(zhǎng)度，B₂的軌跡就是導(dǎo)軌受力部分方程

由此：導(dǎo)軌

由于建模需要，化為參數(shù)方程得到：

$x=(411.5-167.7051/\cos (t\left)\right)\×cos(0.462117+\frac{pi}{2}+t)$

$y=(411.5-167.7051/\cos (t\left)\right)\×\sin (0.462117+\frac{pi}{2}+t)$

t₁＝-pi/4

t₂＝pi/4

為了保證導(dǎo)軌對(duì)滑桿伸縮的完全控制以及上樓的可靠性，我們對(duì)得到的曲線進(jìn)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(dòng)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(shí)加工出一定倒角，允許裝配誤差。

本實(shí)施例以電機(jī)41提供動(dòng)力，然后通過同步帶輪43和同步帶44帶動(dòng)減速比為1:60的減速器42，提高輸出轉(zhuǎn)矩。減速器42帶動(dòng)第一鏈輪45旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)鏈條47再帶動(dòng)第二鏈輪46轉(zhuǎn)動(dòng)，第二鏈輪46為棘輪，從而單向帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，最后帶動(dòng)十字結(jié)構(gòu),3旋轉(zhuǎn)。

因?yàn)殡姍C(jī)正常工作時(shí)轉(zhuǎn)速比較高，所以電機(jī)與減速器之間若采用鏈條傳動(dòng)，會(huì)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(shí)保證了良好的傳動(dòng)效率。蝸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(shí)助力車后退而造成的安全問題。而需要后退時(shí)，則使電機(jī)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。

十字結(jié)構(gòu)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)四個(gè)車輪2交替著地，完成上樓動(dòng)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。

本實(shí)施例中，十字軸承固定件上裝有16個(gè)帶法蘭邊的軸承33， 每8個(gè)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(dòng)而自身不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。該滑桿結(jié)構(gòu)保證上樓助力車爬樓時(shí)每邊的兩對(duì)輪子在保持相對(duì)垂直的同時(shí)又可以在軸向自由滑動(dòng)，互不干擾。通過控制滑桿在軸承間的滑動(dòng)，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。

另外，本實(shí)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(jìn)電機(jī)配合蝸桿減速器，帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，控制齒條的伸縮，提供部分動(dòng)力。該方案結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，但是通過對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制，對(duì)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。

本說明書實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對(duì)實(shí)用新型構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍的不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。