一種三腳盤攀爬樓梯的輪椅的研究

陳少帥 陳奎儒 馬千里

摘要：本文主要介紹一種具有三腳攀爬盤結(jié)構(gòu)的爬樓梯的輪椅，該設(shè)計行進(jìn)安全性良好，易于操作。

關(guān)鍵詞：三腳盤；爬樓梯

1、已有的技術(shù)或背景技術(shù)情況

國外對爬梯裝置的研究開始的比較早，最早的專利是1892年美國的Bray發(fā)明的爬梯輪椅。此后各國開始紛紛投入研究，美國、英國、德國和日本占主導(dǎo)地位，技術(shù)相對比較成熟，有一些產(chǎn)品已投入市場使用。我國對此類裝置的研究起步較晚，近年來涌現(xiàn)了很多這方面的專利但是實際投入使用的還很少?？偨Y(jié)目前國內(nèi)外現(xiàn)有的爬梯裝置和專利，按爬梯功能實現(xiàn)的原理主要分為履帶式、輪組式、步行式爬梯裝置。

（1）履帶式爬梯裝置的原理類似于履帶裝甲運兵車或坦克，其原理簡單，技術(shù)也比較成熟。履帶式結(jié)構(gòu)傳動效率比較高，行走時重心波動很小，運動很平穩(wěn)，在一些不規(guī)則的樓梯上也能使用。

（2）輪組式爬樓梯按輪組中使用小輪的個數(shù)可分為兩輪組式，三輪組式以及四輪組式。在平地上行走時，各小輪自轉(zhuǎn)，而爬樓梯時，各小輪一起公轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)爬樓梯的功能。

（3）步行式早期的爬樓梯裝置一般都采用步行式，其爬樓梯執(zhí)行機(jī)構(gòu)由鉸鏈桿機(jī)構(gòu)組成。上樓梯時，先將負(fù)重抬高，再水平向前移動，如此重復(fù)這兩個過程直至爬完一段樓梯。步行式爬梯裝置模仿人類爬樓梯的動作，外觀可視為足式機(jī)器人，采用多條機(jī)械腿交替升降，支撐座椅爬樓的原理。

2、發(fā)明創(chuàng)造目的

現(xiàn)階段的履帶式輪椅存在很多的不足之處：重量大，運動不夠靈活、爬樓梯時在樓梯邊緣造成巨大的壓力，對樓梯有一定的損害。而且平地使用所受阻力較大，而且轉(zhuǎn)彎不方便，這些問題限制了其在日常生活中的正常使用。現(xiàn)階段的輪組式爬梯裝置也有很多弊端，單輪組式結(jié)果穩(wěn)定性較差，在爬樓梯過程中需要有人協(xié)助才能保證重心的穩(wěn)定，而雙輪組式雖能實現(xiàn)自主爬梯，但由于體積龐大且偏重，影響了它的使用范圍，難以在普通住宅樓上使用。步行式爬梯裝置使用時它對控制的要求很高，操作比較復(fù)雜，在平地行走時動作幅度不大，動作緩慢。綜上各種問題，要研制出一種重心穩(wěn)定，體積較小，靈活方便，能自主爬樓的多功能爬梯輪椅。

3、發(fā)明創(chuàng)造的內(nèi)容

我發(fā)明的是一種三腳盤攀爬式樓梯。在攀爬過程中，輪椅始終保持水平，這樣穩(wěn)定性高，安全性能良好。具體如下：輪椅上有一支架，支架上有一軸，軸上安裝一組合式攀臂，攀爬臂上有多個可伸縮桿，通過轉(zhuǎn)動與伸縮來實現(xiàn)輪椅的攀爬樓梯。

4、說明書附圖及附圖的簡要說明

1為三角支架。起固定支撐軸的作用。2為調(diào)節(jié)伸縮桿，在陀螺儀的配合作用下，通過伸縮使輪椅在攀爬樓梯時始終保持水平。3為轉(zhuǎn)動攀爬臂，能夠轉(zhuǎn)動角度來配合輪椅水平攀爬，而且伸縮攀爬臂內(nèi)有滑槽，可使攀爬柄在控制下滑動，更好的配合攀爬。4為伸縮攀爬臂。5為攀爬柄。使其固定在轉(zhuǎn)動攀爬臂上。6為三角盤。7為驅(qū)動軸。8為伸縮腳撐。（三個）9為支架桿，使更好地固定腳撐。攀爬過程具體如下：如圖三角盤俯視圖，三個腳撐呈等邊三角形分布。攀爬時，a腳在上面的臺階面上，b腳和c腳在下面的臺階面上。首先，b腳和c腳收縮，以a腳為中心順時針旋轉(zhuǎn)120°。這時a腳和b腳同在一個臺階面上，c腳在更上面的臺階上，然后，b腳和c腳伸長使其支撐在臺階上。其他三角盤一樣。于是輪椅就上了一個臺階。下一步除須逆時針旋轉(zhuǎn)120°外，其他一樣。與此同時攀爬臂其余部分和調(diào)節(jié)桿來保持輪椅始終水平。

5、實施例

陀螺儀保持輪椅攀爬過程中水平。紅外線傳感器定位臺階位置，使組合式攀爬臂更好的準(zhǔn)確的行走。傾斜傳感器使調(diào)節(jié)伸縮桿發(fā)揮作用。

這些作為控制裝置（單片機(jī)）的數(shù)據(jù)發(fā)出指令向驅(qū)動裝置，實現(xiàn)驅(qū)動。

這種輪椅除了攀爬樓梯外，還可通過伸縮攀爬臂與腳撐來升高輪椅，實現(xiàn)拿高處的東西和在積水深的地方行走等用處。