專利名稱：一種基于可變形履帶機構的輪椅機器人的制作方法
技術領域：
本發明涉及代步機器人，具體地說是一種基于可變形履帶機構的輪椅機器人。
背景技術：
隨著我國社會人口壽命的增長和老齡化程度的加劇，越來越多的老年人在出行時 需要以輪椅作為自己的代步工具。雖然目前的電動輪椅或智能輪椅的出現，節省了乘坐者 或助推者的體力消耗，也方便了乘坐者的使用；然而由于我國城鎮居民大部分都住在沒有 電梯設備的居民樓中，無論手動或自動輪椅在使用過程中都會受到上下樓梯的限制，這也 在很大程度上影響了老年人或殘疾人的出行需要，同時也制約了電動輪椅的發展和應用。隨著社會物質文明和精神文明的不斷發展，對老年人或殘疾人生活質量關注度的 不斷提高，老年人或殘疾人出行不便的問題正變得越來越突出。研制出具有上下樓梯功能 的輪椅將能夠給老年人或殘疾人帶來極大的便利。
發明內容
為了解決目前老年人或殘疾人乘坐的輪椅出行不便的問題，本發明的目的在于提 供一種具有上下樓梯、越障和在平地移動功能的基于可變形履帶機構的輪椅機器人。該輪 椅機器人可以用于老年人或殘疾人日常活動的代步工具。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的本發明包括座椅支撐架及對稱安裝在座椅支撐架兩側、結構相同的變形履帶機 構，其中變形履帶機構包括履帶、驅動輪、驅動臂、張緊力控制臂、行走電機、張緊力控制臂 電機、驅動臂電機及多個導向輪，所述驅動臂的一端連接有驅動輪，另一端可相對擺動地與 安裝在座椅支撐架上的導向輪相連接，在座椅支撐架上設有帶動驅動臂擺動的驅動臂電機 及帶動驅動輪轉動的行走電機；所述張緊力控制臂的一端可相對擺動地與座椅支撐架連 接，另一端設有導向輪，該導向輪與張緊力控制臂的另一端連動，在座椅支撐架上設有驅動 張緊力控制臂擺動的張緊力控制臂電機；所述座椅支撐架的前下方設有導向輪，各導向輪 及驅動輪之間通過履帶相連接。其中所述座椅支撐架安裝有第一軸，第一軸的兩端分別與兩側的變形履帶機構 中的第三導向輪鍵連接，安裝在座椅支撐架上的驅動臂電機的輸出軸通過蝸輪蝸桿驅動第 一軸轉動；所述驅動臂的另一端與第三導向輪相連，驅動臂一端連接的驅動輪以驅動臂為 半徑、繞第一軸擺動；第三導向輪的上方設有安裝在座椅支撐架上的第二壓輪，履帶由第三 導向輪與第二壓輪之間通過；所述座椅支撐架的兩側分別設有第二軸，兩側變形履帶機構 中的張緊力控制臂的一端分別與兩側的第二軸相連接，張緊力控制臂另一端設有第一導向 輪，第一導向輪以張緊力控制臂為半徑、繞第二軸擺動；所述安裝在座椅支撐架上的張緊力 控制臂電機的輸出軸通過蝸輪蝸桿驅動第二軸轉動；第二軸上安裝有檢測履帶張緊力的扭 力傳感器；張緊力控制臂的擺動軌跡上設有安裝在座椅支撐架上的第一壓輪，履帶由第一 壓輪的下方與第一導向輪的上方通過；所述座椅支撐架前下方的導向輪為第二導向輪，兩側變形履帶機構中的第二導向輪通過第四軸相連接，履帶由第二導向輪的底部繞過；所述 兩側變形履帶機構中的驅動輪通過第三軸相連接，座椅支撐架上設有兩個分別帶動驅動輪 轉動的行走電機；所述驅動臂電機為一個，張緊力控制臂電機為兩個。本發明的優點與積極效果為1.本發明通過調整驅動臂及張緊力控制臂的擺動角度，實現了對履帶張緊力的控 制，便得履帶具有對“凸，，形地面產生“凹”形變形的適應能力。2.本發明通過驅動臂及張緊力控制臂的擺動，機器人能夠翻越臺階、樓梯、斜坡等 障礙，越障過程平衡，并具有較好的穩定性。3.本發明保證輪椅在上下樓梯的過程中具有較大的支撐面，從而保證了乘坐者具 有較好的穩定性和安全性。4.本發明操作簡單靈活，不需要其他人的輔助，適合老年人和殘疾人使用。
圖1為本發明正面的立體結構示意圖；圖2為本發明背面的立體結構示意圖；圖3為本發明的結構原理圖；圖如為發明應用于上樓梯過程的示意圖之一；圖4b為發明應用于上樓梯過程的示意圖之二 ；圖如為發明應用于上樓梯過程的示意圖之三；圖4d為發明應用于上樓梯過程的示意圖之四；圖如為發明應用于上樓梯過程的示意圖之五；圖4f為發明應用于上樓梯過程的示意圖之六；圖4g為發明應用于上樓梯過程的示意圖之七；圖4h為發明應用于上樓梯過程的示意圖之八；其中1為座椅支撐架，2為變形履帶機構，3為履帶，4為驅動輪，5為驅動臂，6為 張緊力控制臂，7為行走電機，8為張緊力控制臂電機，9為驅動臂電機，10為第一導向輪，11 為第二導向輪，12為第三導向輪，13為第一壓輪，14為第二壓輪，15為第一軸，16為第二軸， 17為第三軸，18為扭力傳感器，19為第四軸。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步詳述。如圖1 3所示，本發明包括座椅支撐架1及對稱安裝在座椅支撐架1兩側、結構 相同的變形履帶機構2，其中變形履帶機構2包括履帶3、驅動輪4、驅動臂5、張緊力控制臂 6、行走電機7、張緊力控制臂電機8、驅動臂電機9及第一 三導向輪10 12，座椅支撐架 1的椅背后面安裝有第一軸15，第一軸15的兩端是分別通過軸承安裝在座椅支撐架1上 的、并由座椅支撐架1穿出與兩側的變形履帶機構2中的第三導向輪12鍵連接；驅動臂電 機9通過電機座安裝在座椅支撐架1上，驅動臂電機9的輸出軸通過蝸輪蝸桿驅動第一軸 15轉動。驅動臂5的一端連接有驅動輪4，另一端與第三導向輪12相連，驅動臂5 —端連 接的驅動輪4以驅動臂5為半徑、繞第一軸15擺動。在第三導向輪12的上方設有第二壓輪14，第二壓輪14的輪軸安裝在座椅支撐架1上，履帶3由第三導向輪12與第二壓輪14 之間通過。兩側變形履帶機構2中的驅動輪4通過第三軸17相連接，座椅支撐架1上設有 兩個分別帶動兩側驅動輪4轉動的行走電機7。在第三導向輪12的側下方，設有通過軸承安裝在座椅支撐架1上的第二軸16，張 緊力控制臂6的一端與第二軸16的一端相連接，另一端設有第一導向輪10，第一導向輪10 以張緊力控制臂6為半徑、繞第二軸16擺動；第二軸16的另一端連接有檢測履帶張緊力的 扭力傳感器18。張緊力控制臂電機8通過電機座安裝在座椅支撐架1上，張緊力控制臂電 機8的輸出軸通過蝸輪蝸桿驅動第二軸16轉動。張緊力控制臂電機8為兩個，分別安裝在 座椅支撐架1的兩側。在張緊力控制臂6的擺動軌跡上設有第一壓輪13，第一壓輪13的輪 軸安裝在座椅支撐架1上，履帶3由第一壓輪13的下方與第一導向輪10的上方通過。座椅支撐架1前下方設有第二導向輪11，兩側變形履帶機構2中的第二導向輪11 通過第四軸19相連接，履帶3由第二導向輪11的底部繞過。本發明的履帶3由驅動輪4繞過、在第三導向輪12與第二壓輪14之間穿過、再由 第一壓輪13的底部繞過、依次繞過第一、二導向輪10、11后回到驅動輪4。本發明的驅動臂 電機9為一個，張緊力控制臂電機8為兩個，行走電機7為兩個。本發明的工作原理為 本發明的第二、三導向輪12、13的位置固定，第一、二壓輪13、14的位置固定，驅動 臂5繞第三導向輪12擺動，張緊力控制臂6繞第二軸16擺動，驅動臂5及張緊力控制臂6 的長度固定。兩個行走電機7分別帶動兩側的驅動輪4轉動，用于驅動輪椅機器人移動；兩 個張緊力控制臂電機8用于驅動兩側的張緊力控制臂6擺動；驅動臂電機9帶動兩側的驅 動臂5擺動。第一導向輪10與張緊力控制臂6共同繞第二軸16擺動。兩側第二軸16上 的兩個扭力傳感器18對履帶的張緊力進行檢測，同時在輪椅機器人運動過程中實時對履 帶的張緊力進行控制，可以使履帶3具有對“凸”形地面產生“凹”形變形的適應能力。在 平面行走時，兩個行走電機7工作，帶動兩側的驅動輪4轉動，使輪椅機器人行走。當爬樓 或越障時，如圖如 4h所示，以圖3所示為初始位置，驅動臂電機9工作，驅動第一軸15 轉動，使驅動臂5繞第一軸15逆時針擺動，造成履帶3的張緊力增加，進而造成作用在第二 軸16上的扭矩增大；兩個張緊力控制臂電機8工作，驅動第二軸16轉動，使張緊力控制臂 6繞第二軸16逆時針擺動，對作用在第二軸16上的扭矩進行控制，達到減小履帶張緊力的 目的。驅動臂5的擺動極限位置為履帶3的下表面與第二、三導向輪11、12的輪軸連線相 平行，此時張緊力控制臂6接近于與第二、三導向輪11、12的輪軸連線相平行。在樓梯上， 通過驅動臂電機9使驅動臂5擺動到不同的角度即可控制座椅的傾角，在上下樓梯的不同 階段，通過不斷調整驅動臂5及張緊力控制臂6的擺動角度，輪椅的載體在上下樓梯的過程 中可以始終保持水平或略后仰的狀態。
權利要求
1.一種基于可變形履帶機構的輪椅機器人，其特征在于包括座椅支撐架(1)及對稱 安裝在座椅支撐架(1)兩側、結構相同的變形履帶機構O)，其中變形履帶機構(2)包括履 帶(3)、驅動輪(4)、驅動臂(5)、張緊力控制臂(6)、行走電機(7)、張緊力控制臂電機(8)、 驅動臂電機(9)及多個導向輪，所述驅動臂(5)的一端連接有驅動輪G)，另一端可相對擺 動地與安裝在座椅支撐架(1)上的導向輪相連接，在座椅支撐架(1)上設有帶動驅動臂(5) 擺動的驅動臂電機(9)及帶動驅動輪(4)轉動的行走電機(7)；所述張緊力控制臂(6)的一 端可相對擺動地與座椅支撐架(1)連接，另一端設有導向輪，該導向輪與張緊力控制臂(6) 的另一端連動，在座椅支撐架(1)上設有驅動張緊力控制臂(6)擺動的張緊力控制臂電機 (8)；所述座椅支撐架(1)的前下方設有導向輪，各導向輪及驅動輪(4)之間通過履帶(3) 相連接。
2.按權利要求1所述基于可變形履帶機構的輪椅機器人，其特征在于所述座椅支撐 架(1)安裝有第一軸(15)，第一軸(1 的兩端分別與兩側的變形履帶機構( 中的第三導 向輪(1 鍵連接，安裝在座椅支撐架(1)上的驅動臂電機(9)的輸出軸通過蝸輪蝸桿驅動 第一軸(1 轉動；所述驅動臂( 的另一端與第三導向輪(1 相連，驅動臂( 一端連接 的驅動輪以驅動臂(5)為半徑、繞第一軸(15)擺動。
3.按權利要求2所述基于可變形履帶機構的輪椅機器人，其特征在于所述第三導向 輪(1 的上方設有安裝在座椅支撐架(1)上的第二壓輪(14)，履帶C3)由第三導向輪(12) 與第二壓輪(14)之間通過。
4.按權利要求1所述基于可變形履帶機構的輪椅機器人，其特征在于所述座椅支撐 架(1)的兩側分別設有第二軸(16)，兩側變形履帶機構O)中的張緊力控制臂(6)的一端 分別與兩側的第二軸(16)相連接，張緊力控制臂(6)另一端設有第一導向輪(10)，第一導 向輪(10)以張緊力控制臂(6)為半徑、繞第二軸(16)擺動；所述安裝在座椅支撐架(1)上 的張緊力控制臂電機(8)的輸出軸通過蝸輪蝸桿驅動第二軸(16)轉動。
5.按權利要求4所述基于可變形履帶機構的輪椅機器人，其特征在于所述第二軸 (16)上安裝有檢測履帶張緊力的扭力傳感器(18)。
6.按權利要求4所述基于可變形履帶機構的輪椅機器人，其特征在于所述張緊力控 制臂(6)的擺動軌跡上設有安裝在座椅支撐架(1)上的第一壓輪(13)，履帶(3)由第一壓 輪(13)的下方與第一導向輪(10)的上方通過。
7.按權利要求1所述基于可變形履帶機構的輪椅機器人，其特征在于所述座椅支撐 架⑴前下方的導向輪為第二導向輪(11)，兩側變形履帶機構⑵中的第二導向輪(11)通 過第四軸(19)相連接，履帶(3)由第二導向輪(11)的底部繞過。
8.按權利要求1所述基于可變形履帶機構的輪椅機器人，其特征在于所述兩側變形 履帶機構O)中的驅動輪(4)通過第三軸(17)相連接，座椅支撐架(1)上設有兩個分別帶 動驅動輪⑷轉動的行走電機(7)。
9.按權利要求1所述基于可變形履帶機構的輪椅機器人，其特征在于所述驅動臂電 機(9)為一個，張緊力控制臂電機(8)為兩個。
全文摘要
本發明涉及代步機器人，具體地說是一種基于可變形履帶機構的輪椅機器人，包括座椅支撐架及對稱安裝在座椅支撐架兩側、結構相同的變形履帶機構，變形履帶機構包括履帶、驅動輪、驅動臂、張緊力控制臂、行走電機、張緊力控制臂電機、驅動臂電機及多個導向輪，驅動臂的一端連接有驅動輪，另一端與導向輪相連接，在座椅支撐架上設有驅動臂電機及行走電機；張緊力控制臂的一端與座椅支撐架連接，另一端設有導向輪，該導向輪與張緊力控制臂的另一端連動，在座椅支撐架上設有張緊力控制臂電機；所述座椅支撐架的前下方設有導向輪，各導向輪及驅動輪之間通過履帶相連接。本發明具有越障功能，越障過程平衡，并具有較好的穩定性。
文檔編號A61G5/06GK102113945SQ20091024902
公開日2011年7月6日 申請日期2009年12月30日 優先權日2009年12月30日
發明者劉敏杰, 姚辰, 徐梁, 智迪, 李小凡, 王 忠, 王挺, 羅宇 申請人:中國科學院沈陽自動化研究所