用于台阶和障碍物的轮椅.pdf

用于台阶和障碍物的轮椅包括一个动力组件(图1中的8)即作为电池充电器的发动机，一个驱动轮-皮带滑轮(图1和4中的1)，一个较大直径(图1和4中的1a)的轮胎(或是全橡胶环)用来驱动一个较小直径的皮带(图2，4和5中的26)，一个折叠前轮-滑轮皮带钟摆-支撑(图1中的2，图3)，钟摆提升组件(图1中的4，5和6)，脚轮提升器(图2中的23，24和25)，腿托架提升器(图2中的18a)，在攀登台阶时移动重心的座位移动组件(图1和2中的9，9a，9b和9c)，方便使用者借助一个部分提升的履带驱动钟摆(图1)在室内和平地上活动自如，越过凹陷和凸起(图6)门槛，路涯等等(图2)，上台阶(图7)和下台阶(图8)，具有不受限制的活动半径。使用者能够跨越周围的所有上述障碍物，保持座椅舒适和安全地倾斜。

1.  一种用于台阶和障碍物的轮椅包括一个基座，在上面安装有以下部件
作为电池充电器的内燃机(在另一实施例中仅有电池)；一对驱动轮，同时驱动带有轮胎(在另一实施例中是全橡胶环)的皮带滑轮和用于攀登楼梯和跨越障碍物的锯齿状皮带(在另一实施例中是锯齿状环形带)；在锯齿状皮带(在另一实施例中是锯齿状环形带)之上的一对前轮-皮带滑轮被耦合到驱动轮，如此构成一个能够折叠的履带式驱动钟摆；能够升降的前脚轮；履带提升驱动部件；座椅移动部件；以及腿托架提升部件；其特征在于驱动轮被设计成使锯齿状皮带转动时不会触地，以达到平地驾驶的舒适性，履带驱动器是可以折叠的，在前进方向上攀登台阶和跨越障碍物时，腿托架随着钟摆的提升被自动提升，并且在攀登台阶时机械移动装有靠背的座椅以移动其重心。

2.  用于台阶和障碍物的轮椅包括一种改进设计的驱动轮，其特征在于驱动轮带有用于轮胎(或全橡胶环)的径向槽，以及用于锯齿状橡胶皮带(或锯齿状环形带)的小直径槽，所述槽被设计成橡胶皮带(带)齿在移动中不会触地，以达到平地驾驶的舒适性。

3.  用于台阶和障碍物的轮椅包括前轮-皮带滑轮的一种钟摆支架，其特征在于支架是分段并易于折叠的，在履带部件不工作时能明显缩短轮椅的长度，使得轮椅适合在室内活动。

4.  用于台阶和障碍物的轮椅包括前轮-皮带滑轮的一种钟摆支架，其特征在于支架能绕着驱动轮的轴旋转，保持锯齿状皮带(带)的张力，并且能改变相对于轮椅基座(即相对于带靠背的座椅)的倾斜角度，使得轮椅能上、下台阶，越过凹陷、凸起和门槛前进。

5.  用于台阶和障碍物的轮椅包括一个腿托架，其特征在于它装有一个固定悬垂辊，在攀登台阶改变倾斜角度时，其上的槽在悬垂辊遇到钟摆支架的前轮皮带滑轮时向上引导悬垂辊，防止腿托架接触到台阶边缘，并且在钟摆下降时恢复其原始位置。

6.  用于台阶和障碍物的轮椅包括前脚轮，其特征在于遇到障碍物时能够用电动提升器提升前脚轮，使得前较脚轮能够跨越障碍物或上台阶，在下降时则恢复轮椅在平地上移动的能力，不需要用履带驱动。

7.  用于台阶和障碍物的轮椅包括一个带靠背的座椅，其特征是在攀登台阶时座椅可以用移动机构向前移，实质上改变人和轮椅总体的重心；如果没有足够长的履带驱动，重心的改变可能造成轮椅翻倒。这样就不需要长的履带驱动，并且缩小轮椅的尺寸，使得其适合室内使用。

8.  用于台阶和障碍物的轮椅包括一个动力部件，其特征是它由一个做为电池充电器的内燃机构成，以及独立于主电源的一个电池，它使得轮椅具有无限制活动车辆的特征，和其他部件一同使使用者能够到室外活动。在建筑物和生活场所内不使用该特征，因为在室内可以使用从主电源充电的电池。

用于台阶和障碍物的轮椅
应用领域
本发明属于病人自助运输的技术领域，即攀登台阶和跨越障碍物的轮椅，它由以下部件构成：供应电池充电器的内燃机(在另一实施例中仅有电池)；组合驱动轮，各自安装有两个轮胎式履带皮带。履带驱动系统是可折叠的，使轮椅也能在室内使用，该系统还能在攀登台阶和跨越障碍物时提升和下降。轮椅上装有：脚轮提升部件，座位前后移动部件，攀登楼梯用的腿托架提升部件。按照国际专利分类(IPC)，本发明可以分入A61G5。
技术问题
病人要去各种地方仍然面临许多问题，包括门诊，医院，公共机构，学校等等至关重要的地方，日常生活中各种障碍物会限制其活动自由，进出房屋时仅仅一两节台阶可能就是问题。一个突出问题是不能出门到户外旅行，无论身体有无残疾，这是一个人的基本需求。
现有技术
目前只能部分解决病人的需求。轮椅运输车只能装到(适合公用的)特种车辆上，而各种供个人使用的专利解决方案大多仍停留在图纸的水平(由于其不能实用且过于粗糙而不能制造)。制造商无法实现这些轮椅解决方案的原因在于攀登台阶有缺陷，妨碍使用者的行动路线。即使在跨越路涯时使用者也要将轮椅转向移动方向，在登上障碍物后还要再次转向。驾驶缺陷当然是很不方便的，会带来许多麻烦。为了确保在台阶上驱动履带不会使轮椅翻倒，履带必须足够长，而这种履带因为太长不方便室内使用，导致现有的履带解决方案不够安全，因为它不能兼顾两种似乎相反的要求。换句话说，至今没有一种方案能够将用于室内活动的具有(便于)折叠式履带驱动的轮椅与具有无限活动半径的攀登台阶轮椅相结合。
发明概述
本发明的主要目的是解决病人面临的活动受限制问题，使他们能够进入无法独立到达的公共场所，满足他们的安全需求，进出公共场所不用担心在遇到很小的障碍物时都要使用手杖就能到达更远的地点，不必担心用驱动电池组向安装在轮椅内的发动机放电。
次要目的是多方面的，首先是保证病人能够克服看到的障碍物，这样能减轻无助的感觉，从而有助于维护病人的心理健康。其他优点还包括降低病人必须去又难以到达的某些场所的配套设施成本(有了本发明不需要这些配套设施)，相应的经费可以转用于解决病人面临的其他难题，从人权的角度看这些目的都是很重要的。
实质上解决所有上述问题的一种用于台阶和障碍物的轮椅具有的结构由以下构成：
一个动力驱动组件，作为电池充电器的发动机(在另一实施例中仅有电池)被安装在一个坚固的轻金属管框架上为用于室外活动的电动机供电，保持电池随时充电。其它部件有：用来推动轮椅(左、右驱动轮独立)的一个(带减速齿轮的)电动机；用来提升和降低履带组件的一个(带减速齿轮的)电动机(在另一实施例中是左、右两侧的独立电动机)；用来提升和降低脚轮的一个(带减速齿轮的)电动机；以及用于前后移动(带靠背的)座位的一个(带减速齿轮的)电动机。所有上述部件均由适当的电动操纵杆控制。
该轮椅的主要特征在于其驱动轮设计，使轮和皮带滑轮成为一体。在一个适当外径的凹槽上安装轮胎(或是全橡胶轮胎)，沿着该凹槽用车床加工出两个较小直径的凹槽用于橡胶皮带(在另一实施例中是用于环状橡胶带的一个较宽的槽)。皮带或带需要与(一个边沿限位块或其它障碍物的)轮缘啮合。皮带(或带)齿不会触地，因为皮带按较小直径转动，能够实现无抖动的舒适驾驶，以免在粗糙的皮带齿上行驶。另一前轮上没有轮胎(橡胶环)的槽，只有用于锯齿状皮带的槽(或是用于锯齿状环形橡胶带的单一槽)。如果是在平面上运动(除非是遇到街道上的坑洼)，它是在空中旋转，靠一个钟摆悬在地面之上。钟摆固定在驱动轮的旋转轴上，在钟摆的任何位置使皮带张力保持均匀。按照地面的形状用一个提升电动机部件使钟摆保持在各种角度。在前钟摆段上安装一个提升腿托架部件，在提升时适合悬垂倚靠在腿托架上，将腿托架保持在不会妨碍攀登楼梯的高度。
用连接到轮椅框架上的导轨使左、右钟摆保持平行。连接到钟摆的钝齿轮段被这些导轨导向。钝齿轮段与实现钟摆倾斜的电动机驱动齿轮偶合。前钟摆端(钟摆上连接前轮的那一段)是这样设计的，它能够绕一个特殊轴旋转，这样就能拆下驱动皮带使轮椅明显缩短，变成一台适合室内活动的电动轮椅。用一个锁固定该段的位置。
在轮椅的前面安装有脚轮提升部件，它是由一个带减速齿轮的电动机和固定在轮椅框架上的皮带构成，框架连接到脚轮套上的一个螺母，将脚轮提升或降低到所需的高度。脚轮套导轨安装在轮椅框架的侧面，确保脚轮套能够转动并改变运动方向。
在轮椅的后面安装有带靠背的座椅移动部件，它是由一个带减速齿轮的电动机和固定在座位框架上的皮带(称为激励器)构成，框架连接到承载座椅支架并使支架能够移动的直线滚珠的支座上。
操纵控制开关或是称为平行控制器被安装在扶手和方便病人的后手柄上。
由于减速齿轮的大传动比的需要，所有所述部件在当前位置上都能根据保持力的需要自动刹车。用一个电动操纵杆-变换器控制所有所述部件，这种轮椅的更加精密的实施例还可以安装传感器。
附图简介
附图是本发明说明书的一个组成部分，能够显示其基本原理：
图1是折叠供室内使用的用于台阶和障碍物的轮椅；
图2是为室外平面上驾驶设计的用于台阶和障碍物的轮椅；
图3是钟摆前段(前轮支座)在不工作和工作的车轮位置，图中还表示了锁；
图4是驱动轮截面图；
图5是前轮截面图；
图6是在坑洼道路上行驶的用于台阶和障碍物的轮椅；
图7表示用于台阶和障碍物的轮椅在攀登台阶，带靠背的座椅前移；
图8表示用于台阶和障碍物的轮椅下台阶。
发明最佳实施例的说明
图1和2中所示用于台阶和障碍物的轮椅包括一个电源(图1中的8)，安装在轮椅的基础框架(图2中的P)中。靠两个驱动轮(图1中的1)和两个前脚轮(图1中的7)移动。在驱动轮上安装轮胎或全橡胶环(图1和4中的1)，同时用前轮(图1和5中的14)上钟摆段的那部分支撑绷紧的锯齿状皮带(图2和4中的26)。脚轮被设计成适合在平面或室内活动。对于折叠供室内使用的轮椅(图1)，前轮被向上折叠(图1中的14)，拆除了齿和皮带。前轮(图1中的14)靠在钟摆段(图1中的18)上，该段是钟摆(图1中的2)的一个元件，并且可以绕轴(图1中的19和3)旋转，以便拆除锯齿状皮带(图2中的26)。钟摆段(图1中的18)被一个锁(图2中的21)固定在操作位置。固定在钟摆(图1中的2)上的一个钝齿轮(图1中的5)被耦合到钟摆提升机的钝齿轮(图1中的6)，这样就能绕着驱动轮轴(图1和4中的1b)提升或降低钟摆。由安装在轮椅基础框架(图2中的P)上的钝齿轮段导轨(图1中的4)确保钟摆的平行关系。钟摆上固定有皮带支架(图1中的3)，防止障碍轮缘上的皮带发生弯曲。在钟摆段(图1中的18)上有一个腿托架(图1和2中的17)的提升器(图2中的18a)，在提升钟摆时，腿托架遇到腿托架套(图2中的16)中的悬垂辊(图2中的16a)，将腿托架提升到台阶边缘之上。当钟摆下沉时，腿托架自动返回其原始位置。向上推动脚轮提升器(图6)就能使脚轮升起失去作用，不会妨碍台阶边缘。在室外平地和室内活动时(图1和2)，脚轮是下降的。用一个电动操纵杆(图1中的13)启动座椅部件(图1中的9)移动带靠背的座椅。用一个联接器(图2中的9a)将座椅部件(图1中的9)连接到直线轴承(图2中的9b)，轴承通过导轨(图2中的9c)前、后移动座椅。这样就能在驱动轮(图1中的1)与基座(图6)分离之前使人和轮椅结合的重心移动到边缘之上。这种方案不需要很长的履带，否则会妨碍(甚至阻碍)活动。为了下台阶需要使履带降低到水平面以下，要操作操纵杆(图1中12)启动履带下降部件的钝齿轮(图1中的6)。钝齿轮被耦合到连接钟摆(图1中的2)的钝齿轮段，随着其旋转使钟摆(图1中的2)按预定角度降低，使座椅保持在与平地行驶时(图8)相同的位置。在结束下降时相反地操作，将钟摆提升到所需高度。
本发明的使用方法
所述用于台阶和障碍物的轮椅可以按照与实际尺寸适当的比例绘制的图在工厂中制造，按照实际尺寸绘制个别部件(例如是轮的细节)的局部特殊结构。本发明可以按适当的尺寸为现有的轮椅增加所述的部件，不用改变本发明的初衷和基本特征就能用功能上合适的各种材料具体实现本发明的细节(例如使用酒精的内燃机或锂离子电池)。这样就能获得一种用于台阶和障碍物的轮椅，在许多方面具有比现有解决方案明显的改进。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
按照2008年4月8日的国际初审报告
1.一种用于台阶和障碍物的轮椅包括电机驱动部件，驱动轮，皮带，前轮和带靠背的座椅，其特征在于轮椅包括一个基座框架(P)，在上面安装有以下部件：由内燃机构成的动力部件(8)，电池充电器和电池(在另一实施例中仅有电池)，一对驱动轮(1)，同时驱动带有气管(1a)的皮带(在第二实施例中是全橡胶环)的皮带滑轮和用于攀登楼梯和跨越障碍物的锯齿状驱动皮带(26)(在第二实施例中是较宽的环形橡胶带)；穿过锯齿状皮带(26)(在第二实施例中是较宽的环形橡胶带)的一对前轮-皮带(14)被耦合到驱动轮(1)，如此构成一个能够折叠的履带式驱动钟摆(2)；下一部件是：能够升降的前脚轮(7)；该部件用于提升/降低履带式驱动器，带靠背的座椅移动部件；以及腿托架部件。
2.按照权利要求1的用于台阶和障碍物的轮椅，其特征在于所述驱动轮(1)具有用于轮胎(或全橡胶环)的径向槽和用于锯齿状橡胶皮带(或全橡胶环)的槽，皮带槽是用于橡胶皮带(或是带)的齿的小直径槽，在平面上移动时不会触地。
3.按照权利要求1的用于台阶和障碍物的轮椅，其特征在于仅有用于锯齿状皮带(或环形锯齿状橡胶带)的径向槽的所述前轮(14)被固定在钟摆(2)上。
4.按照权利要求1和3的用于台阶和障碍物的轮椅，其特征在于钟摆(2)按分段设计并且易于折叠，绕着驱动轮(1)的轴(1b)旋转，利用电动机部件提升和降低，根据障碍物的高度使皮带采取所需的倾斜角度。
5.按照权利要求1和4的用于台阶和障碍物的轮椅，其特征在于钟摆(2)的一段(18)上装有腿托架提升器(18a)，在提升时，腿托架(17)斜靠在腿托架悬垂上，将腿托架提升到不会妨碍攀登台阶的高度。
6.按照权利要求1和4的用于台阶和障碍物的轮椅，其特征在于用连接到轮椅基座框架(P)的导轨(4)确保左、右钟摆(2)平行，用导轨(4)引导固定在钟摆(2)上的钝齿轮段(5)，使钝齿轮段(5)耦合到控制钟摆(2)倾斜的电动机驱动齿轮(6)。
7.按照权利要求1和5的用于台阶和障碍物的轮椅，其特征在于钟摆段(18)绕着轴(19)旋转，这样就能拆除驱动皮带并且明显缩短轮椅，用一个锁(21)固定钟摆段的位置。
8.按照权利要求1的用于台阶和障碍物的轮椅，其特征在于轮椅的前部装有一个用于提升前脚轮(7)的部件，它由一个带减速齿轮的电动机和固定在轮椅框架(P)上并且连接到前脚轮套上的螺母的一个螺钉(24)构成，前脚轮套导轨安装在轮椅框架的侧面，使得脚轮套能够转动和改变运动方向。
9.按照权利要求1的用于台阶和障碍物的轮椅，其特征在于所述装有靠背的座椅(10)攀登台阶时能够移动，改变重心保持平衡，实现移动的部件(9)由一个带减速齿轮的电动机和固定在座椅框架上的螺钉(即启动器)构成，用一个连接器(9a)将部件(9)连接到直线轴承(9b)，轴承通过导轨(9c)载着前后移动的带靠背座椅。