[0001] 本发明涉及轮椅技术领域，具体涉及一种爬楼轮椅。

[0002] 目前，我国正步入人口老龄化的进程中，这将意味着我国正面临着世界各国从未遇到过的一场人口老龄化危机，即不远的将来我国有劳动能力的人的数量要大幅度减少，而需要照顾的高龄者人数将要增加。高龄人的一个很大的障碍就是行动能力减弱，特别是在上下楼梯，在这种条件下，需要有劳动能力的人照顾他们。为了节省劳动力，让有劳动能力的人为国家作贡献创造社会财富，就应该使需要照顾的老年人行动自立。继而社会对智能轮椅的需求也在逐步增加。

[0003] 传统的轮椅均是用人力或电力驱动，只能在平地移动，在面临城市化过程中出现的楼梯时往往力不从心。

[0004] 现在市场上对于上下楼梯的装置主要分为三种，一种轮式爬楼轮椅，其优点是可实现重载且运行较平稳，其缺点在于自动化程度不高、在自动调节座椅水平方面存在很大缺陷；另一种为履带式爬楼轮椅，其优点在于能适应不同规格的楼梯，其缺点则是工作时噪音较大，能量损失高，对楼梯破坏程度较大，不易维修；还有一种为腿式爬楼机器人，其优点在于能较好地适应不同规格的楼梯，其缺点在于座椅不能保持水平状态，且操作要求高、制造成本高。上述装置均不能够很轻易舒适地从爬楼梯状态转换到平地行驶状态，或相反。

[0034] 以下结合附图和具体实施，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0035] 需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

[0036] 在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0037] 下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

[0038] 如图1至图4所示，本发明的一个实施例公开一种爬楼轮椅，包括控制系统80，座椅10，支承座椅10的机架20，以及固定于机架20上的辐条轮组件30和行星轮组件40。其中，参照图1中的坐标，以X轴方向为第一方向，Y轴为第二方向，Z轴为第三方向，机架20包括沿第一方向相对设置的第一端21和第二端22，辐条轮组件30连接在机架20的第一端21，行星轮组件40连接机架20的第二端22。

[0039] 辐条轮组件30中包括沿第二方向轴向设置的两个辐条主轮31，两个辐条主轮31可通过传动轴连接且分别位于所述传动轴的两端。每个辐条主轮31上设置有沿周向布置的多条辐条伸缩杆32，例如参照图1和图2，其中，四条辐条伸缩杆32沿辐条主轮31轴向均布，需要说明的是本实施例并不限制辐条伸缩杆32的实际数量，可根据需求调整。辐条轮组件30还包括辐条轮驱动机构33，固定在机架20的第一端21。辐条轮驱动机构13例如包括辐条轮驱动电机和转轴，转轴沿第二方向的一端连接辐条轮驱动电机的输出端，另一端连接辐条主轮31，由辐条轮驱动电机电连接控制系统80，以响应控制系统80输出的平地行驶指令或者爬楼指令驱动辐条主轮31转动。其中平地行驶指令例如包括前进指令和后退指令，爬楼指令例如包括上楼指令和下楼指令。

[0040] 辐条轮组件30还包括伸缩杆驱动机构34，伸缩杆驱动机构34固定在辐条主轮31上且电连接控制系统80，以驱动辐条伸缩杆32相对于辐条主轮31往复运动，具体地例如采用齿轮齿条结构，以使辐条伸缩杆32相对于辐条主轮31伸出或者缩进，参照图1中辐条伸缩杆32为缩进的状态，图2中辐条伸缩杆32为伸出的状态。其中，辐条伸缩杆32伸出的长度例如还可根据楼梯的实际规格调整。

[0041] 行星轮组件40中包括沿第二方向轴向设置的两个行星主轮部件41，每个行星主轮部件41上设置轮架46以及沿轮架46沿周向布置的多个行星小轮42，每个行星小轮42通过小轮固定架45连接轮架46并能相对于小轮固定架45转动。例如参照图1至图3，每个轮架46上沿其周向均匀设置三个行星小轮42，但本实施例并不限制其实际数量，可根据需求调整。行星轮组件40还包括行星轮驱动机构43，例如包括双输出轴电机和转轴，固定在机架20的第二端22且电连接控制系统80，以响应控制系统80输出的爬楼指令驱动行星主轮部件41中的轮架46转动。其中，平地行驶状态下，行星主轮部件41中轮架46不转动，由两个与地面接触的行星小轮42相对于小轮固定架45的转动以配合于辐条主轮31的转动实现该爬楼轮椅的前进和后退以及转向功能。

[0042] 在本发明的一个实施例中，控制系统80具体地例如包括操作面板81，核心控制器82以及多个电机驱动器83。参照图4为本发明一个实施例中控制系统80的结构示意图，其中操作面板81例如可以固定在爬楼轮椅扶手上，也可以采用无线遥控器，核心控制器82具体地例如为TMS320F28335芯片，连接操作面板81，多个电机驱动器83分别连接核心控制器82且分别连接辐条轮驱动机构33、伸缩杆驱动机构34以及行星轮驱动机构43。

[0043] 使用爬楼轮椅时，用户例如通过操作面板81上的按键操作，核心控制器82通过接收和处理操作面板81的遥控信号来判断操作者的指令，按照对应的指令给相应的电机驱动器83发出控制信号，控制相应的电机完成相应的动作。例如，按下开机键以通电启动爬楼轮椅，在平地行驶时，按下前进或后退按键，核心控制器82输出缩进指令至伸缩杆驱动机构34对应的电机驱动器83，以驱动辐条伸缩杆32缩回，使辐条主轮31支撑机架20，同时核心控制器82还输出平地行驶指令至辐条轮驱动机构33对应的电机驱动器83，以驱动辐条主轮31转动并配合于行星小轮42的自转而实现爬楼轮椅的前进和后退行驶以及转向。

[0044] 在上下楼梯时，按下上楼或下楼按键，核心控制器82输出输伸缩指令至伸缩杆驱动机构34对应的电机驱动器83，驱动辐条伸缩杆32伸出以接触地面。并输出爬楼指令至辐条轮驱动机构33和行星轮驱动机构43对应的电机驱动器83，驱动辐条主轮31和行星主轮部件41转动以实现爬楼轮椅的上下楼功能。通过设置电机驱动器83，可将核心控制器82输出的电脉冲信号转换为角位移，以驱动对应的电机按设定的方向以固定角度一步一步运行，从而使得爬楼轮椅能稳定逐级爬楼。

[0045] 其中，辐条主轮31和行星主轮部件41的控制原理例如采用脉冲宽度调制(PWM)方法，利用固定频率的方波信号控制电机驱动器83，同调节占空比大小实现电机输出功率的调节，其中两个行星主轮部件41和辐条主轮31的左轮和右轮的电机使用三路独立的PWM控制，可实现单台电机的独立旋转，例如需要左转时则仅驱动辐条主轮31的右轮转动，需要右转时则仅驱动辐条主轮31的左轮转动，并配合行星小轮42的自转以实现无死角转弯的功能，能适应狭窄的楼梯平台，增强了环境适应能力。其中，辐条主轮31和行星主轮部件41的电机均能自锁，以保证爬楼轮椅的安全稳定。

[0046] 在本发明的一个实施例中，每条辐条伸缩杆32包括一个支撑端321，参照图2为爬楼轮椅爬楼状态下的结构示意图，其中辐条伸缩杆32伸出辐条主轮31，由其中一个或多个辐条伸缩杆32的支撑端321接触地面，支撑端321设置有弧形部，使辐条伸缩杆32与地面的接触面积增大且过渡平缓，实现稳定安全的作用，进一步的弧形部上还设有防滑结构，例如在弧形部与地面接触的一面设置齿纹以增大支撑端321与地面的摩擦，或者还例如在弧形部上增加橡胶套等防滑套，使得爬楼轮椅更加稳定安全。当然，在本发明的其它实施例中，当不设置弧形部或者将支撑端321设置成其它结构时，也可直接在支撑端321上直接设置防滑结构。此处防滑结构可例如为橡胶防滑套、防滑齿等可起导防滑作用的结构即可，本发明不以此为限。

[0047] 在本发明的一个实施例中，行星轮组件40还包括变径组件44，变径组件44设置在行星主轮部件41上，连接小轮固定架45且电连接控制系统80，以响应于控制系统80输出的变径指令驱动多个行星小轮42相对于轮架46往复运动。变径指令例如包括放大直径指令和缩小直径指令，例如，在爬楼轮椅的实际应用中，不同场地的楼梯规格不尽相同，当楼梯的高度较大时，例如由用户操作遥控按键，以使控制系统80输出放大直径指令，使行星小轮42沿轮架46伸出，以适应楼梯的高度。或者当楼梯的高度较小时，则控制系统80输出缩小直径指令，使行星小轮42沿行星主轮部件41缩回。需要说明的是本实施例并不限制变径指令的具体形式，例如还可以根据不同场所的楼梯常规规格分类设置变径大小，例如室内公共楼梯的踏步高度一般为160mm～170mm，而家装楼梯的踏步一般设计在180mm～200mm之间，公园等公共建筑室外楼梯的踏步高度不宜大于150mm，因此例如将变径指令设置为中、高、低三个档位，当然也可以设置更多档位。如此，本实施例提供的爬楼轮椅可轻松适用于不同场景不同规格的楼梯。

[0048] 进一步的，参照图1和图3，变径组件44具体地例如包括多个弹性件441，多个拉绳442和变径电机443。其中多个弹性件441例如为弹簧等，固定在行星主轮部件41内，每个弹性件441对应一个小轮固定架45，且其一端与小轮固定架45连接，另一端抵接行星主轮部件
41。多个拉绳442例如为弹性钢丝绳，每个拉绳442连接一个小轮固定架45。变径电机443固定在行星主轮部件41上，且电连接控制模块，其输出端连接多个拉绳442远离小轮固定架45的一端，以响应变径指令驱动拉绳442运动并带动小轮固定架45运动。参照图3，拉绳442例如穿过弹簧连接小轮固定架45，另一端固定在变径电机443的输出轴上，参照图3的连接方式，当变径电机443的输出轴逆时针转动则缠绕拉绳442使之缩短而将小轮固定架45拉近，弹性件441被压缩，实现缩小直径的效果。相反，当变径电机443的输出轴顺时针转动则释放拉绳442，弹性件441恢复而将小轮固定架45推出，实现放大直径的效果。通过本实施例的变径组件44，可通过控制拉绳442缠绕或释放的长度实现对行星轮组件40直径的无级调节。

[0049] 在本发明的一个实施例中，爬楼轮椅还包括座椅升降装置50，座椅升降装置50包括：座椅支撑柱51，推杆支架52和升降推杆组件53。其中，座椅支撑柱51固定在机架20上，推杆支架52可滑动式的连接于座椅支撑柱51上，其远离座椅支撑柱51的一端连接座椅10。升降推杆组件53的一端固定在机架20上，相对的另一端连接推杆支架52。升降推杆组件53还电连接控制系统80，响应控制系统80输出的升降指令启动。当用户需要离开爬楼轮椅时，例如可通过按下操作面板81的升起按键，以使升降推杆组件53升起，并带动座椅10升起，以将用户推起站立。或者，用户由站立状态坐回轮椅时，按下下降按键，驱动升降推杆组件53收回，座椅10随推杆支架52下降而下降。其中，升降推杆组件53具体地例如为电动推杆，对称设置在座椅10的左右两边，其控制方式例如为两个电动推杆共用一路PWM信号控制，实现同步升降运动。

[0050] 在本发明的一个实施例中，爬楼轮椅还设置有座椅平衡组件60，包括铰接件61，铰接件61铰接座椅10和推杆支架52，使得座椅10受重力作用而保持与地面的角度始终不变，改善了普通爬楼轮椅在上下楼过程中座椅10倾斜的现象，提高用户使用的安全感。

[0051] 进一步的，座椅平衡组件60还包括减震组件62，减震组件62例如可为气弹簧或者螺旋弹簧等用于弹性连接座椅10和机架20。在实际应用过程中，座椅10在铰接件61的作用下实现角度的实时变化，但由于爬楼过程中动作起伏较大，座椅10的晃动较为强烈，在减震组件62的弹性缓冲作用下，可减少座椅10的晃动，使爬楼过程更加平稳安全。

[0052] 进一步的，座椅平衡组件60还包括电连接控制系统80的角度检测仪63和平衡驱动电机。减震组件62例如包括减震推杆，连接平衡驱动电机，角度检测仪63例如为电子水平仪，固定在座椅10的底部且连接控制系统80，角度检测仪63用于检测座椅10的倾斜角度以输出角度控制信号至控制系统80，由控制系统80响应接收到的角度控制信号至平衡驱动电机运动，以使倾斜角度维持在预设范围内。例如，在实际使用过程中，需保持座椅10略微上仰，例如，预设倾斜角度为0°～2°时，当角度电测仪63检测到倾斜角度小于0°时则输出负角度信号至控制系统80，由控制系统80响应负角度信号控制平衡驱动电机驱动减震组件62伸长推动座椅10以增大倾斜角度。当检测到倾斜角度大于2°时则输出正角度信号至控制系统80，由控制系统80响应正角度信号控制平衡驱动电机驱动减震组件62缩紧拉回座椅10以减小倾斜角度，当检测到倾斜角度处于0°～2°之间时则输出平衡信号至控制系统80，由控制系统80响应该平衡信号控制平衡驱动电机停止，保持当前倾斜角度不变。其中减震组件62具体地例如为电动气弹簧，可在实现电动伸缩功能的同时减缓因座椅10晃动的冲击，达到更加稳定安全的效果。当然，本实施例并不限制预设倾斜角度的范围，应根据实际使用需求设置。

[0053] 再例如，结合前述实施例中的座椅升降装置50，用户可通过遥控实时调整预设的倾斜角度值，在需要离开座椅10时例如将预设值设置为‑10°，并控制座椅升降装置50使座椅10远离机架20升起，从而使座椅10向下倾斜，辅助用户起立离开座椅10，操作方便且安全省力。

[0054] 需要说明的是，上述举例的角度值中，0°理解为座椅10保持垂直于地面的状态，小于0°理解为座椅10朝下倾斜状态，大于0°理解为座椅10朝上倾斜的状态，均用于表征座椅10的倾斜状态，并不限制角度检测仪63的实际读数。例如，角度检测仪63为水平仪时，水平安装在座椅10底部时检测角度为0°，实际度数也为0°；竖直安装时，检测角度为0°，实际读数为90°或270°。

[0055] 下面，对本发明公开的一种爬楼轮椅的一种具体实施方式的工作原理及流程进行简要说明：

[0056] 首先，按下操作面板81上的开机键开机以使爬楼轮椅通电工作，若需上下楼，则通过按键选择以控制辐条伸缩杆32伸出，并驱动辐条主轮31和行星主轮部件41转动，以上下楼梯，上下楼梯的过程中，通过座椅平衡组件60保持座椅10的倾斜角度始终处于预设范围。若需要平地前进/后退行驶，则通过按键选择以控制辐条伸缩杆32缩回，并单独驱动辐条主轮31转动，当以相同速度驱动辐条主轮31的左右轮时，爬楼轮椅为直线行驶，当需要左转时，则单独驱动右轮旋转，需要右转时则单独驱动左轮旋转。当用户使用完毕需要离开轮椅时，可选择控制座椅升降装置50以使座椅10升起一定高度，并抬起一定角度，以辅助用户起立，起立后控制座椅10复位，关机断电或保持待机状态，待下次使用。

[0057] 本发明以上实施例公开的爬楼轮椅，具有如下有益效果：

[0058] (1)通过设计辐条轮组件，行星轮组件配合运作，实现快速切换爬楼和平地行驶两种模式。

[0059] (2)行星轮组件采用伸缩变径结构，可适应不同规格的楼梯。

[0060] (3)设计座椅升降装置，具有辅助起立功能，使用方便。

[0061] (4)设计座椅平衡组件，稳定座椅的倾斜角度，安全可靠。

[0062] (5)防滑设计，安全稳定。

[0063] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细说明，本领域普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。