一種具有爬樓功能的車輛的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有爬樓功能的車輛，包括車架、有動力驅(qū)動的動力輪，其至少包括一個動力輪，所述動力輪包括輪架、安裝在輪架上的主輪，主輪在動力裝置的驅(qū)動下能夠受控地轉(zhuǎn)動和制動，還包括輔輪、輔輪架、離合裝置，輔輪安裝在所述輔輪架的前端，輔輪架的后端與離合裝置的一端固定連接，離合裝置的另一端與主輪固定連接，所述離合裝置可以受控地鎖合和釋放，使其兩端相互固定或相互獨立轉(zhuǎn)動。在不影響車輛平路行駛、基本不增加額外動力、不增加過多重量體積的前提下，所述車輛能夠方便地上下樓梯。
【專利說明】一種具有爬樓功能的車輛

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請涉及一種動力車輛，尤其是一種具有爬樓功能的車輛。

【背景技術(shù)】
[0002]生活中常常需要運送貨物或病殘人員上下樓梯，但目前并沒有一種理想的車輛能夠幫助人們做到輕松地運送人員和物品上下樓梯。較為常見的是履帶式爬樓裝置。其特點是在上下臺階時，車子的重心總是沿著與臺階拐角連線相平行的直線運動，其重心波動小，運行平穩(wěn)，但履帶結(jié)構(gòu)復(fù)雜，增大了車重，更要求其長度要跨越兩個階梯，使車子變得笨重(參見圖1)。而且車輛正常行駛和轉(zhuǎn)換為履帶的過程復(fù)雜，一般需用液壓裝置轉(zhuǎn)換承載系統(tǒng)，時間長。另外由于重力完全作用于樓梯尖角，對樓梯損害較大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有爬樓車輛的不足，實現(xiàn)穩(wěn)定、安全、方便地上下樓梯，本發(fā)明的目的在于提供一種具有爬樓功能的車輛，該車輛正常行駛時與普通車輛相同，且與普通車輛相比基本不增加額外動力、基本不增加重量和體積，且從平路行駛到上下樓行駛不需要特殊轉(zhuǎn)換過程。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種具有爬樓功能的車輛，包括車架、有動力驅(qū)動的動力輪，并且至少包括一個動力輪，所述動力輪包括輪架1、安裝在輪架上的主輪2，主輪2在主輪動力裝置的驅(qū)動下能夠受控地轉(zhuǎn)動和制動，所述動力輪還包括輔輪3、輔輪架、離合裝置5，輔輪3安裝在所述輔輪架的前端，輔輪架的后端與離合裝置5的一端連接，離合裝置5的另一端與主輪2固定連接，所述離合裝置5的兩端可以受控地鎖合和分離，使與其兩端想連的部件相互固定或相互獨立轉(zhuǎn)動。離合裝置5動態(tài)地連接輔輪架和主輪2，用于可控地改變輔輪3與主輪2間的運動制約關(guān)系，當(dāng)離合裝置5鎖合時，輔輪架等效地固定連接于主輪2，使輔輪3等效地成為主輪2的一個突出部分，當(dāng)離合裝置分離時，輔輪架的運動不受主輪2轉(zhuǎn)動的影響。
[0005]所述離合裝置5的目的是，當(dāng)其鎖合時，輔輪軸與主輪2間至少在主輪2的切向位置被固定，從而輔輪3等效地成為主輪2的的一個突出部分，特別是徑向突出部分，從而在上下臺階時可以成為有效的支點；當(dāng)其分離時，主輪2的轉(zhuǎn)動與輔輪3的運動互不影響，從而可以根據(jù)需要移動輔輪3的位置。當(dāng)輔輪軸與主輪在主輪的切向相對固定，且輔輪支撐于臺階上平面時，就可以避免主輪與臺階間的滑動空轉(zhuǎn)，輪架I及車體的上下臺階的動力和速度就取決于主輪2轉(zhuǎn)動的動力和速度，從而得到有效的控制。
[0006]所述離合裝置可以采取多種不同的結(jié)構(gòu)方式，例如采用電磁離合器、摩擦鎖定結(jié)構(gòu)、盤式剎車結(jié)構(gòu)、鎖銷結(jié)構(gòu)等。
[0007]在車輛正常平路行駛時，本發(fā)明的具有爬樓功能的車輛中的動力輪的離合裝置5處于分離狀態(tài)，主輪2與輔輪互不影響，車輛與普通車輛無異。
[0008]上臺階的過程是這樣的:當(dāng)主輪接近或碰觸臺階邊緣時，移動輔輪到與臺階上平面接觸或接近的位置，鎖定離合裝置，使輔輪等效為主輪的一個突出部分隨主輪的轉(zhuǎn)動而繞主輪公轉(zhuǎn)；圖3-1為這一瞬間狀態(tài)的示意圖，圖中大圓表示主輪，大圓外側(cè)的小圓表示輔輪，實心圓表示輔輪與主輪間的鎖定關(guān)系。圖3-2表示了隨著主輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動，輔輪成為支點，支撐主輪和輪架整體上移，同時利用向前的外力或輔輪自身的自轉(zhuǎn)動力使輔輪向前滾動，以使主輪與臺階保持接觸.圖3-3顯示了當(dāng)主輪接近與臺階上表面等高時，離合裝置分離，使輔輪架上移恢復(fù)初始位置，此時因為已經(jīng)接近臺階上平面，所以主輪可以利用摩擦力繼續(xù)可靠地向前滾動。重復(fù)上述步驟，即可爬升多級臺階。
[0009]當(dāng)下臺階時，使輔輪常態(tài)地處于主輪前進方向的后方下部接觸或接近地面位置，并驅(qū)動主輪速度受控地轉(zhuǎn)動前進。當(dāng)主輪轉(zhuǎn)過臺階拐角發(fā)生下行滑動時，鎖定離合裝置，盡量保持主輪轉(zhuǎn)速，使輔輪有效地支撐重力負荷，遏制或減緩下滑，從而使所述裝置整體以輔輪為支點速度受控地下移；同時給輔輪提供向后外力或?qū)o輪施加阻尼，可防止輔輪前移滑落；通過對主輪適當(dāng)制動可以防止下落過快。圖4-1表示了在離合裝置鎖定之前主輪滑落瞬間的狀態(tài)。圖4-2表示了在離合裝置鎖定后以輔輪為支點主輪受控地下移的過程。
[0010]當(dāng)主輪接觸下級臺階的上表面時，使離合裝置分離，輔輪架可以獨立活動，輔輪恢復(fù)到上述初始位置。重復(fù)上述步驟可以實現(xiàn)多級臺階的下行。
[0011]本發(fā)明的具有爬樓功能的車輛，由于所述動力輪上的輔輪僅起到在水平臺階面上支撐和滾動的作用，直徑可以遠遠小于主輪。即便輔輪中引入動力，由于所需扭矩和功率很小，因此增加的體積和成本也很小。在正常平路行駛時，僅需保持離合裝置分離，則無異于普通車輛。所述離合器和輔輪架相對于主輪都較小和輕。
[0012]在本發(fā)明基本構(gòu)思的基礎(chǔ)上，作為優(yōu)化，可以通過引入傳感器實時監(jiān)測輔輪的方位，以便取得上下臺階的狀態(tài)信息。
[0013]為了使輔輪在任何情況下都能夠順利上移，輔輪架可以設(shè)計為一個在主輪徑向可彈性伸縮的結(jié)構(gòu)，如彈性伸縮桿或單向向下折疊的結(jié)構(gòu)。特別是當(dāng)主輪已經(jīng)頂住臺階垂直面，則如果輔輪是處于主輪側(cè)面，而輔輪架可以伸縮，則仍然可以將輔輪上移。
[0014]作為進一步改進，輔輪連接有動力裝置使其能夠可控地轉(zhuǎn)動和停轉(zhuǎn)。這樣即便沒有外力作用，在上臺階時主輪懸空期間仍然能夠前移并接觸臺階，在下臺階時可確保輔輪不會前移下滑。
[0015]本發(fā)明的具有爬樓功能的車輛的有益效果是:1.基本不增加額外動力裝置；2.重量和體積基本不變；3.不影響行駛方式；4.爬樓狀態(tài)和正常行駛狀態(tài)之間無需特殊轉(zhuǎn)換；5.可爬越高于車輪半徑的臺階。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的具有爬樓功能的車輛及上下臺階方法做進一步說明。
[0017]圖1:履帶式爬樓裝置。
[0018]圖2-1，2-2，2-3:本發(fā)明裝置的上臺階過程示意圖。
[0019]圖3-1，3_2:本發(fā)明裝置的下臺階過程示意圖。
[0020]圖4:實施例1 一種能夠自主上下樓梯的四輪車輛的動力輪的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖5:實施例1中單向限位折疊輔輪架另一角度的示意圖。
[0022]圖6:實施例1的四輪車輛的兩個后輪結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖中:1_輪架，2-主輪，3-輔輪，41-輔輪架前臂，42-輔輪架后臂，43-輔輪架回拉彈簧，5-離合裝置，6-位置檢測裝置，7-輔輪架支撐彈簧。

【具體實施方式】
[0024]實施例1:一種能夠自主上下樓梯的四輪車輛，其兩個前輪為所述的動力輪，其兩個后輪為復(fù)輪結(jié)構(gòu)。
[0025]圖4為所述動力輪的結(jié)構(gòu)示意圖，主輪2安裝在輪架I上，它主要由輪轂電機構(gòu)成，因而具有內(nèi)置動力，在電機驅(qū)動器的控制下，其可以穩(wěn)定轉(zhuǎn)動，即便在下臺階時，由于電子剎車的作用，其速度仍然可控。輔輪3安裝在輔輪架前臂41的前端,輔輪架后臂42連接離合裝置5，輔輪架前臂41與輔輪架后臂42之間通過軸銷連接，可以在垂直于主輪軸的平面上轉(zhuǎn)動，輔輪架前臂41反時針轉(zhuǎn)動時，在與輔輪架后臂42呈180度之前被剛性地限位，因而輔輪3在任何時候受到(主輪)徑向的壓力都會折疊內(nèi)縮。圖5是所述單向限位折疊輔輪架另一角度的示意圖。輔輪3和輔輪架設(shè)置于動力輪的前方一側(cè)。在自由狀態(tài)下，輔輪3的軸到主輪軸的距離最大，且大于主輪的半徑，從而輔輪3可以落在臺階上平面。位置檢測裝置6是一個旋轉(zhuǎn)電位器，固定在輪架I上，其旋轉(zhuǎn)軸與主輪2同軸，有連桿連接所述旋轉(zhuǎn)電位器的軸和輔輪架，因而當(dāng)輔輪架轉(zhuǎn)動時，可以通過電位器6阻值的變化計算輔輪輪架的角度。本實施例中的離合裝置5是一個電磁離合器，通過電流驅(qū)動可以控制其鎖合和分離。本實施例中，主輪直徑為30cm，輔輪直徑為5cm。輔輪連接有有輔輪電機驅(qū)動其轉(zhuǎn)動。
[0026]本實施例的兩個后輪為簡單的復(fù)輪結(jié)構(gòu)，圖6是其示意圖。圖6中三個小輪既可以繞各自的軸線自轉(zhuǎn)，又可繞公轉(zhuǎn)軸(即經(jīng)過大圓周圓心且垂直于大圓周平面的軸線)公轉(zhuǎn)。在平地上，接觸地面的小輪自轉(zhuǎn)；上下臺階時各小輪一起公轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)爬樓梯的功能。
[0027]本實施例的具有爬樓功能的車輛，每個動力輪在上臺階時，常態(tài)控制電磁離合裝置5處于分離狀態(tài)，通過輔輪架支撐彈簧7使輔輪3處于前方大約離地15cm的高度，其在輔輪架回拉彈簧43的作用下向前探出。輔輪電機驅(qū)動輔輪3向前進方向轉(zhuǎn)動(圖4中的逆時針方向)，由于一般臺階高于15cm，因此首先輔輪3接觸臺階的垂直面，此時輔輪3會自動沿臺階垂直面向上爬升，此過程導(dǎo)致輔輪架被壓縮，輔輪架后臂42上仰。而當(dāng)輔輪3爬到頂部，會沿臺階面前移，此時輔輪架后臂42停止上仰?？刂葡到y(tǒng)可以根據(jù)位置檢測裝置6的反饋檢測到此變化，據(jù)此控制離合裝置5鎖合，輔輪3在主輪的徑向與主輪固定，從而當(dāng)主輪2繼續(xù)轉(zhuǎn)動時，輔輪3成為支點，支撐車體平穩(wěn)上升。由于輔輪3的轉(zhuǎn)動，主輪在上升的同時仍能向前方運動并始終接觸臺階。當(dāng)主輪2上升到接近臺階高度，則沒有輔輪的支撐主輪也可依靠與臺階上表面的摩擦力而向前滾動，此時控制電磁離合器5分離，輔輪3在彈簧7的作用下上移到初始位置，即可準(zhǔn)備進入下一臺階的爬升過程。在此過程中，車輛重心盡量靠近前部,可使兩后輪較輕松地被拖拽上行。
[0028]下樓時，車輛倒車行駛。每個動力輪在下臺階時，常態(tài)控制離合器5處于分離狀態(tài)，當(dāng)主輪滾過臺階拐角后，下落加速，此時需要通過電子剎車穩(wěn)定主輪轉(zhuǎn)速使整車平穩(wěn)下移。隨著主輪前移，必有一個位置使得主輪與臺階的摩擦力不足以支持車重，主輪2開始滑落，此時驅(qū)動離合器5鎖合，從而由輔輪3作為支點，支撐整車重量，避免繼續(xù)下滑，整車隨主輪2的轉(zhuǎn)動而可控地下移。當(dāng)主輪2接觸臺階下層，則離合器5分離，使輔輪3自然復(fù)位，即可重復(fù)上述過程實現(xiàn)多級臺階的下樓過程。實際上也可簡化為，當(dāng)輔輪3隨主輪移動到足夠高的位置，則認(rèn)為主輪已經(jīng)落地。上述主輪滑落的時刻可以通過檢測輔輪架4角度的突變來判定。
[0029]實際運行中，應(yīng)當(dāng)協(xié)調(diào)每個動力輪的動作，以確保上下樓的平穩(wěn)。
[0030]上下樓主輪與臺階的相對位置可以通過主輪驅(qū)動電流、輪架加速度等信號計算推定。
[0031]本實施例可實現(xiàn)自主上下樓梯，且成本較低。若4個車輪都是所述的動力輪，則可以達到更好的效果。
[0032]本發(fā)明的具有爬樓功能的車輛，可以爬升高于其車輪半徑的臺階，這是現(xiàn)有輪椅、汽車等車輛無法做到的。
[0033]實施例2:—種可爬樓的兩輪推車。與實施例1不同的是，由于有人力輔助，在上臺階時，可以通過人力推動使主輪懸空時能盡量前移。因此可以省略輔輪自身的動力。另夕卜，本實施例采用較小的主輪，直徑大約20cm，輔輪架簡化為一個單臂結(jié)構(gòu)。上樓時，輔輪處于約15cm的高度，由于主輪半徑較小，因此輔輪架是上仰的，因此在觸碰臺階垂直面時，輔輪將自然因推擠而上移，達到與實施例1相同的效果。在臺階較為平整時，本實施例是可行的。
[0034]利用本實施例的推車，單人可以輕松地將重物或人員運上樓梯。
[0035]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、改進等，均應(yīng)包括在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種具有爬樓功能的車輛，包括車架、有動力驅(qū)動的動力輪，其特征為，至少包括一個動力輪，所述動力輪包括輪架(I)、安裝在輪架上的主輪(2)，主輪(2)在動力裝置的驅(qū)動下能夠受控地轉(zhuǎn)動和制動，還包括輔輪(3)、輔輪架、離合裝置(5)，輔輪(3)安裝在所述輔輪架(4)的前端，輔輪架的后端與離合裝置(5)的一端固定連接，離合裝置(5)的另一端與主輪(2)固定連接，所述離合裝置可以受控地鎖合和釋放，使其兩端相互固定或相互獨立轉(zhuǎn)動。
2.如權(quán)利要求1所述的具有爬樓功能的車輛，其特征為，所述動力輪還包括輔輪架位置檢測裝置(6)，安裝于輪架上，用于監(jiān)測所述輔輪架(4)的轉(zhuǎn)動角度。
3.如權(quán)利要求1所述的具有爬樓功能的車輛，其特征為，所述動力輪的輔輪(3)連接有電機使其能夠自主轉(zhuǎn)動。
4.如權(quán)利要求1所述的具有爬樓功能的車輛，其特征為，所述動力輪的所述輔輪架(4)是一個沿主輪的徑向可彈性伸縮的伸縮桿結(jié)構(gòu)或單向限位折疊結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求3或4所述的具有爬樓功能的車輛，其特征為，所述動力輪的輪架上安裝有輔輪架支撐彈簧(7)，用以托舉所述輔輪架(4)，使輔輪(3)保持在指定高度并且可以自由上移。
6.如權(quán)利要求1所述的具有爬樓功能的車輛，其特征為，所述動力輪的主輪是由輪轂電機構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求1所述的具有爬樓功能的車輛，其特征為，所述動力輪的離合裝置是一個電磁離合器。
【文檔編號】A61G5/10GK104228915SQ201410541843
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年10月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月11日
【發(fā)明者】鮑煒 申請人:江蘇天繪智能科技有限公司