一种杠杆驱动变速轮椅及其工作方法 【技术领域】。 : [0002]残疾人是社会广泛关注的群体，轮椅则是助残器械中的重要分支，由于轮椅与残疾人的关系相当密切，因此设计一种结构简单，成本低廉，效率高且省力，方便调节的轮椅，对残疾人提高自理能力具有非常重要的意义。 [0003]轮椅的种类很多，但主要分为两大类:普通轮椅和特殊轮椅。普通轮椅一般由车架，座椅，车轮，刹车装置以及扶手等部分组成；具有结构简单，成本低廉的特点。但普通轮椅有功能单一，使用费力，舒适度和可调节性能较差，且体积较大，不能适应复杂地形和大坡度地形等缺点。特殊轮椅则是根据功能和使用目的在普通轮椅上派生出来的一类轮椅，常见的有固定式轮椅、折叠式轮椅、站立式轮椅、躺式轮椅和电动轮椅等。目前市场上的特殊轮椅中，可以自行驱动的有两种，一种是电动轮椅，通过电机来提供动力，从而实现变速和爬坡功能，但电动轮椅由于附加了电动机和电源以及控制装置，所以体积较大，重量较大且不易携带，成本很高，远远超出了大部分残疾人的经济承受水平；另一种是通过手动来驱动轮椅，但手动驱动的效率很低，变速效果和连续驱动能力差，不能适合复杂地形和大坡度地形的使用条件。 [0004]中国专利CN201375626提出了一种无间断手动轮椅驱动机构，其工作原理是驱动手柄和短驱动手柄通过连杆关系来实现无间歇传动，此装置虽然可以实现无间歇传动，并且可以实现变速功能，但由于其结构复杂，传动过程中能量损失较大，所以效率不高，同时，该驱动装置未能实现间歇驱动和无间歇驱动的随意切换。
[0005]中国专利CN201333139提出了一种手摇轮椅结构，采用的是两个手动摇动的轮通过链条带动两个飞轮实现运动，主要目的为通过两个手轮实现手轮与车轮的分离，此装置虽然也是通过链轮和棘爪式飞轮通过链条连接实现传动，但因其采用手摇轮的方式，提供的力矩较小。
[0006]中国专利CN202960975U提出了一种可变速轮椅，通过驱动手柄和不同传动比的齿轮组传动方式来实现变速，其驱动方式主要是摇动手轮。与本发明相比，对比材料中变速原理复杂，且无法实现连续传动。
[0007]综上，现有技术的轮椅驱动方式较为单一，传动结构较为复杂，能量损失大，使用者使用时较为费力，且传动效率不高，不能很好的帮助使用者适应复杂的地形条件、提高自理能力。



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[0008]针对现有技术的不足，本发明提供一种杠杆驱动变速轮椅及其工作方法。该轮椅要解决的技术问题是提供一种自助、省力、间歇传动和连续传动可调且速度可调的新型轮椅，使其满足残疾人对自助、省力、适合复杂地形和大坡度条件、调节速度的需求。
[0009]本发明还公开一种上述轮椅的工作方法，该工作方法用以实现轮椅的间歇和连续驱动。
[0010]本发明的技术方案如下:
[0011 ] 一种杠杆驱动变速轮椅，包括车体部分，驱动部分和传动部分；
[0012]其中，所述车体部分包括车轮、车轮轴、车架和座椅；
[0013]所述驱动部分包括驱动手柄、同轴安装的第一主动链轮和第二主动链轮；
[0014]所述传动部分包括链条、换向机构、第一从动棘轮和第二从动棘轮；所述换向机构包括相互外啮合连接的第一驱动齿轮和第二驱动齿轮，所述第一驱动齿轮与所述第一从动棘轮同轴安装，所述第二驱动齿轮与所述第二从动棘轮同轴驱动所述车轮轴；所述第一从动棘轮和第二从动棘轮的安装方向相反；
[0015]所述第一主动链轮通过链条驱动第一从动棘轮，通过换向机构驱动车轮；所述第二主动链轮通过链条驱动第二从动棘轮；
[0016]其中，所述驱动手柄单独与所述第一主动链轮相连或所述驱动手柄分别与所述第一主动链轮和第二主动链轮相连。
[0017]本发明巧妙的设计在于:
[0018]a.本发明利用杠杆原理来实现车轮的驱动。本发明采用驱动手柄代替了现有技术中的手摇轮，通过驱动手柄的摆动来提供轮椅前进的动力。主动链轮的大小、轮椅的重量等因素使得阻力力矩基本恒定，通过杠杆的长度可以增加提供驱动动力一方的长度，以达到相等的力矩，从而节省使用者的力的大小。
[0019]b.本发明还通过杠杆驱动原理改变速度和力矩。当手部施力位置在靠近手柄顶部时，力臂增大，摆动幅度增大，从而输出较大的力矩和较慢的速度；当手部施力位置在靠近手柄底部时，力臂减小，摆动幅度减小，摆动频率增加，从而输出较小的力矩和较快的输出速度，从而实现调节力矩和调节速度。
[0020]c.利用驱动手柄实现对第一主动链轮单独驱动或对第一主动链轮和第二主动链轮同时驱动，结合第一从动棘轮和第二从动棘轮，进而实现对车轮轴的连续驱动和间接驱动，能够根据使用者的习惯随意转换驱动方式，实现驱动手柄的单程驱动或往复驱动；其中所述换向机构用于:通过第一驱动齿轮和第二驱动齿轮的换向作用，进而驱动第二从动棘轮与所述第一从动棘轮交替驱动车轮轴连续同向转动。
[0021]本发明采用结构简单的换向机构，其基本原理为:当驱动手柄向前摆动时，第二主动链轮与第一主动链轮向前转动，通过链条传动，第二从动棘轮向前转动，从而驱动车轮前进，此时第一从动棘轮相对于第二从动棘轮反向安装，第一从动棘轮处于空回状态；当驱动手柄向后摆动时，第二主动链轮与第一主动链轮向后转动，通过链条传动，此时第二从动棘轮处于空回状态，由于第一从动棘轮相对于第二从动棘轮反向安装，第一从动棘轮仍向后转动，因为换向机构的换向作用，从而带动车轮向前前进。
[0022]根据本发明优选的，所述第一主动链轮还固定同轴设置有调整圈，所述第二主动链轮还固定设置有调整盘，在所述调整盘的外缘设置有第二无间歇驱动调整齿槽，所述调整圈套设在所述的调整盘外缘，在所述调整圈上镂空设置有第一无间歇驱动调整齿槽和间歇驱动调整齿槽，所述的第一无间歇驱动调整齿槽与所述的第二无间歇驱动调整齿槽冲齐设置；所述的驱动手柄插置所述间歇驱动调整齿槽或贯穿插置在第一无间歇驱动调整齿槽和第二无间歇驱动调整齿槽中。此处设计的优点在于，本发明通过在第一主动链轮和第二主动链轮上设置调整圈和调整盘，并通过在上述调整部件上设置驱动调整齿槽，实现利用驱动手柄单程驱动第一主动链轮或连续回程驱动第一主动链轮和第二主动链轮，结合第一从动棘轮和第二从动棘轮，实现对车轮轴的连续驱动。
[0023]根据本发明优选的，所述轮椅包括两个独立的车轮轴:第一车轮轴和第二车轮轴，所述第一车轮轴用于驱动右车轮，所述第二车轮轴用于驱动左车轮；所述轮椅还包括两套独立的所述驱动部分和所述传动部分:即第一驱动部分、第一传动部分、第二驱动部分和第二传动部分；所述第一驱动部分和第一传动部分用于传动第一车轮轴进而驱动右车轮，所述第二驱动部分和第二传动部分用于传动第二车轮轴进而驱动左车轮。此处设计的优点在于，所述轮椅的两个车轮分别进行驱动，利于实现对轮椅的差速调节，实现转弯。
[0024]根据本发明优选的，所述轮椅还包括减震机构，所述减震机构为所述座椅与所述车架之间的弹簧。此处采用减震机构，能有效减轻轮椅在运动过程中，因路面路况带来的颠簸，使使用者在使用过程中有更为舒服的体验。
[0025]根据本发明优选的，所述轮椅还包括踏板，所述踏板与所述车架前端相连。此处设计的优点在于，使用者可将脚放置于踏板上以维持有益姿势，有助身体恢复和顺利出行。
[0026]根据本发明优选的，所述轮椅还包括一个万向轮，所述万向轮通过万向轮固定块与所述车架的前端相连。此处设计的优点在于，用以维持轮椅的稳定和平衡，使驱动更加安全。
[0027]一种利用上述轮椅进行变速驱动的工作方法，包括步骤如下:
[0028]1)所述驱动手柄分别与所述第一主动链轮和第二主动链轮相连；
[0029]2)向前摆动驱动手柄时，第二主动链轮与第一主动链轮同时向前转动；第二主动链轮通过链条带动第二从动棘轮向前转动，第一主动链轮通过链条连接第一从动棘轮，由于第一从动棘轮相对于第二从动棘轮反向安装，第一从动棘轮处于空回状态，第二从动棘轮带动车轮向前转动；
[0030]3)向后摆动驱动手柄时，第一主动链轮与第二主动链轮同时向后转动；第二主动链轮通过链条带动第二从动棘轮向后转动，第二从动棘轮处于空回状态，第一主动链轮与第一从动棘轮通过链条连接，由于第一从动棘轮相对于第二从动棘轮反向安装，第一从动棘轮向后转动，经过换向机构的换向作用，驱动车轮向前转动。
[0031]根据本发明优选的，所述步骤1)中，所述驱动手柄分别与所述第一主动链轮和第二主动链轮相连具体为:所述的驱动手柄贯穿插置在第一无间歇驱动调整齿槽和第二无间歇驱动调整齿槽中，实现对第一主动链轮和第二主动链轮的同时驱动。
[0032]一种利用上述轮椅进行变速驱动轮椅前行的工作方法，包括步骤如下:
[0033]1)所述驱动手柄单独与所述第一主动链轮相连；
[0034]2)向后摆动驱动手柄，第一主动链轮向后转动，第二主动链轮不工作，第一主动链轮通过链条带动第一从动棘轮向后转动，从而第一从动棘轮带动第一驱动齿轮啮合第二驱动齿轮向前转动，进而驱动车轮向前转动；
[0035]3)向前摆动驱动手柄，第一主动链轮向前转动，第二主动链轮不工作，第一主动链轮通过链条带动第一从动棘轮向前转动，第一从动棘轮处于空回状态，此时第一从动棘轮不驱动车轮前进，实现轮椅的间歇性驱动。
[0036]根据本发明优选的，所述步骤1)中，所述驱动手柄单独与所述第一主动链轮相连具体为:所述的驱动手柄插置所述间歇驱动调整齿槽中，实现对第一主动链轮的单独驱动。
[0037]本发明的有益效果是:
[0038]1、本发明采用杠杆式驱动手柄来调节速度和力矩，从而可以根据地形条件，在地形差的地方使用大力矩小速度，在平坦路面上采用小力矩大速度，从而适应更加复杂的地形条件。
[0039]2、本发明采用换向机构，使驱动手柄连续摆动时，均能驱动车轮向前转动，且该换向机构结构简单，传动过程能量损失较小，传动效率高，使用者更加省力。
[0040]3、本发明所述的驱动部分的巧妙设计，可以实现间歇传动和无间歇传动的互换，在路面条件较好时，可以采用无间歇传动，从而获得更大的速度和更高的效率；在路面条件较差时，则采用间歇传动，通过空回行程调节双手的位置，从而使轮椅调节更加灵活。通过间歇传动和无间歇传动的互换，使轮椅可以适合更加复杂的地形环境，具有更加灵活的可调节性。
[0041]4、本发明优选减震机构，能有效减轻轮椅在运动过程中，因路面路况带来的颠簸，使使用者在使用过程中有更为舒服的体验。
[0042]5、本发明优选踏板，使用者可将脚放置于踏板上以维持有益姿势，适用于不同情况的残疾人，且有助身体恢复和顺利出行。
[0043]6、本发明优选一个万向轮，在节约成本的同时，还可以维持轮椅的稳定和平衡，使驱动更加安全。




[0044]图1、本发明所述轮椅的整体结构示意图，其中包括两个独立的车轮轴、驱动部分和传动部分；
[0045]图2、是图1的侧视图；
[0046]图3、是本发明所述驱动部分和传动部分的结构不意图；
[0047]图4、是本发明所述驱动手柄单独驱动第一主动链轮的剖视图；
[0048]图5、是本发明所述驱动手柄同时驱动第一主动链轮和第二主动链轮的剖视图；
[0049]图6、是本发明所述第一主动链轮和第二主动链轮的结构示意图；
[0050]图7、是本发明所述第一主动链轮和第二主动链轮的分散结构示意图；
[0051]在图1 - 7中:1、驱动手柄，1 - 1、第一驱动部分；1 - 2、第二驱动部分；1 - 3、第一传动部分；1 - 4、第二传动部分；2、第一主动链轮，3、第二主动链轮，4、第一从动棘轮，5、调整圈，5 - 1、第一无间歇驱动调整齿槽，5 - 2、间歇驱动调整齿槽；6、车轮轴，6 - 1、第一车轮轴；6 -2、第二车轮轴；7、固定轴，8、第二从动棘轮，9、固定轴，10、调整盘，10 -1、第二无间歇驱动调整齿槽；11、链条，12、链条，13、轴承，14、第一驱动齿轮，15、第二驱动齿轮，16、座椅，17、车轮，18、减震机构，19、车架，20、踏板，21、万向轮固定块，22、万向轮。


[0052]下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但不限于此。
[0053]实施例1、
[0054]一种杠杆驱动变速轮椅，包括车体部分，驱动部分和传动部分；
[0055]其中，所述车体部分包括车轮17、车轮轴6、车架19和座椅16 ；
[0056]所述驱动部分包括驱动手柄1、同轴安装的第一主动链轮2和第二主动链轮3 ;
[0057]所述传动部分包括链条11、链条12、换向机构、第一从动棘轮4和第二从动棘轮8 ；所述换向机构包括相互外啮合连接的第一驱动齿轮14和第二驱动齿轮15，所述第一驱动齿轮14与所述第一从动棘轮4同轴安装，所述第二驱动齿轮15与所述第二从动棘轮8同轴驱动所述车轮轴6 ;所述第一从动棘轮4和第二从动棘轮8的安装方向相反；
[0058]所述第一主动链轮2通过链条11驱动第一从动棘轮4，通过换向机构驱动车轮17 ;所述第二主动链轮3通过链条12驱动第二从动棘轮8 ；
[0059]其中，所述驱动手柄1单独与所述第一主动链轮2相连或所述驱动手柄1分别与所述第一主动链轮2和第二主动链轮3相连。
[0060]实施例2、
[0061]如实施例1所述的一种杠杆驱动变速轮椅，其区别在于，所述第一主动链轮2还固定同轴设置有调整圈5，所述第二主动链轮3还固定设置有调整盘10，在所述调整盘10的外缘设置有第二无间歇驱动调整齿槽10 -1，所述调整圈5套设在所述的调整盘10外缘，在所述调整圈5上镂空设置有第一无间歇驱动调整齿槽5 - 1和间歇驱动调整齿槽5 - 2，所述的第一无间歇驱动调整齿槽5 -1与所述的第二无间歇驱动调整齿槽10 -1冲齐设置；所述的驱动手柄1插置所述间歇驱动调整齿槽5 - 2或贯穿插置在第一无间歇驱动调整齿槽5 - 1和第二无间歇驱动调整齿槽10 - 1中。
[0062]实施例3、
[0063]如实施例1、2所述的一种杠杆驱动变速轮椅，其区别在于，所述轮椅包括两个独立的车轮轴:第一车轮轴6 - 1和第二车轮轴6 - 2，所述第一车轮轴6 - 1用于驱动右车轮，所述第二车轮轴6 - 2用于驱动左车轮；所述轮椅还包括两套独立的所述驱动部分和所述传动部分:即第一驱动部分1 - 1、第一传动部分1 - 3、第二驱动部分1 - 2和第二传动部分1 - 4 ;所述第一驱动部分1 - 1和第一传动部分1 - 3用于传动第一车轮轴6 - 1进而驱动右车轮，所述第二驱动部分1 - 2和第二传动部分1 - 4用于传动第二车轮轴6 - 2进而驱动左车轮。
[0064]实施例4、
[0065]如实施例1所述的一种杠杆驱动变速轮椅，其区别在于，所述轮椅还包括减震机构18，所述减震机构18为所述座椅16与所述车架19之间的弹簧。
[0066]实施例5、
[0067]如实施例1所述的一种杠杆驱动变速轮椅，其区别在于，所述轮椅还包括踏板20，所述踏板20与所述车架19前端相连。
[0068]实施例6、
[0069]如实施例1所述的一种杠杆驱动变速轮椅，其区别在于，所述轮椅还包括一个万向轮22，所述万向轮22通过万向轮固定块21与所述车架19的前端相连。
[0070]实施例7、
[0071]一种利用如实施例1 _6所述轮椅进行杠杆驱动轮椅前行的工作方法，包括步骤如下:
[0072]1)所述驱动手柄1分别与所述第一主动链轮2和第二主动链轮3相连，具体为:所述的驱动手柄1贯穿插置在第一无间歇驱动调整齿槽5 - 1和第二无间歇驱动调整齿槽10 - 1中，实现对第一主动链轮2和第二主动链轮3的同时驱动；
[0073]2)向前摆动驱动手柄1时，第二主动链轮3与第一主动链轮2同时向前转动；第二主动链轮3通过链条12带动第二从动棘轮8向前转动，第一主动链轮2通过链条11连接第一从动棘轮4，由于第一从动棘轮4相对于第二从动棘轮8反向安装，第一从动棘轮4处于空回状态，第二从动棘轮8带动车轮17向前转动；
[0074]3)向后摆动驱动手柄1时，第一主动链轮2与第二主动链轮3同时向后转动；第二主动链轮3通过链条12带动第二从动棘轮8向后转动，第二从动棘轮8处于空回状态，第一主动链轮2与第一从动棘轮4通过链条11连接，由于第一从动棘轮4相对于第二从动棘轮8反向安装，第一从动棘轮4向后转动，经过换向机构的换向作用，驱动车轮17向前转动。
[0075]实施例8、
[0076]一种利用如实施例1 _6所述轮椅进行杠杆驱动轮椅前行的工作方法，包括步骤如下:
[0077]1)所述驱动手柄1单独与所述第一主动链轮2相连，具体为:所述的驱动手柄1插置所述间歇驱动调整齿槽5 - 2中，实现对第一主动链轮2的单独驱动；
[0078]2)向后摆动驱动手柄1，第一主动链轮2向后转动，第二主动链轮3不工作，第一主动链轮2通过链条11带动第一从动棘轮4向后转动，从而第一从动棘轮4带动第一驱动齿轮14啮合第二驱动齿轮15向前转动，进而驱动车轮17向前转动；
[0079]3)向前摆动驱动手柄1，第一主动链轮2向前转动，第二主动链轮3不工作，第一主动链轮2通过链条11带动第一从动棘轮4向前转动，第一从动棘轮4处于空回状态，此时第一从动棘轮4不驱动车轮17前进，实现轮椅的间歇性驱动。