[发明专利]爬楼车轮

说明书

技术领域

本发明涉及阶梯平滑移动领域，具体地说是一种可以使车辆以平滑曲线上升的爬楼车轮。

背景技术

楼梯是现代多、高层建筑的必要组成部分之一，身体健康的正常人对于上下楼梯毫无阻碍。但是，患有残疾、体弱的老人在楼梯上行进时就会产生许多不便。在人们拖拽带有重物的小车在楼梯上行进时亦会极为不便，其主要因为楼梯是一种重要的楼层间垂直交通手段，落差较大；所以拖拽小车上楼时会产生剧烈颠簸。

现有的适用于爬升楼梯的运输工具大致可以分为两种。一种是具有多个车轮，采用行星轮结构的运输工具，其在爬楼过程中重心变化不够平滑，运动时仍会产生颠簸，并且由于结构原则导致驱动力矩偏大，费时费力。采用履带式结构能够保证爬楼过程中运输工具的重心变化平滑，不会产生大幅度颠簸。但在爬楼过程中不能随意停止，也不能失去驱动力，必须直接达到楼梯平台。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以使车辆以平滑曲线上升的爬楼车轮。

本发明的技术方案是：它包括轮辐和钢圈，其特征是：车轮的轴套上至少带有三根均匀分布在轴套圆形外表面的轮辐，所述轮辐上还带有弧形轨道槽；所述钢圈是由与轮辐数量相同的扇面形骨架所组成的，扇面形骨架的一条直边上固定有与弧形轨道槽相配合的限位块；每个轮辐均固定在与之相配合的扇面形骨架上。

所述轮辐均处于同一平面。

上述弧形轨道槽的槽内两端均安装有定位块。

轮辐的末端与限位块固定在扇面形骨架的同一条直边上。

本发明所述爬楼车轮特指应用在轮椅的车轮上。

本发明所述爬楼车轮特指应用在小形载物车的车轮上。

车轮的钢圈展开时，钢圈的轮廓是至少三个帆形曲线首尾相接组成的图形。所述帆形曲线是一条直线的上端与一条弧线的一端连接组成，其中弧线的另一端与第二个帆形曲线的直线下端连接，如此反复围成钢圈轮廓。

首先建立坐标系：先确定一点作为车轮轮廓中心，以此点为原点建立固定坐标系xoy，x轴平行于楼梯上升方向，以向上为正；y轴垂直于楼梯上升方向，以向上为正。车轮运动过程中，车轮一边绕原点O做顺时针旋转，一边沿xoy坐标系的x轴进行平移。所以车轮与楼梯之间的运动关系可以等效为车轮绕固定原点O做顺时针旋转，而台阶沿斜线E方向向下移动。则车轮坐标系x'oy'与固定坐标系xoy初始位置一致，绕原点O做顺时针旋转。台阶坐标系以点D为原点，水平方向为x轴，垂直方向为y轴。

 

m：台阶长度，即图中边A的长度；

n：台阶高度，即图中边B的长度；

s：台阶步长，                                               ；

γ：上升角，；

P：车轮旋转一周所提升的台阶数目；

t：台阶沿斜线E向下移动的距离；

H、L：台阶顶点D初始位置与xoy坐标系中y轴和x轴之间的距离；

α：车轮坐标系的旋转角，是移动距离t的函数，可以是匀速旋转或加速旋转等任意函数，为简便计算取匀速运动，。

注：本文中的角度如未注明，则均为弧度制。

然后计算轨迹方程：台阶在xoy坐标系中的运功方式为沿x轴负方向移动t，可以得到台阶各边、点在xoy坐标系中的轨迹方程：

点D在xoy坐标系中的运动轨迹表达式：

，

边A在xoy坐标系中的运动轨迹表达式：

，

将上述表达式转换至车轮坐标系x'oy'中，xoy坐标系与x'oy'坐标系之间的夹角，得到如下方程。

点D在x'oy'坐标系中的运动轨迹表达式：

，

边A在x'oy'坐标系中的运动轨迹表达式：

，

在x'oy'坐标系中，台阶的运动轨迹是一边沿斜线E向下移动，一边绕原点O逆时针旋转一个角度α。台阶各边在运动过程中两个相邻边形成一个交点，这些交点形成一条曲线，顶点D的运动轨迹也形成了一条曲线，曲线方程的表达式如下（以下方程均为x'oy'坐标系中）；

第一段曲线：边A在运动过程中，两相邻边形成的交点轨迹方程：

第二段曲线：点D在运动过程中形成的轨迹方程：

其中：，，，，

c：相交的两条直线之间的角度差值，常数，c越小，曲线越理想。

以曲线1和曲线2的交点A为起点，以点B为曲线终点，两点之间的曲线长度等于m；得到的曲线AB即为车轮轮廓形状。点A和点B分别对应、。