專利名稱：老年人智能爬樓機(簡稱爬樓機)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
:本實用新型是為了幫助在無電梯的樓房里住的老年人上下樓梯之用。采用直流串激電動機驅(qū)動，下樓時可用電氣制動或機械制動減速，用可編程控制器控制?？傮w設(shè)計最大限度地考慮了安全，方便。技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)屬于機電與自動化技術(shù)的結(jié)合。
技術(shù)背景:我是一名88歲的退休工程師。由于我看到有很多老同事和老同學(xué)仍然住在沒有電梯的6層以下的宿舍里(盡管北京蓋了許多新的有電梯的大樓)，由于年事已高，上下樓梯愈來愈困難，特別是有些人有腿病或中風(fēng)后遺癥，幾乎無法下樓，只好常年住在樓上，生活質(zhì)量很低。很久以來我就萌生了一個想法，就是能否為這些老人研制一種爬樓機，減輕他們的痛苦，提高他們的生活質(zhì)量。這種爬樓機首先要很安全可靠，成本低，讓一般老人買得起，也要不僅能上樓，也能下樓，還能在平地上緩慢行駛，可以在附近購物等。經(jīng)過思考和方案比較后，我設(shè)計的爬樓機主要受到坦克技術(shù)的啟發(fā)。坦克可以利用鋼履帶爬上45度的高坡，我建議的方案是利用特制的橡膠履帶(經(jīng)過防滑處理)來爬35度以下的樓梯。采用啟動力矩大的串激直流電機驅(qū)動，利用可編程序控制器進行控制。這些都是成熟技術(shù)，但它本身是一種實用新技術(shù)，在我國老人愈來愈多的情況下有使用價值和需要。在我即將寫完這份報告時，我在網(wǎng)上查了一下有無類似產(chǎn)品？發(fā)現(xiàn)市場上已經(jīng)有幾種進口的爬樓機，這些爬樓機大同小異。它們的共同缺點是一，不安全。老人坐在爬樓機上不能自己操作，必須有家屬或雇工在背后操作，如果誤操作或出現(xiàn)意外，老人無法自救。二，不方便。如果下樓，老人面向前方；如果上樓，老人和操作人員都背朝樓梯上樓，這也容易造成事故。3，太貴。加拿大生產(chǎn)的爬樓機要33，000元(有一種國產(chǎn)仿制的也要22，800兀)，日本產(chǎn)的要 55，000 兀，(見 www.lkly.com.cn/plc01.htm 和 /plc04.htm)最貴的一種是法國產(chǎn)，要賣280，000元，不是一般退休人員所負擔(dān)得起。本報告所提出的方案沒有這些缺點，還有一些優(yōu)點將在后面詳述。估計成本大約在5000元以下,如能大量生產(chǎn),成本還可以降低。此外，我國的“空巢”家庭愈來愈多，有時只有一個老人獨居，所以爬樓機要能便于自己操作，這在我國是一個現(xiàn)實問題。
發(fā)明內(nèi)容本方案要解決的主要技術(shù)問題如下:1.要把人和爬樓機安全可靠地送上6層以上的樓房。2.要既能上樓又能下樓，而且行駛時老人總是面向前方。3.爬樓機可以轉(zhuǎn)彎。4.老人可以自行操作。如老人不能操作時也可以由別人操作。5.也可以在平地行駛(約5公里以內(nèi))。6.在緊急情況下可以自動或手動(例如電池斷電，或履帶斷裂等情況)剎車。解決這些技術(shù)問題的方法將在下面詳述。[0012]I。驅(qū)動系統(tǒng)。前已指出，本方案主要是受到坦克技術(shù)的啟發(fā)。只是驅(qū)動的鋼輪換上了類似自行車的車輪(直徑約22cm)，鋼履帶換上了特制的橡膠履帶，橡膠履帶應(yīng)當(dāng)是防滑的，如圖1。履帶由6個類似自行車的充氣車輪帶動。其中最后一個車輪有動力，其余車輪只是支撐履帶在樓梯上平穩(wěn)前進。最前一個小車輪是為了爬樓機從平地開始爬樓時比較容易，此外也為了保持履帶的張力。2。動力與控制。本方案采用串激直流電動機驅(qū)動。采用串激直流電電動機的理由是啟動力矩大，上樓時可以作為電動機正向運行，下樓時可以反接勵磁繞組后反向行駛。如果速度超過一定限度(例如超過6米/秒時)，可用機械制動或直流電動機能耗減速。了防止在意外情況下電動機飛車(失去勵磁電流時)，在速度超過一定限度時將自動斷開電源，電動機停止轉(zhuǎn)動，爬樓機制動，保證安全。為此，需要裝設(shè)速度傳感器和簡單的轉(zhuǎn)速顯示器。經(jīng)過計算，如果爬樓機的重量為80公斤，人的重量也是80公斤，每分種爬5米時，所需的能量為0.436千瓦時，故選用0.5千瓦的電動機(計算過程略)。每分鐘爬升5米(樓梯斜度為33度)時的電動機轉(zhuǎn)速為每分鐘12.9轉(zhuǎn)，因此需要用減速器減速。串激直流電動機的控制電路見圖3，可采用可編程控制器(PLC)實現(xiàn)控制。3.整體設(shè)計。國外的爬樓機基本上都是同一種模式。這就是在輪椅下用一個小型履帶機(大約
0.4米寬I米長厚0.12米)將輪椅托起，開機后由另一人將老人和爬樓機一起送上(下)樓梯。這樣的設(shè)計有一個優(yōu)點，就是到平地上輪椅可以拆卸下來，連同履帶機部分一起放進小汽車運走。但缺點是乘坐爬樓機的老人不能自己操作，必須由一個家屬或服務(wù)人員在輪椅背后操作，下樓時面向前方，但上樓時兩人都背朝樓梯倒退行走，這樣很不安全和不方便。(由于操作員在操作時需要倒退上樓，萬一絆倒就可能造成危險)。此外，到平地時輪椅卻翅起約35度，很不舒服,沒有別人幫助，老人無法自己下來。(見www.lkly.com.cn/plcOl.htm)。本方案的主要考慮是乘坐人的安全。與國外的爬樓機模式不同，本方案的設(shè)計則是在履帶驅(qū)動部分上面放一塊水平木板，坐椅固定在木板上，無論上樓或下樓老人都面向前方，只是椅背轉(zhuǎn)了 180度(見圖1)。老人可以自己操作，如不能自己操作時也可以由家屬或服務(wù)人員在背后操作。上樓時面向前方，下樓時也面向前方，這樣就安全多了。從樓梯到平地或平地到樓梯時，為了保持座椅在水平位置，可以手動調(diào)整(見圖2)。如需要時也可以另加一個電動機調(diào)整。前已指出，上樓時作為電動機驅(qū)動爬樓機，下樓時以機械制動(剎車)或直流電動機能耗限速，這也是為了安全。即使在運行時突然斷電或橡膠履帶突然斷開，也不會造成事故。此外，本方案的爬樓機底座比較寬(0.6米)，這也比進口的爬樓機穩(wěn)定(后者寬0.4米)?？紤]到老人可能需要購物或散步，本方案可以在平地上行駛(5公里以內(nèi))。為了便于運輸，本爬樓機可以拆開成兩部分，在工交車或汽車上運輸，到達目的地后再組裝起來。爬樓機的轉(zhuǎn)彎可利用手動改變前方一側(cè)小輪的松弛度(平時壓緊履帶)，使得一邊快轉(zhuǎn)一邊慢轉(zhuǎn)來實現(xiàn)。前已指出無論上樓或下樓，坐椅都保持水平位置。當(dāng)在平地時，利用L型杠桿向下壓，使平板左邊的支撐桿向右方彎曲(見圖2B中的位置3)。最后使支撐桿處于折疊狀態(tài)(見圖2B中的位置I)。此時坐椅已基本上處于水平狀態(tài)。當(dāng)開始上樓時，操作與此相反。考慮到老人的重量不會超過80公斤，操作L型杠桿的最大力量不會超過40公斤，一般情況下老人自行操作可能沒有困難。如果需要時可以另加一臺電動機操作。為了在緊急情況下(例如突然斷電或橡膠履帶突然斷裂)保證乘坐人的安全，設(shè)計了手動緊急剎車裝置(見圖4)。在上下樓時如過遇見特殊情況，可拉動緊急剎車，使爬樓機停在最近的臺階上，并斷開電源，等待處理。在平地行駛時不需緊急制動。

:圖1:老人智能爬樓機概念圖(上樓狀態(tài))。本圖所有尺寸可根據(jù)實際設(shè)備進行修改。圖中:I表示此小輪是為了保持履帶張力，平時用彈簧壓緊，松弛一邊彈簧的壓力，可使爬樓機轉(zhuǎn)彎。2表示僅由最后一個車輪驅(qū)動，其余車輪通過履帶支持車身平穩(wěn)前進。3為履帶截面圖。4為主控制按鈕，老人可自行操作。5為備用控制按鈕，可由他人操作(由于上樓時按鈕位置太高，可在平板左側(cè)適當(dāng)位置加裝備用按鈕)。6椅背可轉(zhuǎn)180度，結(jié)構(gòu)相當(dāng)于普通轉(zhuǎn)椅。7 為 12V，7AH 蓄電池 4 臺。8為24V，0.5KW串激直流電動機一臺，減速比100倍，按實際到貨尺寸安裝。9為充氣車胎輪，直徑約22公分。圖2老人智能爬樓機(平地狀態(tài))及手動操作概念圖[0031 ] 圖2A爬樓機平地狀態(tài)圖2B爬樓機平臺由平地到上下樓狀態(tài)的手動操作示意圖3為上樓狀態(tài)。3.1為L型操作杠桿。杠桿的下端與爬樓機平臺的可折疊支架相連。拉動L型杠桿向逆時針方向轉(zhuǎn)動，會使支架向右彎曲，從而使平臺與地面的角度減小。2為中間位置。為了防止杠桿的一側(cè)離地太近，杠桿的一臂應(yīng)能上下滑動，但末端與支架的中點相連。這樣到平地位置時力矩將最大。I為平地位置。注意支架的折疊角度不可達到O度，否則老人將很難舉起本身的重量。圖3串激直流電動機控制電路圖串激直流電動機的正反轉(zhuǎn)控制電路如圖所示。本方案通過改變勵磁繞組中的電流方向來改變電動機旋轉(zhuǎn)方向，以實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制。當(dāng)需要電動機正向啟動運轉(zhuǎn)時，按下正向按鈕SBl，接觸器KMl帶電并自保持，兩個KMl接點閉合，接通電動機的電源，電動機正向運轉(zhuǎn)，同時在接觸器KM2回路的KMl常閉接點斷開，防止KM2動作。當(dāng)需要電動機反轉(zhuǎn)運行時，必須先按停止按鈕SB3，使KMl，KM2兩個接觸器都斷電，運轉(zhuǎn)中的電動機停下來，才能按下反轉(zhuǎn)按鈕SB2，接觸器KM2帶電并自保持，接通電動機的電源。此時電動機的勵磁繞組中的電流為反向，故電動機反向啟動運轉(zhuǎn)。同時接觸器KMl回路中的KM2常閉接點斷開，防止同時正向啟動。圖4緊急剎車概念圖[0040]采用手動控制是為了在突然失去電源或履帶突然斷裂等意外情況下保證乘坐人的安全。爬樓機將停在最近的一級臺階上等候處理。圖中11表示手動操作手柄。在平地上不需要緊急剎車，可用手動制動停車。
具體實施方式
曾經(jīng)考慮過自己試制一臺樣機，然后找一個廠合作生產(chǎn)，但由于年事已高，顯然不現(xiàn)實?，F(xiàn)在的想法是:如果專利能夠批準(zhǔn)，再通過招標(biāo)方式找一兩家工廠試制，生產(chǎn)和推廣。步驟是:1.申請專利。2.專利批準(zhǔn)后，通過招標(biāo)尋找合作單位。3.試制樣機。根據(jù)實際設(shè)備修改圖紙。試制完成后經(jīng)過嚴格測試，合格后才能生產(chǎn)。4.使用后根據(jù)用戶的意見改進設(shè)計。
權(quán)利要求1.本申請項目為“老年人智能爬樓機”，供住在無電梯的樓房內(nèi)的行走不便的老人上下樓梯之用。
2.本方案的特征是(I)老年人可以自行操作，如不能自行操作時也可由家人或其他人在后方操作。(2)無論上樓或下樓都面向前進方向。(3)設(shè)計上盡量安全可靠，操作方便。(4)在平地也可行駛，上下樓和平地時座椅均保持水平。(5)估計每臺成本在5000元左右，一般退休人員負擔(dān)得起。而進口的類似產(chǎn)品至少需33，000元至280，000元。
本項目希望申請國內(nèi)專利保護。保護范圍為爬樓機的整體設(shè)計，包括結(jié)構(gòu)和外形。試制成功后再考慮申請國外專利保護。
專利摘要實用新型名稱為老年人智能爬樓機。技術(shù)領(lǐng)域為機電與自動化相結(jié)合的技術(shù)。本方案所設(shè)計的爬樓機是為了方便住在沒有電梯的樓房里的老人上下樓之用。與進口的類似爬樓機不同，本方案的特點是1。老人可以自行操作，而進口的必須由另一人操作。2。上下樓都面向前方行駛，而進口產(chǎn)品則下樓市時面向前方，上樓時面向背后往上行走，很不方便和不安全。3。在平地或上下樓時，坐椅都保持水平位置。而進口產(chǎn)品在平地時坐椅翹起約30度，很不舒服。4。經(jīng)濟。本方案成本每臺估計為5000元，一般退休人員可以負擔(dān)。而進口產(chǎn)品每臺則需33000元至280,000元，一般退休老人難以負擔(dān)。因此本方案比較適合我國的具體條件。
文檔編號A61G5/06GK203001275SQ20122043892
公開日2013年6月19日 申請日期2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月31日
發(fā)明者不公告發(fā)明人 申請人:傅書逷