專利名稱：輪式爬梯車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及輪式爬梯車，本發(fā)明更特別地涉及一種 諸如手車的星形驅(qū)動(dòng)電動(dòng)輪式爬梯車，它具有微處理器控制固 定星形模式，從而有助于使車平衡和機(jī)動(dòng)動(dòng)作。
背景技術(shù)：
爬梯手車、輪椅以及其它輪式車(統(tǒng)稱為車)己知存在 一個(gè)多世紀(jì)了，但是能爬梯的電動(dòng)車是最近出現(xiàn)的新事物。許 多這種車復(fù)雜、昂貴并且費(fèi)力。
為了構(gòu)造基于星形，或者輪上輪式(wheel-overiheel) 設(shè)計(jì)的爬梯車，做了許多嘗試。三輪星形組件非常適合爬梯， 當(dāng)在平坦地面上使用時(shí)，它們存在基本的操控問(wèn)題。由于一對(duì) 三輪星形組件自然有四個(gè)輪子(每個(gè)星形中的兩個(gè))接觸地面， 所以更難以使車轉(zhuǎn)彎，并且要求轉(zhuǎn)彎半徑比傳統(tǒng)手車的轉(zhuǎn)彎半 徑大得多，傳統(tǒng)手車僅有兩個(gè)輪子接觸地面。
有多種方法可以解決該問(wèn)題。 一種簡(jiǎn)單方法是，包括手動(dòng) 操作機(jī)構(gòu)，該手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)利用機(jī)械方法將星形鎖定在適當(dāng)位 置，以致在滾動(dòng)移動(dòng)時(shí)，只有兩個(gè)輪子(每個(gè)星形組件上一個(gè) 輪子)觸地。例如，各種鏈輪機(jī)構(gòu)已經(jīng)用于實(shí)現(xiàn)雙輪鎖定，但是它們顯著增加了車的成本和重量。鏈條也非常緊，并且如果 發(fā)生故障，可能產(chǎn)生可靠性或者安全性隱患。
基于機(jī)械銷釘?shù)南到y(tǒng)要求三輪組件旋轉(zhuǎn)到精確角度，在該 位置插入鎖定銷釘，以允許該單元被手動(dòng)傾斜于兩個(gè)輪子上的 角度將該組件鎖定。采用該機(jī)械銷釘方法的主要問(wèn)題是強(qiáng)度和 復(fù)雜性。該三輪組件必須精確對(duì)準(zhǔn)、然后插入銷釘，如果用戶 不做大量努力，這可能難以實(shí)現(xiàn)。在有負(fù)載的情況下，也難以 拉回該銷釘、轉(zhuǎn)變?yōu)榕捞菽Ｊ健Ｅc利用鏈輪方法相同，各部件 也承受相當(dāng)大的機(jī)械應(yīng)力，因此，較重。
兩種設(shè)計(jì)都采用剛性鎖定系統(tǒng)，這樣，它們也不能承受振 動(dòng)和沖擊。例如，當(dāng)在路緣及其它坑洼的路上滾動(dòng)時(shí)，手車感 受到振動(dòng)是比較常見(jiàn)的。鏈條或者銷釘鎖容易感受到比平均靜 態(tài)應(yīng)力高5倍或者5倍以上的峰值應(yīng)力，必須設(shè)計(jì)該零件以承受 該峰值應(yīng)力，這就增加了重量和生產(chǎn)成本。
載人輪椅采用的復(fù)雜方法涉及包括馬達(dá)、傳感器，并且對(duì) 兩個(gè)輪子(每個(gè)星形組件上一個(gè)輪子)執(zhí)行基于反饋的控制， 以使輪椅自身相對(duì)于垂直基準(zhǔn)面自動(dòng)平衡。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種輪式車，包括剛性框架，支承轉(zhuǎn)軸；
以及一對(duì)星形組件，可旋轉(zhuǎn)地支承在所述軸的相對(duì)兩端的相鄰 處。該一對(duì)星形組件中的每個(gè)星形組件支承多個(gè)轉(zhuǎn)輪，所述多 個(gè)轉(zhuǎn)輪被連接以同步旋轉(zhuǎn)。該車進(jìn)一步包括角位置傳感器，它 支承在該框架上的位置，以測(cè)量該一對(duì)星形組件中的一個(gè)星形 組件相對(duì)于該框架的角位置。該車進(jìn)一步包括電動(dòng)馬達(dá)和電源， 它們支承在該框架上，并且被可操作地連接，以驅(qū)動(dòng)該一對(duì)星形組件旋轉(zhuǎn)。該車進(jìn)一步包括控制器，它支承在該框架上，并 且被可操作地連接到該角位置傳感器和該電源，以使該電動(dòng)馬 達(dá)對(duì)該一對(duì)星形組件施加變化的轉(zhuǎn)矩，從而根據(jù)從該角位置傳 感器收到的輸入，使它們相對(duì)于該框架保持所選擇的角位置。 因此，該車將星形組件以相對(duì)于該框架的幾個(gè)不同目標(biāo)角度中 的任何一個(gè)角度，在校正變型條件下，"固定"、或者鎖定或者 保持。因此，該車包括反饋系統(tǒng)，該反饋系統(tǒng)包括磁或者其它 絕對(duì)角位置傳感器、預(yù)先配置了適當(dāng)指令的基于微處理器的控 制器以及主驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。
當(dāng)下爬梯階時(shí)，該星形組件具有固有不穩(wěn)定的角范圍/區(qū) 域。在這些區(qū)域內(nèi)，在特定條件下，傳統(tǒng)星形組件可能從梯階 的邊緣滑離，而非同步旋轉(zhuǎn)到它們下面。在特定實(shí)施例中，根 據(jù)該星形組件的三輪或者其它配置，該控制器存儲(chǔ)用于識(shí)別對(duì) 應(yīng)于這種區(qū)域的角位置范圍的指令，而該角位置傳感器檢測(cè)該 星形組件的位置。在這種實(shí)施例中，該控制器可以主動(dòng)加速該 星形組件通過(guò)該不穩(wěn)定區(qū)域，這樣顯著降低了從該梯階的邊緣 滑離的風(fēng)險(xiǎn)。該特征極大提高了該產(chǎn)品使用的安全性和舒適度， 并且，對(duì)于促使三輪星形組件滿足非職業(yè)用戶的使用要求，特 別有用。
該車可以包括可變接合離合器和制動(dòng)系統(tǒng)。該離合器可以 將輪子鎖定到與手車框架相同的基準(zhǔn)框架，或者可以允許它們 自由自旋。在爬升模式或者下爬模式下，該離合器系統(tǒng)主要用 于提供附加驅(qū)動(dòng)牽引力，以使該手車爬上梯階，而不滑離或者 在原地跳動(dòng)。該離合器還可以用作制動(dòng)器，以將手車鎖定到梯 階上，如果在爬上或者下爬期間，用戶停在某個(gè)位置，則這樣 可以減小它發(fā)生滑離的可能性。該離合器是電磁的、并完全由控制器控制，不需要用戶控制。
任選地，該車可以被配置為手車，并且進(jìn)一步包括可拆卸 裝貨籃和雙平板載貨系統(tǒng)。該車可以進(jìn)一步包括輪子保護(hù)罩以 及可旋轉(zhuǎn)的伸縮手柄。


現(xiàn)在，將參考附圖，利用例子，描述本發(fā)明，其中 圖1A和1B是根據(jù)本發(fā)明的典型車的等角圖1C和1D是圖1所示車的后視圖和等角圖，為了清楚示出， 在卸下選擇的外殼和部件的情況下，示出它們；
圖2A—2F是在樓梯井內(nèi)下降期間示出的圖1所示車的連續(xù) 步驟的原理圖3示出在陡峭樓梯井上示出的圖l所示車的側(cè)面原理圖4是圖1所示車的操作流程圖5是在雙接觸點(diǎn)配置中，水平移動(dòng)情況下示出的圖l所示
車的側(cè)視圖6示出具有支柱的車的變換實(shí)施例的側(cè)視圖7是根據(jù)本發(fā)明包括兩個(gè)典型載貨板的車的又一個(gè)變換 實(shí)施例的透視圖8是根據(jù)本發(fā)明示出支承典型載貨籃的圖7所示車的透視
圖9是圖7所示車的透視圖，它示出根據(jù)本發(fā)明處于不能操 作位置的上部平板；
圖10是與圖7所示車類似的車的透視圖，它示出根據(jù)本發(fā)明 的變換實(shí)施例的伸縮手柄-，
圖ll是根據(jù)本發(fā)明的輪式裝置的各種部件的原理圖；以及圖12是示出典型輪式車的各種部件的原理方框圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明一般地涉及輪式爬梯車，本發(fā)明更特別地涉及一種 星形驅(qū)動(dòng)電動(dòng)輪式爬梯車，它具有微處理器控制的固定星形模 式，從而有助于使車手動(dòng)平衡和機(jī)動(dòng)動(dòng)作。本發(fā)明可以應(yīng)用于 手車、行李車、童車以及其它輪式車。根據(jù)本發(fā)明的輪式車包 括傳感器、電動(dòng)馬達(dá)以及用于根據(jù)從傳感器收到的輸入控制 該馬達(dá)的控制器，以提供固定星形模式，從而有助于使車手動(dòng) 平衡和機(jī)動(dòng)動(dòng)作。與許多機(jī)械設(shè)計(jì)不同，本發(fā)明的方法基本上 是電子方法，而無(wú)需顯著增加部件或者生產(chǎn)成本，并且可以避 免最終用戶操作復(fù)雜。
為了說(shuō)明問(wèn)題，下面將結(jié)合典型手車式車，討論本發(fā)明，
圖1A—1D示出該典型手車式車。從圖1A—1D可以看出，該手車 包括用于支承轉(zhuǎn)軸24的剛性框架22。該框架支承一種典型傳統(tǒng) 手車的承載突出物或者平板36、以及用戶手柄34。軸24的對(duì)稱 固定的相鄰兩端是星形組件20a、 20b，在星式結(jié)構(gòu)中，它們分 別具有固定盤(pán)26等距支承轉(zhuǎn)輪28A、 28B、 28C。齒輪傳動(dòng)馬達(dá)30 和電池50支承在框架22上。馬達(dá)30與電池50可操作地連接，并 且馬達(dá)30通過(guò)齒輪組40可操作地連接到軸24 (圖1C)，馬達(dá)30 可以施加轉(zhuǎn)矩，以使星形組件20a、 20b繞軸24的軸線順時(shí)針和 逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，而框架22保持固定。
車10包括基于微處理器的控制器60，配置該控制器60，以
從下面討論的各種傳感器接收輸入，并且根據(jù)收到的輸入，控 制馬達(dá)驅(qū)動(dòng)軸的操作，如圖1C、 1D和12所示。例如，該控制器 60包括根據(jù)本發(fā)明存儲(chǔ)軟件(微處理器可執(zhí)行指令)的內(nèi)存，用以根據(jù)從如下所述的傳感器收到的輸入，動(dòng)態(tài)改變送到該馬 達(dá)的電流。
例如，利用固定的而與每個(gè)輪子28A、 28B、 28C —起轉(zhuǎn)動(dòng)的、 并且由雙側(cè)定時(shí)帶72連接的齒輪70，可操作地連接每個(gè)星形組 件20a、 20b的輪子，以實(shí)現(xiàn)同步轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖1D和11所示?？辙D(zhuǎn) 皮帶輪74限制帶72，以使帶72保持在固定盤(pán)(hub)26的軌跡內(nèi)。 帶72接合由控制器60控制選擇性接合的離合器80，使輪子28A、 28B、 28C由馬達(dá)30驅(qū)動(dòng)、以同步轉(zhuǎn)動(dòng)，或者分離，允許輪子同 步自由轉(zhuǎn)動(dòng)。
車10進(jìn)一步包括諸如電磁離合器的變力致動(dòng)器80，它提供 可變制動(dòng)力，以使輪子28A、 28B、 28C繞其相應(yīng)軸旋轉(zhuǎn)。變力致 動(dòng)器80可操作地連接到控制器60，該控制器60對(duì)由電源供給的 電流進(jìn)行控制，并由此控制所施加的制動(dòng)力的量值。請(qǐng)參考圖 11和12。在一個(gè)實(shí)施例中，電磁離合器80包括通過(guò)控制器60由
脈寬調(diào)制電路控制器供電的線圈，可以設(shè)置可變大小的滑轉(zhuǎn)扭 矩?；D(zhuǎn)程度非常重要，因?yàn)楫?dāng)達(dá)到最大扭矩值時(shí)，應(yīng)該允許 離合器滑動(dòng)，這樣降低了過(guò)載或者損壞的概率。
正如圖1C和11最佳示出的那樣，離合器80包括兩個(gè)主要部 件固定電磁盤(pán)66和轉(zhuǎn)動(dòng)致動(dòng)盤(pán)68。電磁板66固定在框架22上， 而轉(zhuǎn)動(dòng)致動(dòng)板68支承在主軸24上，以致它可以相對(duì)于主軸24自 由旋轉(zhuǎn)?？梢圆僮骺蓜?dòng)離合器盤(pán)，以利用可變滑轉(zhuǎn)扭矩，將中 心驅(qū)動(dòng)皮帶輪"鎖定"到框架22。通過(guò)在控制器60的控制下改 變對(duì)電磁盤(pán)66施加的電壓，產(chǎn)生變力。轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)68集成在定時(shí)皮 帶輪和皮帶系統(tǒng)上，以致它與位于每個(gè)星形組件20a、 20b上的 輪子28A、 28B、 28C同步轉(zhuǎn)動(dòng)，正如圖11中最佳示出的那樣。當(dāng) 接合時(shí)，離合器80在相對(duì)于輪子固定的轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)68 (可以相對(duì)于軸24轉(zhuǎn)動(dòng))與固定在該框架上的固定盤(pán)66之間施加可變轉(zhuǎn)矩。 離合器80利用變力將中心皮帶輪鎖定到框架22上。當(dāng)輪子和星 形固定盤(pán)26繞鎖定的中心皮帶輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，輪子28A、 28B、 28C 被驅(qū)動(dòng)、相對(duì)于框架22旋轉(zhuǎn)，同時(shí)，通過(guò)主軸24驅(qū)動(dòng)固定盤(pán)26， 它們以轉(zhuǎn)弧方式移動(dòng)。因此，使輪子相對(duì)于框架22轉(zhuǎn)動(dòng)，而星 形組件20a、 20b繞它們轉(zhuǎn)動(dòng)，從而產(chǎn)生凈向前驅(qū)動(dòng)力，該凈向 前驅(qū)動(dòng)力使車10與梯階的基底形成接合關(guān)系，而不是使它在原 位落下或者彈起。當(dāng)星形組件的輪子接觸下一個(gè)梯階的豎面時(shí)， 該車不再被進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)到該梯階，并且離合器80滑動(dòng)，以限制 對(duì)皮帶輪系統(tǒng)施加的轉(zhuǎn)矩。
根據(jù)本發(fā)明，車10進(jìn)一步包括角位置傳感器32 (見(jiàn)圖1C)， 安裝該角位置傳感器32，以感測(cè)框架32與星形組件20a (例如， 固定盤(pán)26上的基準(zhǔn)部分)之間形成的夾角。作為例子，絕對(duì)光 學(xué)編碼器或者絕對(duì)磁旋轉(zhuǎn)編碼器可以用作角位置傳感器32。安 裝該角位置傳感器32,以感測(cè)星形相對(duì)于框架22的剩余部分的 角位置，并將該角位置反饋到控制器60。作為例子，可以將該 角位置傳感器32固定安裝在軸24上的適當(dāng)位置，以在它旋轉(zhuǎn)時(shí) 讀取固定盤(pán)26的標(biāo)記。作為一種選擇，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人 員明白，傳感器32可以被集成在齒輪組40上。
任選地，車10進(jìn)一步包括諸如增量光學(xué)傳感器的角速度傳 感器34 (見(jiàn)圖1C和12)。該角速度傳感器34安裝在框架22上(或 者軸24上)，以感測(cè)軸24旋轉(zhuǎn)的角速度(并因此感測(cè)固定盤(pán)26 的角速度)，并將它反饋到控制器60，該控制器60可以控制馬達(dá) 的驅(qū)動(dòng)軸的操作，正如下面更詳細(xì)描述的那樣。作為例子，增 量光學(xué)編碼器34可以安裝在主軸24上，也可以安裝在例如位于 齒輪組40之前的馬達(dá)的軸上。與角位置傳感器始終測(cè)量變化相比，該增量光學(xué)編碼器34提供更快速的速度響應(yīng)測(cè)量值。
車10進(jìn)一步包括用戶操作開(kāi)關(guān)56，它安裝在手柄34上，如 圖1A所示。用戶可以操作開(kāi)關(guān)56，以在手車的爬升操作模式、 下降操作模式、移動(dòng)操作模式和停止操作模式中進(jìn)行選擇，每 種操作模式分別對(duì)控制器提供輸入，并且對(duì)控制器如何控制馬 達(dá)等進(jìn)行調(diào)節(jié)。在一個(gè)實(shí)施例中，移動(dòng)模式是通過(guò)操作主電源 開(kāi)關(guān)自動(dòng)選擇的，而停止模式是通過(guò)關(guān)閉爬升模式或者下降模 式自動(dòng)選擇的。爬升模式和下降模式開(kāi)關(guān)可以是瞬時(shí)作用彈簧 (momentary spring)類型的，因此，如果用戶釋放手柄34或 者釋放開(kāi)關(guān)56之一，則星形組件的全部自動(dòng)操作均停止。
對(duì)控制器60編程，以對(duì)手車在各種模式下的操作進(jìn)行控制。 更具體地說(shuō)，配置控制器60，以根據(jù)從角位置傳感器32、速度 傳感器34、光學(xué)傳感器64以及開(kāi)關(guān)56中的一個(gè)或者多個(gè)收到的 輸入，根據(jù)存儲(chǔ)在基于微處理器的控制器60的內(nèi)存內(nèi)的微處理 器可執(zhí)行指令，對(duì)從電源50送到電動(dòng)馬達(dá)30的電流進(jìn)行控制。 見(jiàn)圖1C和12。對(duì)各種操作模式提供不同指令。
移動(dòng)模式用于在基本上平坦的地板等上移動(dòng)行李等，在這 種模式下，控制器60使變力致動(dòng)器(電磁離合器)分離，從而 允許輪子28A、 28B、 28C自由旋轉(zhuǎn)?？刂破?0從角位置傳感器32 接收數(shù)據(jù)，并且使馬達(dá)將星形組件(固定盤(pán)26)相對(duì)于框架轉(zhuǎn) 動(dòng)到幾個(gè)(對(duì)于被分開(kāi)約120度的三輪星形組件，是3個(gè))預(yù)定 角位置之一，然后，將該星形組件固定在所選擇的角位置。該 角位置是這樣的角位置，即，在框架22處于基本上直立位置， 四個(gè)輪子(每個(gè)星形組件兩個(gè)輪子)位于地面上的情況下，車 靜止。當(dāng)使框架22傾斜以通過(guò)水平面時(shí)，星形組件固定盤(pán)26和 框架22傾斜為一個(gè)固定單元，固定盤(pán)26與框架22之間的夾角被固定，在該位置，僅定位兩個(gè)輪子(每個(gè)星形上一個(gè)輪子)在
手車滾動(dòng)移動(dòng)時(shí)接觸地板?？刂破?0從角位置傳感器32連續(xù)接 收角位置數(shù)據(jù)作為反饋，并且通過(guò)改變從電源送到馬達(dá)的電流， 控制馬達(dá)30，將固定盤(pán)26固定在所選擇的角位置，例如，在星 形與框架之間保持預(yù)定角關(guān)系，而不考慮框架/手車相對(duì)于地板 或者垂直面的位置或者取向。
更具體地說(shuō)，控制器60利用角位置傳感器32確定固定盤(pán)26 與框架22之間的當(dāng)前夾角，并且將目標(biāo)角度設(shè)置為幾個(gè)可接受 位置(每個(gè)對(duì)應(yīng)于三輪組件的每個(gè)輪子的位置)中最近的那個(gè)。 通過(guò)雙向脈寬調(diào)制(PWM)主動(dòng)控制馬達(dá)30，以保持目標(biāo)角度。 該控制器利用比例積分微分(PID)控制回路使星形組件固定盤(pán) 保持穩(wěn)定角位置。為了防止突然移動(dòng)或者跳動(dòng)，使用逐漸上升 的功率。因此，固定盤(pán)26和框架22的相對(duì)角位置基本上保持不 變，框架和固定盤(pán)作為一個(gè)單元傾斜，并且固定盤(pán)相對(duì)于框架 是"固定的"。因此，該單元的回轉(zhuǎn)半徑被顯著減小，可以轉(zhuǎn)過(guò) 小轉(zhuǎn)角。然后，在爬升和下降之前，可以使鎖定機(jī)構(gòu)分離，從 而允許星形輪自由旋轉(zhuǎn)，如圖2A所示。
因此，不考慮手車相對(duì)于垂直面的空間取向/傾斜等，該控 制器、角位置傳感器、馬達(dá)和電源配合，以在固定模式下，使 固定盤(pán)26相對(duì)于框架22保持固定角位置。
可以想象，該控制器的電控馬達(dá)得以保持這種稍許彈性"固 定"關(guān)系的優(yōu)點(diǎn)是，沒(méi)有利用機(jī)械方法連接固定盤(pán)和框架的剛 性機(jī)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明，對(duì)固定盤(pán)產(chǎn)生的沖擊和轉(zhuǎn)矩主要對(duì)馬達(dá) 的電磁場(chǎng)產(chǎn)生影響，馬達(dá)的電磁場(chǎng)不是易破裂的機(jī)械部件。因 此，控制系統(tǒng)起電子振動(dòng)吸收器的作用，并且在沖擊時(shí)允許三 輪組件移動(dòng)幾度，以減小對(duì)動(dòng)力系產(chǎn)生的應(yīng)力。在一個(gè)實(shí)施例中，該控制器設(shè)置了預(yù)置電流限制，以致如果該固定盤(pán)承受超 過(guò)預(yù)定閾值的特別大的沖擊，則馬達(dá)瞬斷其預(yù)置電流限制，并 且該控制器將使三輪組件旋轉(zhuǎn)到下一個(gè)順序預(yù)定角位置。 一旦
該沖擊消失，則該控制器將新固定角度作為下一個(gè)目標(biāo)，并且 立即重新開(kāi)始操作，保持無(wú)損壞。
在爬升模式下，三輪組件的導(dǎo)輪可能沖擊階梯的豎面，而 非在梯面上滾動(dòng)，從用戶站在地面上開(kāi)始，引拔力角度(pull
angle)發(fā)生顯著變化。為了校正該角度并且使這兩個(gè)導(dǎo)輪位于 梯階上，控制器60使星形組件固定盤(pán)26轉(zhuǎn)動(dòng)到適當(dāng)角位置、開(kāi) 始爬升，并且利用來(lái)自角位置傳感器32的反饋，改變施加于馬 達(dá)30的電流/轉(zhuǎn)矩，以將該固定盤(pán)相對(duì)于框架22固定在適當(dāng)位 置。該適當(dāng)角位置定位該導(dǎo)輪，以確保在爬升期間它們不影響 下一個(gè)階梯。相反，在移動(dòng)模式下，選擇角位置，通過(guò)使接地 點(diǎn)較靠近載貨手車的重心(或者預(yù)期的重心)，減小將固定盤(pán)相 對(duì)于框架固定所需的轉(zhuǎn)矩，以減少馬達(dá)的功率消耗并延長(zhǎng)電池 壽命。
此外，在爬升模式下，控制器60使變力致動(dòng)器在輪子的接 觸點(diǎn)提供中等大小的制動(dòng)力，例如，0—15英寸一磅的轉(zhuǎn)矩，或 者0 — 4磅的驅(qū)動(dòng)力，從而防止輪子自由自旋，從而有效鎖住輪 子旋轉(zhuǎn)。該驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩增加了對(duì)梯階施加的力的水平分量，從而 使手車"緊抱"每個(gè)梯階的豎面。如果沒(méi)有該力，則星形組件 常常僅在垂直方向施加正弦力，在用戶不頂著每個(gè)下一個(gè)梯階 的豎面拖拉單元的情況下，不提供爬升該梯階的動(dòng)力，并且如 果用戶不穩(wěn)定拖拉，則該單元可能跳躍階梯、在原位跳動(dòng)，或 者從該梯階落下。
此外，控制器60使馬達(dá)驅(qū)動(dòng)星形組件，以在適合爬升方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)星形旋轉(zhuǎn)爬梯階時(shí)，這樣鎖定該輪子有助于穩(wěn)定。中 等大小的制動(dòng)力還允許爬升時(shí)有限大小的滑動(dòng)，以當(dāng)輪子接觸 樓梯的梯面/豎面交接線時(shí)，使輪子繞其軸旋轉(zhuǎn)，并且相關(guān)星形
繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。控制器60感測(cè)該星形的轉(zhuǎn)速(由速度傳感器34直接 確定或者由角位置傳感器32提供的數(shù)據(jù)間接確定)，然后，控制 馬達(dá)，以改變星形的轉(zhuǎn)速，從而使爬升基本上保持勻速。請(qǐng)注 意，在手車爬梯時(shí)，車10自身不試圖實(shí)現(xiàn)平衡，而是取決于爬
梯階的人引導(dǎo)手車來(lái)保證穩(wěn)定性。
在一個(gè)實(shí)施例中，該車包括梯階傳感器64，正如圖1B最佳 示出。每個(gè)梯階傳感器64可以是市售的紅外光學(xué)距離探測(cè)器。 配置該車，以致每個(gè)梯階傳感器64均被用于測(cè)量從框架22上的 固定點(diǎn)到稍許位于框架后面、在開(kāi)始爬升之前，很可能碰到階 梯的位置的最近面的距離。優(yōu)選配置控制器60，以便即使用戶 利用開(kāi)關(guān)56選擇了爬升模式，如果車10實(shí)際上并沒(méi)有位于梯階 上或者接近梯階，仍防止星形組件旋轉(zhuǎn)。因此，配置控制器60， 以便即使用戶利用開(kāi)關(guān)56選擇了爬升模式，如果梯階傳感器64 沒(méi)有檢測(cè)到鄰近階梯，仍防止星形組件在爬升模式下操作。
在一個(gè)實(shí)施例中，在接近地面1.5英尺的位置， 一對(duì)光學(xué)距 離探測(cè)器64安裝在框架上。這兩個(gè)傳感器64均向下，并且測(cè)量 從固定基準(zhǔn)點(diǎn)到最近面的距離。如果該距離值減小預(yù)置閾值量， 則車可能位于靠近階梯的適當(dāng)位置，并且該控制器將使該車進(jìn) 入爬升模式。通過(guò)在允許以爬升模式驅(qū)動(dòng)星形之前，要求兩個(gè)/ 全部傳感器同時(shí)確認(rèn)存在鄰近階梯，使用兩個(gè)或者多個(gè)傳感器 減少由于用戶的腳或者衣服而錯(cuò)誤讀取的可能性。
如果未檢測(cè)到鄰近階梯，則該車不會(huì)為了爬升而驅(qū)動(dòng)星形 組件，而是保持爬升模式，直到被最終用戶取消。在傳感器檢測(cè)到第一個(gè)階梯后，控制器使馬達(dá)驅(qū)動(dòng)星形組件，只要爬升按 鈕被按下，或者在用其它方法取消爬升模式之前，車就爬升。 如果用戶決定不爬梯階，則通過(guò)暫時(shí)按下下爬按鈕或者開(kāi)關(guān)56 中的另一適當(dāng)按鈕，該車可以返回移動(dòng)模式。
在下降模式下，控制器60使變力致動(dòng)器80分離，并使馬達(dá) 30驅(qū)動(dòng)星形組件20a、 20b在適合下降的方向旋轉(zhuǎn)。在該模式下， 控制器60感測(cè)星形組件20a、 20b相對(duì)于框架22的角位置，并且 促使馬達(dá)30使該星形相對(duì)于框架通過(guò)該星形各角位置的三個(gè)預(yù) 定區(qū)域中的每個(gè)預(yù)定區(qū)域加速旋轉(zhuǎn)。這些區(qū)域?qū)?yīng)于不穩(wěn)定區(qū) 域，在該不穩(wěn)定區(qū)域，載貨手車的重心常常位于向著位于下層 梯階梯面上的導(dǎo)輪轉(zhuǎn)軸的上樓側(cè)。例如，每個(gè)區(qū)域可能跨越星 形各臂從離開(kāi)垂直方向一10度的位置到離開(kāi)垂直方向十5度的 位置的角位置。因?yàn)橹亓糠植?weight distribution),與通 過(guò)在這些不穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)星形而以控制方式從梯階下爬相 比，載貨手車更趨向于以不穩(wěn)定方式沿梯面滾動(dòng)和從梯階下降。 因此，迅速旋轉(zhuǎn)星形通過(guò)這些區(qū)域?qū)⑾嚓P(guān)不穩(wěn)定性降低到最小。 這種旋轉(zhuǎn)對(duì)下降速度的沖擊很小，并且依然保持基本上勻速的 下降速度。
優(yōu)選配置控制器60，以根據(jù)星形組件相對(duì)于框架22的絕對(duì) 轉(zhuǎn)角，在樓梯井內(nèi)下降期間對(duì)星形組件施加交替下爬和爬上導(dǎo) 向的轉(zhuǎn)矩。這有助于確保導(dǎo)輪壓緊梯面/豎面交界的內(nèi)角，因此， 在為了適應(yīng)任意特定樓梯井高度而未對(duì)星形組件的幾何結(jié)構(gòu)或 者尺寸施加限制的情況下，消除了無(wú)意識(shí)的向后旋轉(zhuǎn)的可能性。 因此，優(yōu)點(diǎn)是，允許包括三輪配置的任意星形組件配置，從而 適合下降任意豎面高度的樓梯井。
星形組件20a、 20b可以由馬達(dá)30選擇性地或者以順時(shí)針?lè)较蚧蛘咭阅鏁r(shí)針?lè)较蜻M(jìn)行驅(qū)動(dòng)。配置控制器60，以根據(jù)來(lái)自速
度傳感器34和絕對(duì)角位置傳感器32的反饋，改變馬達(dá)功率，從 而調(diào)節(jié)爬升速度和下降速度。由于星形組件上的裝載轉(zhuǎn)矩是正 弦的，所以爬升轉(zhuǎn)矩和下降制動(dòng)以正弦圖形交替，以致即使裝 載轉(zhuǎn)矩和馬達(dá)功率是反相正弦波形，該轉(zhuǎn)速仍可以基本上保持 勻速。
因此，正如預(yù)先確定的并被存儲(chǔ)于控制器的內(nèi)存中，在下 降模式下，控制器60、角位置傳感器32、角速度傳感器34、馬 達(dá)30以及電源50配合，使固定盤(pán)26通過(guò)不穩(wěn)定區(qū)域加速旋轉(zhuǎn)。 這樣縮短了導(dǎo)輪位于手車的重心之前的時(shí)長(zhǎng)，因此，縮短了手 車保持不穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)長(zhǎng)。
作為例子，在移動(dòng)模式下，目標(biāo)角度是這樣的，即，當(dāng)使 框架為了移動(dòng)而傾斜，例如，偏離垂直方向約20 — 45度時(shí)，重 心接近位于輪子觸點(diǎn)中心的正上方。在爬升模式下，目標(biāo)角度 可以改變約5—15度，以確保導(dǎo)輪不接觸鄰近梯階。
當(dāng)爬上或者下爬梯階時(shí)，用戶可能希望使車停下，以便用 戶可以上、下或者靜止。配置控制器60，以致如果當(dāng)車仍在爬 上或下爬梯階時(shí)釋放爬升按鈕，則車肯定會(huì)停下并處于穩(wěn)定角 度，直到用戶準(zhǔn)備好爬升或者下降。因此，配置該車，以在這 種情況下進(jìn)入停止模式。
在停止模式下，控制器60使馬達(dá)30驅(qū)動(dòng)星形組件20a、 20b， 以繼續(xù)旋轉(zhuǎn)到由角位置傳感器32提供的反饋所確定的三個(gè)預(yù)定 角位置中的一個(gè)角位置。盡管可以使固定盤(pán)26停止、并可利用 電子方法將它固定在(利用角傳感器/馬達(dá)反饋回路)任意要求 的角度，但是在預(yù)定位置使固定盤(pán)停止旋轉(zhuǎn)，以使車的兩個(gè)輪 子位于下梯面上而另外兩個(gè)輪子位于下一個(gè)較高階梯的梯面上，并且手車位于基本上豎立的位置，尤其穩(wěn)定。預(yù)定位置被 定義為期望手車以穩(wěn)定方式矗立在樓梯的梯階上的位置。
請(qǐng)注意，即使當(dāng)停止了爬升或者下爬、并且星形組件停止 旋轉(zhuǎn)時(shí)，如果用戶沒(méi)有提供足夠大的握力，則該車仍會(huì)向梯階 下滾動(dòng)。為了消除這種滾動(dòng)，控制器使變力致動(dòng)器80接合(并
且防止輪子28A、 28B、 28C自由自旋)，以當(dāng)達(dá)到預(yù)定位置時(shí)， 提供將輪子鎖定到某個(gè)位置，并防止手車滑離該梯階梯面的非 常大的鎖定力。在爬上梯階或者下爬梯階時(shí)，這允許手車保持 其在樓梯上的位置。
為了在水平面和樓梯井上使用車IO，用戶握著手柄34，并 傾斜框架22，直到它相對(duì)于水平方向傾斜，如圖2A所示。位于 突出物36上的任意負(fù)載的重量對(duì)星形組件20a、 20b的固定盤(pán)26 產(chǎn)生向下的力/。為了示出下爬時(shí)星形組件的取向，在圖2A—F 中，分別標(biāo)出三角形對(duì)稱的輪子28A、 28B、 28C。如圖2A所示， 當(dāng)接近下面的豎面38時(shí)，車10在較高梯面39上起動(dòng)。然后，導(dǎo) 輪28A滾過(guò)較高梯面39的拐角37，導(dǎo)致固定盤(pán)26繞其中心旋轉(zhuǎn)、 直到輪子28A接觸下面的豎面38，如圖2B所示。如圖2B所示，從 豎面37到26的旋轉(zhuǎn)中心測(cè)得的水平距離5小于從28A的中心到豎 面37測(cè)得的距離入，力伊生繞固定盤(pán)26和軸24的順時(shí)針?lè)较虻?力矩。由于5〈X，所以重力不發(fā)生相應(yīng)位移，導(dǎo)致26以下爬方 向繞輪子28A中心樞軸旋轉(zhuǎn)，輪子28A傾向于前向滾動(dòng)，如圖2E 所示，導(dǎo)致輪子28C突然落到梯面38上，并且導(dǎo)致星形組件順時(shí) 針?lè)较蛐D(zhuǎn)，如圖2F所示。
為了避免這種趨勢(shì)，如果S〈X，即，當(dāng)固定盤(pán)26的中心不 與輪子28A中心支樞點(diǎn)的左側(cè)(圖2B中)水平時(shí)，控制器使馬達(dá) 30施加前向轉(zhuǎn)矩Tf。由于框架22相對(duì)于水平方向保持合理固定傾角，并且角位置傳感器32測(cè)量框架22與固定盤(pán)26之間形成的 夾角，所以利用傳遞性(transitive property),框架22可以 有效測(cè)量固定盤(pán)26相對(duì)于水平方向的取向。這樣，利用來(lái)自角 傳感器32的反饋，控制器可以驗(yàn)證條件S〈入何時(shí)成立。在施加Tf 時(shí)，固定盤(pán)26繞輪子28A的中心點(diǎn)逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，直到S〉人， 如圖2C所示。當(dāng)條件5〉人成立時(shí)，力/繞輪子28A、沿固定盤(pán)26 的旋轉(zhuǎn)方向產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较虻牧?。然后，控制器使馬達(dá)施加 順時(shí)針?lè)较虻姆聪蜣D(zhuǎn)矩t，以降低繞輪子28A的中心旋轉(zhuǎn)的固定 盤(pán)26的轉(zhuǎn)速。施加反向轉(zhuǎn)矩，直到26達(dá)到水平取向，如圖2D所 示。角位置傳感器32檢驗(yàn)該水平取向，因而傳感器32不再隨時(shí) 將角位置顯著變化的反饋送到控制器。輪子28A保持接觸豎面 37，而輪子28B在位于下梯面上的輪子28A的前面，然而，在試 圖避免的圖2F所示交替情況下，輪子28C下落到接觸豎面37，而 輪子28B不接觸地面。完成120°的旋轉(zhuǎn)后，該單元再一次處于如 圖2A所示的原始取向，準(zhǔn)備好在水平地面上移動(dòng)，或者以如上 所述的相同方式，下爬另一個(gè)梯階。
可能遇到較高梯階豎面，如圖3所示，其中豎面高度x、從 固定盤(pán)26的中心到每個(gè)輪子的中心的距離a、以及輪子半徑b滿 足關(guān)系式x〉b+a+l/2a-b，或者更簡(jiǎn)單地說(shuō)，x〉3/2*a。在這 種情況下，下爬時(shí)不需要施加前向轉(zhuǎn)矩Tf，因?yàn)闂l件5〉X被避免。 圖4以流程圖示出了如上所述單元操作過(guò)程。
該實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它便于齒輪傳動(dòng)馬達(dá)30允許星形 組件連續(xù)旋轉(zhuǎn)，直到達(dá)到輪子28A、 28B、 28C中的至少兩個(gè)輪子 接觸平坦面的預(yù)定位置。在不穩(wěn)定位置，諸如圖2C所示的僅一 個(gè)輪子保持接觸平面的位置，如果用戶釋放表示在爬上或者下 爬時(shí)優(yōu)選停止在樓梯井中途的接通開(kāi)關(guān)，微處理器就準(zhǔn)備好連續(xù)逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，直至達(dá)到圖2D所示的取向，隨后，該控制 器使馬達(dá)對(duì)星形施加順時(shí)針?lè)较虻念~定轉(zhuǎn)矩，從而將星形固定 在預(yù)定位置。
請(qǐng)以反序，艮卩，圖2D、 2C、 2B、 2A，參考示出車爬升梯階 的各階段。參考圖2C中的星形取向，如果用戶決定斷開(kāi)用于爬 升的開(kāi)關(guān)，在馬達(dá)通過(guò)施加額定順時(shí)針?lè)较蛄貙⒃搯卧潭?在如上所述的到達(dá)位置之前，該單元繼續(xù)適當(dāng)順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)， 直到導(dǎo)輪28C位于如圖2B所示的較高梯面上。因此，如圖2B和2D
所示的兩個(gè)不同取向可以提供穩(wěn)定位置，即，三個(gè)輪子中的兩 個(gè)輪子保持接觸樓梯井面的位置。
應(yīng)該注意，在選擇實(shí)施例中，諸如在嬰兒車實(shí)施例中，可 以對(duì)支承柱40安裝一組附加輪子，支承柱40安裝在框架22上， 以在非操作的位置與如圖6所示的有助于水平移動(dòng)的操作位置 之間樞軸旋轉(zhuǎn)。該車可以裝備負(fù)載測(cè)量表，該負(fù)載測(cè)量表與該 控制器通信，以根據(jù)框架上負(fù)載的變化，調(diào)節(jié)馬達(dá)的輸出。
在特定實(shí)施例中，該輪式車被配置成手車IO，該手車10包 括固定的或者可折疊的底部平板、可折疊的輔助上部平板以及 可拆卸的載貨籃，正如圖7 — 9最佳示出的。該手車的爬梯部件 與上面參考圖1一6描述的爬梯部件相同。現(xiàn)在，參考圖7，它示 出了剛性手車框架22、剛性可折疊上部平板23、平板鉸鏈機(jī)構(gòu) 40、載貨藍(lán)安裝點(diǎn)45、以及下部平板27。更具體地說(shuō)，仍參考 圖7所示的典型實(shí)施例，可折疊上部平板23可以在鉸鏈24上樞軸 旋轉(zhuǎn)，并且可以平行于框架22的方向(見(jiàn)圖9)、或者以垂直于 框架22的方向(見(jiàn)圖7)固定該可折疊上部平板23。因此，可以 看出，為了不再礙事，可以折疊該折疊上部平板(對(duì)著框架22， 如圖9所示)，以便將高負(fù)載裝載在下部平板上，而不受干擾。可以利用其強(qiáng)度和剛性足以承載預(yù)期負(fù)載的任意材料，諸 如鋼材，構(gòu)造各種部件。
現(xiàn)在，參考圖8，示出了圖7和圖9中的手車10具有分別支承 在上部平板23和下部平板27上的上部貨籃12和下部貨籃16。該 貨籃可以容納特殊形狀的或者不穩(wěn)定的負(fù)載，用于安全運(yùn)輸， 而且對(duì)于較大的負(fù)載，可以卸下它。通過(guò)將貨籃的鉤子安裝在 框架上、并允許將貨籃掛在該框架上，上部貨籃12和下部貨籃 16可以被輕而易舉地安裝到框架22上，或者從框架22上卸下。 優(yōu)選地，設(shè)計(jì)下部貨籃16，使其適合裝配在框架22的邊限內(nèi)， 并且避免接觸手車的任何運(yùn)動(dòng)部分。上部貨籃和下部貨籃優(yōu)選 由可以滿足強(qiáng)度要求的重量輕、抗破裂材料構(gòu)成，諸如各種塑 料材料中的一種。
可以看出，雙平板配置允許裝載兩個(gè)負(fù)載，而不必互相在 頂部堆疊。這樣可以防止易碎負(fù)載破裂，并且對(duì)于難以堆疊的 負(fù)載，可以提高穩(wěn)定性。
因此，在圖7 — 9所示的實(shí)施例中，該手車包括平板23，該 平板23安裝在框架22上，以在它靠在手車框架上的非操作位置 與它基本上垂直于手車框架以及基本上平行于手車的載貨平板 27伸出的操作位置之間樞軸旋轉(zhuǎn)。在該操作位置，平板可以用 于支承諸如一箱重貨物的負(fù)載，而無(wú)需堆垛在位于較長(zhǎng)平板上 的貨物上。該平板可以樞軸旋轉(zhuǎn)到非操作位置，以允許在下部 平板27上承載諸如高爾夫包的較大貨物，而不妨礙該平板。另 外，該框架可以配置用于支承一個(gè)或者多個(gè)可拆卸貨籃的安裝 點(diǎn)，每個(gè)可拆卸貨籃均可以用于分別承載貨物，而無(wú)需在該平 板上互相堆垛貨物。例如，下部貨籃16可以承載在下部平板27 上，而大箱子可以承載在被樞軸旋轉(zhuǎn)到操作位置的上部平板23上。
可選擇地，根據(jù)本發(fā)明的輪式車io可以包括一對(duì)安裝在框
架22上的輪罩60a、 60b，在星形組件旋轉(zhuǎn)時(shí)，它們分別在適當(dāng) 位置部分封閉相應(yīng)星形組件20a、 20b，并且將星形組件與鄰近 下部平板27和框架22的、限定的貨物區(qū)域隔離，如圖10最佳所不。
可選擇地，輪式車10可以進(jìn)一步包括支承在框架22上的伸 縮、旋轉(zhuǎn)控制手柄64，如圖10所示。手柄64包括安裝在剛性軸 65上的人體工程學(xué)手柄件63，它既可以旋轉(zhuǎn)，又可以從安裝到 手車的框架上的金屬管可伸縮地伸出。用戶可以將手柄64調(diào)節(jié) 到要求的任何高度。然后，可以利用諸如彈簧偏壓卡銷機(jī)構(gòu)、 夾緊裝置等的傳統(tǒng)鎖定機(jī)構(gòu)，鎖定手柄件63和伸縮軸65，以便 進(jìn)一步防止直線伸出或者縮回，而仍允許旋轉(zhuǎn)發(fā)生。當(dāng)爬上梯 階或者下爬梯階時(shí)，由于允許用戶站在該單元的任何一側(cè)，而 不必以某個(gè)不舒服的角度握著手柄，所以該旋轉(zhuǎn)特性使得更容 易使用。用戶接口控制線通過(guò)空心手柄件和/或者空心軸65延 伸。利用機(jī)械制動(dòng)器，該手柄可以被限定到僅旋轉(zhuǎn)120度，從而 防止內(nèi)部導(dǎo)線被過(guò)度扭轉(zhuǎn)或者被破壞。
因此，可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的車的特征，即，通過(guò)利用采 用了磁或者其他絕對(duì)角位置傳感器、控制器和主驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的反 饋系統(tǒng)，使星形組件以確定角度相對(duì)于框架固定，例如，鎖定 或者保持。不需要銷釘、聯(lián)桿或者其它機(jī)械鎖定機(jī)構(gòu)，這樣降 低了發(fā)生斷裂的可能性。
根據(jù)本發(fā)明特定實(shí)施例的車的另一個(gè)特征是，下降階段可 變速、基于夾角制動(dòng)。當(dāng)下爬梯階時(shí)，星形組件具有固有不穩(wěn) 定的角范圍/角區(qū)域。在這些區(qū)域中，在某些條件下，傳統(tǒng)星形組件可以滑離梯階的邊緣，而非同步旋轉(zhuǎn)到它們下面。根據(jù)本 發(fā)明，絕對(duì)角位置傳感器檢測(cè)星形組件的位置，并且當(dāng)在預(yù)編 程的控制器確定的這些區(qū)域內(nèi)、該控制器主動(dòng)加速星形組件通 過(guò)該不穩(wěn)定區(qū)域時(shí)，可以顯著減小滑離該梯階的邊緣的風(fēng)險(xiǎn)。 該特征顯著提髙了使用該產(chǎn)品的安全性和簡(jiǎn)易性，這對(duì)于三輪 星形組件尤其有用，可以令人滿意地滿足非專業(yè)用戶的期望。
根據(jù)本發(fā)明的車的另一個(gè)特征是集成的可變接合離合器和 制動(dòng)系統(tǒng)。該離合器可以將輪子鎖定到與手車框架相同的基準(zhǔn) 框架，或者可以允許它們自由自旋。在爬升模式或者下爬模式 下，離合器系統(tǒng)主要用于提供附加驅(qū)動(dòng)牽引力，以推動(dòng)手車爬 上梯階，而不滑離或者在原地跳動(dòng)。該離合器還用作制動(dòng)器， 以將手車鎖定到梯階上，如果用戶停止在爬上或下爬時(shí)的某個(gè) 位置，則這樣可以減小手車滑離的可能性。該離合器是電磁的， 并且它完全由控制器控制，不需要用戶控制。
另一個(gè)特征包括可拆卸載貨藍(lán)和雙平板載貨系統(tǒng)。所有星 形組件設(shè)計(jì)都必須防止負(fù)載碰撞或者纏住旋轉(zhuǎn)的輪子組件。根 據(jù)本發(fā)明，該車可以包括輪子保護(hù)罩和裝配在兩個(gè)星形組件之 間的載貨藍(lán)，確保適當(dāng)分離。這些貨籃可以用于裝載雜貨、要 洗的衣物或者任意其它典型家庭用品。在將上部平板折疊起來(lái)， 不再礙事的情況下，雙平板系統(tǒng)允許將細(xì)高負(fù)載裝載在下部平 板上，而寬的負(fù)載只能裝載在上部平板上，以確保該負(fù)載離開(kāi) 旋轉(zhuǎn)的輪子組件。
盡管在此描述了本發(fā)明原理，但是本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人 員明白，僅作為例子進(jìn)行該描述，而并不限制本發(fā)明的范圍。 因此，所附權(quán)利要求書(shū)意在包括落入本發(fā)明實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)的本發(fā) 明的所有修改。
權(quán)利要求
1.一種爬梯輪式車，包括剛性框架，支承轉(zhuǎn)軸；一對(duì)星形組件，可旋轉(zhuǎn)地支承在所述軸的相對(duì)兩端的相鄰處，所述一對(duì)星形組件中的每個(gè)星形組件支承多個(gè)轉(zhuǎn)輪，所述多個(gè)轉(zhuǎn)輪被連接以同步旋轉(zhuǎn)；角位置傳感器，支承在所述框架上的適當(dāng)位置，以測(cè)量所述一對(duì)星形組件中的一個(gè)星形組件相對(duì)于所述框架的角位置；以及電動(dòng)馬達(dá)，支承在所述框架上，并且被可操作地連接，以驅(qū)動(dòng)所述一對(duì)星形組件旋轉(zhuǎn)；電源，支承在所述框架上，被可操作地連接到所述電動(dòng)馬達(dá)；以及控制器，支承在所述框架上，并且被可操作地連接到所述角位置傳感器和所述電源，以使所述電動(dòng)馬達(dá)對(duì)所述一對(duì)星形組件施加變化的轉(zhuǎn)矩，從而根據(jù)從所述角位置傳感器收到的輸入，使所述一對(duì)星形組件保持在所選擇的相對(duì)于所述框架的所述星形組件角位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的車，進(jìn)一步包括 角速度傳感器，被配置成測(cè)量所述軸的旋轉(zhuǎn)角速度，所述角速度傳感器被可操作地連接到所述控制器，所述控制器被配 置成從所述角速度傳感器接收輸入，并且對(duì)所述一對(duì)星形組件 施加變化轉(zhuǎn)矩，以使所述車以基本上勻速轉(zhuǎn)速沿梯階下爬。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的車，迸一步包括 光學(xué)傳感器，支承在所述框架上，所述光學(xué)傳感器被可操作地連接到所述控制器，所述控制器被配置成從所述光學(xué)傳感器接收輸入，并且僅當(dāng)所述光學(xué)傳感器檢測(cè)到鄰近梯階時(shí)，使 所述馬達(dá)驅(qū)動(dòng)所述一對(duì)星形組件旋轉(zhuǎn)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的車，進(jìn)一步包括一對(duì)光學(xué)傳感器，支承在所述框架上，所述一對(duì)光學(xué)傳感 器被可操作地連接到所述控制器，所述控制器被配置成從所述 光學(xué)傳感器對(duì)接收輸入，并且僅當(dāng)兩個(gè)所述光學(xué)傳感器同時(shí)檢 測(cè)到鄰近梯階時(shí)，使所述馬達(dá)驅(qū)動(dòng)所述一對(duì)星形組件旋轉(zhuǎn)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的車，進(jìn)一步包括 變力致動(dòng)器，可以由從所述控制器收到的控制信號(hào)操作，以選擇性地使離合器接合和分離，該離合器可以被操作以利用 機(jī)械方式將所述星形組件的所述輪子連接到所述馬達(dá)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的車，進(jìn)一步包括多個(gè)控制開(kāi)關(guān)，可以被用戶操作，所述多個(gè)控制開(kāi)關(guān)可以 被用戶選擇，以選擇所述車的工作模式，所述控制器存儲(chǔ)每種 工作模式的微處理器可執(zhí)行指令，所述指令提供根據(jù)從所述角 位置傳感器收到的輸入的、用于控制所述馬達(dá)的指令。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的車，其中可以操作所述多個(gè)控制 開(kāi)關(guān)、以選擇移動(dòng)模式，所述控制器存儲(chǔ)用于識(shí)別對(duì)應(yīng)于所述 移動(dòng)模式的預(yù)定角位置的數(shù)據(jù)，所述控制器控制所述馬達(dá)以使 所述星形組件旋轉(zhuǎn)到所述預(yù)定角位置中的一個(gè)預(yù)定角位置來(lái)響 應(yīng)對(duì)移動(dòng)模式的選擇，并且使所述星形組件保持在所述預(yù)定角 位置中的所述一個(gè)預(yù)定角位置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的車，其中可以操作所述多個(gè)控制開(kāi)關(guān)以選擇爬升模式，所述控制器存儲(chǔ)用于識(shí)別對(duì)應(yīng)于所述爬 升模式的預(yù)定角位置的數(shù)據(jù)，所述控制器控制所述馬達(dá)以使所 述星形組件旋轉(zhuǎn)到所述預(yù)定角位置中的一個(gè)預(yù)定角位置來(lái)響應(yīng)對(duì)爬升模式的選擇，并且使所述星形組件保持在所述預(yù)定角位 置中的所述一個(gè)預(yù)定角位置。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的車，其中所述控制器控制所述變 力致動(dòng)器以使離合器接合，從而利用機(jī)械方式將所述馬達(dá)連接 到所述星形組件的所述輪子。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的車，其中可以操作所述多個(gè)控制開(kāi)關(guān)，以選擇停止模式，所述控制器存儲(chǔ)用于識(shí)別對(duì)應(yīng)于所 述停止模式的預(yù)定角位置的數(shù)據(jù)，所述控制器控制所述馬達(dá)以 使所述星形組件旋轉(zhuǎn)到所述預(yù)定角位置中的一個(gè)預(yù)定角位置來(lái) 響應(yīng)對(duì)停止模式的選擇，并且使所述星形組件保持在所述預(yù)定 角位置中的所述一個(gè)預(yù)定角位置。
11. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的車，其中可以操作所述多個(gè)控 制開(kāi)關(guān)，以選擇下爬模式，所述控制器存儲(chǔ)用于識(shí)別對(duì)應(yīng)于所 述下爬模式的預(yù)定角位置的數(shù)據(jù)，所述控制器控制所述馬達(dá)以 使所述星形組件旋轉(zhuǎn)到所述預(yù)定角位置中的一個(gè)預(yù)定角位置來(lái) 響應(yīng)對(duì)停止模式的選擇，并且使所述星形組件保持在所述預(yù)定 角位置中的所述一個(gè)預(yù)定角位置。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的車，其中所述控制器控制所述 變力致動(dòng)器以使離合器分離，從而利用機(jī)械方法使所述馬達(dá)與 所述星形組件的所述輪子斷開(kāi)，所述控制器進(jìn)一步存儲(chǔ)識(shí)別對(duì) 應(yīng)于所述下爬模式的預(yù)定不穩(wěn)定角范圍的數(shù)據(jù)，所述控制器控 制同一個(gè)馬達(dá)使所述星形組件加速旋轉(zhuǎn)通過(guò)所述預(yù)定不穩(wěn)定角 范圍，從而響應(yīng)對(duì)下爬模式的選擇。
13. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的車，其中所述控制器控制所述 馬達(dá)和所述變力致動(dòng)器以使所述馬達(dá)在爬上方向?qū)λ鲆粚?duì)星 形組件施加轉(zhuǎn)矩，從而響應(yīng)對(duì)下爬模式的選擇。
14. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的車，進(jìn)一步包括支承柱，用于支承轉(zhuǎn)輪，所述支承柱可樞軸旋轉(zhuǎn)到操作位 置，在該操作位置，所述轉(zhuǎn)輪接觸地面，并且與所述星形組件 的輪子配合，將所述車支承在直立位置。
15. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的車，進(jìn)一步包括 下部主平板，支承在所述框架上的適當(dāng)位置，用于承載負(fù)載；以及上部輔助平板，支承在所述突出物上方的所述框架上的適 當(dāng)位置，用于承載第二負(fù)載，所述輔助平板安裝在該框架上以 在非操作位置和操作用位置之間樞軸旋轉(zhuǎn)，其中所述非操作位 置鄰近所述框架，而當(dāng)所述輔助平板處于所述操作用位置時(shí)所 述輔助平板基本上垂直于所述框架延伸。
16. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的車，進(jìn)一步包括 貨籃，可拆卸地支承在所述框架上。
17. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的車，進(jìn)一步包括 一對(duì)輪罩，支承在該框架上的適當(dāng)位置，以便在星形組件繞所述軸旋轉(zhuǎn)期間，至少部分地封閉各自的星形組件。
18. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的車，進(jìn)一步包括手柄件，支承在所述框架上，所述手柄件被支承在伸縮軸 上，該伸縮軸可以繞其縱軸旋轉(zhuǎn)，所述多個(gè)控制開(kāi)關(guān)安裝在所 述手柄件上。
19. 一種爬梯輪式車的操作方法，所述方法包括 提供輪式車，該輪式車包括剛性框架，支承可旋轉(zhuǎn)的軸；一對(duì)星形組件，可旋轉(zhuǎn)地支承在所述軸的相對(duì)兩端的 相鄰處，所述一對(duì)星形組件中的每個(gè)星形組件支承多個(gè)轉(zhuǎn)輪，所述多個(gè)轉(zhuǎn)輪被連接以同步旋轉(zhuǎn)；角位置傳感器，支承在所述框架上的適當(dāng)位置，以測(cè) 量所述一對(duì)星形組件中的一個(gè)星形組件相對(duì)于所述框架的角位 置；以及電動(dòng)馬達(dá)，支承在所述框架上，并且被可操作地連接， 以驅(qū)動(dòng)所述一對(duì)星形組件旋轉(zhuǎn)；電源，支承在所述框架上，被可操作地連接到所述電 動(dòng)馬達(dá)；以及控制器，支承在所述框架上，并且被可操作地連接到 所述角位置傳感器和所述電源；操作所述角位置傳感器，以重復(fù)測(cè)量所述一對(duì)星形組件中 的一個(gè)星形組件的相對(duì)于所述框架的角位置；以及根據(jù)所述角位置傳感器所做的測(cè)量，控制所述電動(dòng)馬達(dá)， 以對(duì)所述一對(duì)星形組件施加變化的轉(zhuǎn)矩，從而使所述一對(duì)星形 組件保持在所選擇的相對(duì)于所述框架的角位置。
20. —種爬梯輪式車的操作方法，所述方法包括 提供輪式車，該輪式車包括剛性框架，支承可旋轉(zhuǎn)的軸；一對(duì)星形組件，可旋轉(zhuǎn)地支承在所述軸的相對(duì)兩端的 相鄰處，所述一對(duì)星形組件中的每個(gè)星形組件支承多個(gè)轉(zhuǎn)輪， 所述多個(gè)轉(zhuǎn)輪被連接以同步旋轉(zhuǎn)；角位置傳感器，支承在所述框架上的位置，以測(cè)量所 述一對(duì)星形組件中的一個(gè)星形組件相對(duì)于所述框架的角位置； 以及電動(dòng)馬達(dá)，支承在所述框架上，并且被可操作地連接， 以驅(qū)動(dòng)所述一對(duì)星形組件旋轉(zhuǎn)；電源，支承在所述框架上，被可操作地連接到所述電動(dòng)馬達(dá)；多個(gè)控制開(kāi)關(guān)，可以被用戶操作，所述多個(gè)控制開(kāi)關(guān)可以被用戶選擇，以選擇所述車的工作模式；控制器，支承在所述框架上，并且被可操作地連接到所述角位置傳感器和所述電源，所述控制器存儲(chǔ)一組用于多種工作模式中的每種工作模式的微處理器可執(zhí)行指令，每組指令提供用于控制所述馬達(dá)的指令；接收用戶通過(guò)操作所述多個(gè)控制開(kāi)關(guān)選擇的工作模式； 操作所述角位置傳感器，以重復(fù)測(cè)量所述一對(duì)星形組件中的一個(gè)星形組件的相對(duì)于所述框架的角位置；以及根據(jù)所述用戶選擇所述模式的所述指令組的規(guī)定，控制所述電動(dòng)馬達(dá)，以對(duì)所述一對(duì)星形組件施加變化的轉(zhuǎn)矩，從而使所述一對(duì)星形組件旋轉(zhuǎn)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述一組指令組保證使所述星形組件旋轉(zhuǎn)到預(yù)定角位置，所述控制器根據(jù)所述角 位置傳感器所做的測(cè)量控制所述馬達(dá)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中接收用戶選擇工作模式包括接收用戶選擇下爬模式，并且其中所述一組指令提供 使所述控制器加速旋轉(zhuǎn)所述星形組件通過(guò)預(yù)定不穩(wěn)定角范圍的 指令。
全文摘要
輪式車包括用于爬上梯階和下爬梯階的電源驅(qū)動(dòng)星形組件。該車包括角位置傳感器，它將輸入送到控制器，可以操作該控制器，以控制伺服馬達(dá)，從而有效鎖定該星形相對(duì)于該框架的位置，而無(wú)需考慮該手車相對(duì)于垂直面的空間取向、或者該手車的平衡。該角位置傳感器將輸入送到該控制器，該控制器設(shè)定了預(yù)定不穩(wěn)定角區(qū)域，并且當(dāng)輪式車處于下爬模式時(shí)，控制器使該星形加速旋轉(zhuǎn)通過(guò)這些區(qū)域，從而避免該手車不穩(wěn)定。手車可以包括可拆卸貨籃和/或者用于輸送負(fù)載的可樞軸旋轉(zhuǎn)的平板。
文檔編號(hào)B62B9/00GK101622169SQ200880006386
公開(kāi)日2010年1月6日 申請(qǐng)日期2008年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月12日
發(fā)明者史提芬·加馬拉, 米高·楊, 約瑟·沙羅漢 申請(qǐng)人:斯甘有限責(zé)任公司