一種基于雙圓弧諧波齒輪傳動的電動輪椅用驅(qū)動機構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于雙圓弧諧波齒輪傳動的電動輪椅用驅(qū)動機構(gòu)，包括與電動輪椅驅(qū)動輪相連接的電機和與電機相連接的電源，其特征在于：在所述電機與電動輪椅驅(qū)動輪之間設(shè)置有雙圓弧諧波齒輪傳動，雙圓弧諧波齒輪傳動包括波發(fā)生器、鋼輪和柔輪；所述鋼輪和柔輪具有能實現(xiàn)共軛運動的雙圓弧齒廓；所述波發(fā)生器為橢圓凸輪波發(fā)生器。采用上述結(jié)構(gòu)后，上述雙圓弧諧波齒輪傳動能有效改善柔輪齒根的應(yīng)力狀況和傳動嚙合質(zhì)量，減小體積，提高承載能力和扭轉(zhuǎn)剛度，減小最小傳動比，從而使電動輪椅驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)矩增加，故使電動輪椅能夠很容易地在破路上運行或者能方便地登臺階，操作方便，尤其對于殘障人士，能夠很簡便地單獨操作。
【專利說明】一種基于雙圓弧諧波齒輪傳動的電動輪椅用驅(qū)動機構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種電動輪椅的驅(qū)動裝置，特別是一種基于雙圓弧諧波齒輪傳動的電動輪椅用驅(qū)動機構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)今社會，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，使得人類正在向人工智能領(lǐng)域不斷發(fā)展。早前的手動輪椅已被現(xiàn)在的電動輪椅所替代，現(xiàn)有電動輪椅，疊加有高性能動力驅(qū)動裝置、智能操縱裝置、電池等部件，具備人工操縱智能控制器，就能驅(qū)動輪椅完成前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)向、站立、平躺、等多種功能的新一代智能化輪椅，是現(xiàn)代精密機械、智能數(shù)控、工程力學(xué)等領(lǐng)域相結(jié)合的聞新科技廣品。
[0003]然而，現(xiàn)在的電動輪椅也仍有很多技術(shù)需待改進(jìn)，具體如下:
[0004]現(xiàn)有電動輪椅的傳動系統(tǒng)主要是直接將電動機的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩傳給電動輪椅的驅(qū)動軸，促使電動輪椅運行，這種方式大大降低了電動輪椅的驅(qū)動軸轉(zhuǎn)矩，當(dāng)電動輪椅需要爬坡或者登臺階時，具有一定難度，尤其對于殘障人士，在單獨出行的情況下，會產(chǎn)生諸多的不便。在此技術(shù)背景下，我們需要給電動輪椅增加一個減速機裝置，提高其輪子的轉(zhuǎn)矩。但普通減速機的體積大、重量大，且傳動扭矩小。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種轉(zhuǎn)矩大、承載能力強、體積小，且能夠在破路或者登臺階等環(huán)境下仍方便使用的基于雙圓弧諧波齒輪傳動的電動輪椅用驅(qū)動機構(gòu)。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是:
[0007]—種基于雙圓弧諧波齒輪傳動的電動輪椅用驅(qū)動機構(gòu)，包括與電動輪椅驅(qū)動輪相連接的電機和與電機相連接的電源，其特征在于:在所述電機與電動輪椅驅(qū)動輪之間設(shè)置有雙圓弧諧波齒輪傳動，雙圓弧諧波齒輪傳動包括波發(fā)生器、鋼輪和柔輪；所述鋼輪和柔輪具有能實現(xiàn)共軛運動的雙圓弧齒廓；所述波發(fā)生器為橢圓凸輪波發(fā)生器。
[0008]所述電動輪椅驅(qū)動輪為兩個電動輪椅后輪，每個電動輪椅后輪連接一個電機，每個電動輪椅后輪與對應(yīng)電機之間均設(shè)置有一個雙圓弧諧波齒輪傳動。
[0009]連接兩個所述電動輪椅后輪的兩個電機的速度不同，兩個電機之間的差速能控制電動輪椅的運動方向。
[0010]所述電機為無刷電機。
[0011]所述電源為鋰電池。
[0012]本實用新型采用上述結(jié)構(gòu)后，上述雙圓弧諧波齒輪傳動能有效改善柔輪齒根的應(yīng)力狀況和傳動哨合質(zhì)量，減小體積，提聞承載能力和扭轉(zhuǎn)剛度，減小最小傳動比，從而使電動輪椅驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)矩增加，故使電動輪椅能夠很容易地在破路上運行或者能方便地登臺階，操作方便，尤其對于殘障人士，能夠很簡便地單獨操作。另外，橢圓凸輪波發(fā)生器能使柔輪與剛輪的嚙合達(dá)到理想狀態(tài)，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，精度高，效率高，從而使電動輪椅能平穩(wěn)地在顛簸路面上行駛。進(jìn)一步，無刷電機能使電動輪椅的運行噪音小，工作壽命長，維護(hù)成本低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本實用新型一種基于雙圓弧諧波齒輪傳動的電動輪椅用驅(qū)動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2顯示了雙圓弧諧波齒輪傳動的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖3顯示了鋼輪的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖4顯示了柔輪的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖5顯示了波發(fā)生器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖6顯示了雙圓弧諧波齒輪傳動中的雙圓弧齒形圖。
[0019]其中有:1.電動輪椅前輪；2.電動輪椅后輪；3.電源；4.驅(qū)動器；5.電機；6.雙圓弧諧波齒輪傳動；7.波發(fā)生器；8.鋼輪；9.柔輪；10.雙圓弧齒廓。

【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和具體較佳實施方式對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0021]電動輪椅通常包括兩個電動輪椅前輪I和兩個電動輪椅后輪2，故電動輪椅的驅(qū)動方式有三種，即:兩個電動輪椅前輪I為驅(qū)動輪，兩個電動輪椅后輪2為驅(qū)動輪，以及兩個電動輪椅前輪I和兩個電動輪椅后輪2同時為驅(qū)動輪。
[0022]本實施例中，為使電動輪椅能適應(yīng)各種不利地面，如顛簸路面、沙地或雪地等，故選擇兩個電動輪椅后輪2作為驅(qū)動輪，下面就以兩個電動輪椅后輪2作為驅(qū)動輪的情況，對本申請做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0023]如圖1所不,一種基于雙圓弧諧波齒輪傳動的電動輪椅用驅(qū)動機構(gòu),包括兩個電機5、與兩個電機5相連接的電源3、設(shè)置于電源3與每個電機5之間的驅(qū)動器4和兩個設(shè)置于電機5和電動輪椅后輪2之間的雙圓弧諧波齒輪傳動6。驅(qū)動器4能控制電機5的啟動和停止等/[目號。
[0024]如圖2所示，每個雙圓弧諧波齒輪傳動6包括波發(fā)生器7、鋼輪8和柔輪9。其組合原理一般以鋼輪8固定,波發(fā)生器7作為輸入機構(gòu),柔輪9作為輸出機構(gòu)。由于雙圓弧諧波齒輪傳動6是靠柔輪9的彈性變形來傳遞運動和動力的，所以柔輪9因受反復(fù)的彈性變形而易發(fā)生疲勞破壞。為了最大限度的降低反復(fù)變性對柔輪9的傷害， 申請人:提出了:在鋼輪8和柔輪9上設(shè)置如圖3和圖4所示的能實現(xiàn)共軛運動的雙圓弧齒廓10。該雙圓弧齒廓10，可以有效地改善柔輪9齒根的應(yīng)力狀況和傳動嚙合質(zhì)量，減小體積，提高承載能力和扭轉(zhuǎn)剛度，減小最小傳動比，提高傳動系統(tǒng)動態(tài)性能。
[0025]雙圓弧齒廓10，可以保證柔輪9在剛輪8齒槽的嚙入嚙出過程中，雙圓弧齒廓10始終處于共軛運動狀態(tài)，特別在嚙合過程中，存在一段柔輪9凸齒廓和凹齒廓分別與剛輪8凹齒廓和凸齒廓同時處于共軛運動的雙共軛嚙合區(qū)間。這對于提高雙圓弧諧波齒輪傳動6的扭轉(zhuǎn)剛度具有重要作用。
[0026]由于電動輪椅基本為殘障人士或腿腳不便人員使用，故電動輪椅作為代步工具，要求速度要較為緩慢。而雙圓弧諧波齒輪傳動6，減速比大，正好能對電動輪椅的運行速度進(jìn)行限制，從而使電動輪椅的使用更加安全。
[0027] 申請人:利用三洋電機對本申請的雙圓弧諧波齒輪傳動6進(jìn)行性能測試。按照實際要求尺寸設(shè)計的雙圓弧諧波齒輪傳動6樣機與配套的電機組裝好。然后，分別在50r/min，100r/min, 500r/min, 1000r/min, 1500r/min, 2000r/min, 3000r/min 時測試裝上電機后的雙圓弧諧波齒輪傳動6的聲音和運轉(zhuǎn)的順暢度。實驗結(jié)果表明在1500r/min的速度下仍沒有噪音產(chǎn)生，且運行平穩(wěn)。在1500r/min速度下，雙圓弧諧波齒輪傳動6的雙圓弧齒形圖，如圖6所示。從圖中可以看出，諧波運轉(zhuǎn)的順暢度很好，且不存在回彈現(xiàn)象。
[0028]同時， 申請人:對雙圓弧諧波齒輪傳動6與漸開線諧波齒輪傳動進(jìn)行了扭轉(zhuǎn)剛度的試驗對比，試驗結(jié)果為:在卸載段，隨著負(fù)載扭矩的減小，雙圓弧諧波齒輪傳動6的扭轉(zhuǎn)剛度比漸開線諧波齒輪傳動增加28% ~ 66% ；在加載段，隨著負(fù)載扭矩的增大，雙圓弧諧波齒輪傳動6的扭轉(zhuǎn)剛度比漸開線諧波齒輪傳動增加20% ~ 42%。
[0029]上述試驗結(jié)果表明，雙圓弧諧波齒輪傳動6的扭轉(zhuǎn)剛度比漸開線諧波齒輪傳動至少增加20%。在小負(fù)載范圍內(nèi)，至少增加42%，特別在卸載段，可達(dá)60%以上。采用雙圓弧諧波齒輪傳動6，可以提高諧波齒輪傳動系統(tǒng)的動態(tài)性能。
[0030]另外，上述波發(fā)生器7優(yōu)選為橢圓凸輪波發(fā)生器。這種波發(fā)生器可以使柔輪9與剛輪8的嚙合達(dá)到理想狀態(tài)，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，精度高，效率也較高。
[0031]作為進(jìn)一步改進(jìn)，連接兩個電動輪椅后輪2的兩個電機5的速度不同，兩個電機5之間的差速能控制電動輪椅的運動方向。也即采用電機5差速控制輪椅方向，當(dāng)左側(cè)電機5的速度小于右側(cè)電機5的時候，電動輪椅向左行駛；當(dāng)左側(cè)電機5的速度大于右側(cè)電機5的時候，電動輪椅向右行駛；當(dāng)兩個電機5速度一樣的時候，電動輪椅將保持直線行駛。
[0032]作為進(jìn)一步改進(jìn)，上述電機5優(yōu)選為無刷電機，電源3優(yōu)選為鋰電池。無刷電機的使用，能使電動輪椅的運行噪音小，工作壽命長，維護(hù)成本低。上述鋰電池的使用，能使電動輪椅滿足在室內(nèi)室外都能運行的要求。
【權(quán)利要求】
1.一種基于雙圓弧諧波齒輪傳動的電動輪椅用驅(qū)動機構(gòu)，包括與電動輪椅驅(qū)動輪相連接的電機和與電機相連接的電源，其特征在于:在所述電機與電動輪椅驅(qū)動輪之間設(shè)置有雙圓弧諧波齒輪傳動，雙圓弧諧波齒輪傳動包括波發(fā)生器、鋼輪和柔輪；所述鋼輪和柔輪具有能實現(xiàn)共軛運動的雙圓弧齒廓；所述波發(fā)生器為橢圓凸輪波發(fā)生器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙圓弧諧波齒輪傳動的電動輪椅用驅(qū)動機構(gòu)，其特征在于:所述電動輪椅驅(qū)動輪為兩個電動輪椅后輪，每個電動輪椅后輪連接一個電機，每個電動輪椅后輪與對應(yīng)電機之間均設(shè)置有一個雙圓弧諧波齒輪傳動。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于雙圓弧諧波齒輪傳動的電動輪椅用驅(qū)動機構(gòu)，其特征在于:連接兩個所述電動輪椅后輪的兩個電機的速度不同，兩個電機之間的差速能控制電動輪椅的運動方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙圓弧諧波齒輪傳動的電動輪椅用驅(qū)動機構(gòu)，其特征在于:所述電機為無刷電機。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙圓弧諧波齒輪傳動的電動輪椅用驅(qū)動機構(gòu)，其特征在于:所述電源為鋰電池。
【文檔編號】A61G5/06GK204246359SQ201420715207
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月25日
【發(fā)明者】袁安富, 林森 申請人:南京信息工程大學(xué)