阅读说明：本技术 用于手动轮椅的可卸除式动力辅助系统 (Removable power assist system for a hand-propelled wheelchair ) 是由 E·佩斯金 V·讷格尔 A·威尔逊 J·斯莱文 于 2019-04-26 设计创作，主要内容包括：公开了一种用于将手动轮椅转换成电子轮椅的装置。所述装置包含操纵杆、通信单元、电机、可缩回式摩擦辊、接合单元和电源。所述操纵杆可操作地连接到通信单元。所述通信单元可操作地连接到电机。所述电机包含连接到转子的轴杆。所述可缩回式摩擦辊装配在所述轴杆上。所述辊被放置成与手动轮椅的车轮接触。所述接合单元附接到所述手动轮椅以可拆卸地附接所述摩擦辊和所述车轮。所述电源可操作地连接到所述电机和所述操纵杆。(An apparatus for converting a manual wheelchair into an electronic wheelchair is disclosed. The device includes a joystick, a communication unit, a motor, a retractable friction roller, an engagement unit, and a power source. The joystick is operatively connected to a communication unit. The communication unit is operatively connected to the motor. The motor includes a shaft connected to a rotor. The retractable friction roller is mounted on the shaft. The rollers are placed in contact with the wheels of the manual wheelchair. The engagement unit is attached to the manual wheelchair to detachably attach the friction roller and the wheel. The power source is operatively connected to the motor and the joystick.)

用于手动轮椅的可卸除式动力辅助系统

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年4月27日提交的第62/663,289号美国临时申请的优先权，所述临时申请的全部内容的全文以引用的方式并入本文。

背景技术

本申请大体上涉及一种用于手动轮椅的可卸除式动力辅助系统，且更明确地说涉及一种用于将手动轮椅转换或改装成电动轮椅的装置。

2011年，据估计有270万美国人定期使用轮椅；比起1995年的180万有所上升。根据2011年的人口普查，有46,000,000名美国人残疾人士正在接受基于收入的援助。在所述群组中，有18.2％的人报告了步行困难。还存在一些人暂时需要轮椅，例如2-12个月，并且他们宁愿不花钱购买电子轮椅，即使是它比手动轮椅更受青睐。

电子轮椅和所属领域的许多创新非常昂贵；并且最昂贵的手动轮椅和最便宜的电子轮椅之间存在巨大的价格差，其范围常常在数千美元之间。除了成本之外，电动轮椅的其它限制还包含：便携性(可折叠)；重量；以及结构主体。市场上存在用于将手动轮椅转换成电子轮椅的装置，但它们有缺陷，使得其无法由坐在椅子上的终端使用者安装，并且它们笨重、不便于携带、具有用于推进系统的不良表面接触和/或无法在不将装置从椅子上拆除的情况下分离。

所需要的是一种用于将手动轮椅转换成电力驱动系统的装置，所述装置具有成本效益、便于携带、易于安装和使用、重量轻、可从电动到手动交替地转换而无需拆除所述装置。所述装置应适用于现有手动轮椅而无需专业安装。

发明内容

根据本发明的教示，提供了一种用于将手动轮椅转换成电子轮椅的装置。本文中描述了一种被配置成附接到手动轮椅的手动轮椅附属装置，所述手动轮椅附属装置将把所述手动轮椅转换成电动轮椅，同时仍然保持手动轮椅提供的优点。所述装置包含附连到标准手动轮椅的可附接电源。

在一个实施例中，本发明提供了一种装置，其具有操纵杆、通信单元、一个或两个电机、一个或两个可缩回式摩擦辊、接合单元和一个或两个电源。所述操纵杆可操作地连接到通信单元。所述通信单元可操作地连接到一个或两个电机。每个电机包含连接到转子的轴杆。可缩回式摩擦辊装配在所述轴杆上。所述辊被放置成与手动轮椅的车轮接触。所述接合单元附接到所述手动轮椅以将所述摩擦辊可拆卸地附接到所述车轮。所述电源可操作地连接到所述电机和所述操纵杆。

在一个实施例中，本发明提供了可操作地连接到所述通信单元和所述电源的第二电机。所述通信单元可操作地连接到所述操纵杆。所述第二电机包含连接到第二转子的第二轴杆。此实施例包含装配在所述第二轴杆上的第二摩擦辊。所述第二辊被放置成与所述手动轮椅的第二车轮接触以促进电动运动。在另一个实施例中，所述操纵杆可以可操作地连接到所述转子并可操作地可编程以生成用于所述电机的命令。

本发明容易将手动轮椅转换成电动智能轮椅。本发明的特征包含：1)使用所述摩擦辊与所述车轮的接触以生成引导力；2)能够使所述摩擦辊与所述轮椅的所述车轮接合和分离，这允许使用者在所述装置被分离但仍然附接到所述轮椅时通过手动推进来推进所述轮椅—如果电池或电机停止起作用，则此特征必不可少；3)能够在装置附接到所述轮椅的情况下折叠所述轮椅，而不更改标准手动轮椅的折叠或由所述标准手动轮椅占据的正常空间；4)单元便携性。在一个实施例中，所述装置包含安全保护装置以防止使用者的手指陷入所述电机或齿轮中。在另一个实施例中，所述电机是双向的并彼此独立，使得附接到每个轮椅车轮的所述电机可以转向相反方向并使所述轮椅在原位旋转。使用本发明，急性和长期护理轮椅公司和个人使用者两者均可负担得起将其设备和护理标准提高到更高的专业水平。

附图说明

图1示出了根据本发明的实施例的装置的框图。

图2示出了根据本发明的实施例的附接到手动轮椅的装置的侧视图。

图3示出了根据本发明的实施例的附接到手动轮椅的装置的俯视透视图。

图4示出了根据本发明的另一个实施例的接合单元的透视图。

图5示出了根据本发明的另一个实施例的装置的透视图。

具体实施方式

尽管公开了本公开的各个实施例，但应理解，其仅作为示例呈现，并且不意图为限制性的。类似地，附图和图解描绘了本发明的结构或架构示例或替代配置，其被提供以辅助理解本发明的各个实施例的特征和功能，但并不意图为限制性的。可以所属领域的普通技术人员已知的多种方式来实施和/或更改所述实施例和特征。

图1示出了根据本发明的一个实施例的装置100的框图。在此实施例中，装置100包含操纵杆102、至少一个可缩回式摩擦辊104，以及相关联的接合单元106和电源108。操纵杆102可操作地连接到通信单元110。结合本发明的图2和图3详细地阐释操纵杆102。

通信单元110可操作地连接到电机112。结合本发明的图2详细地阐释通信单元110。电机112包含轴杆114和转子116。结合本发明的图3详细地阐释电机112。结合本发明的图4详细地展示和阐释轴杆114。

可缩回式摩擦辊104装配在轴杆114上。在装置100的操作期间，可缩回式摩擦辊104被安放成与手动轮椅202(图2中展示)的至少一个车轮206(图2中展示)接触。结合本发明的图3和图4详细地阐释可缩回式摩擦辊104。

接合单元106附接到轮椅202(图2中展示)以可拆卸地附接可缩回式摩擦辊104和车轮(图2中展示)。结合本发明的图3、图4和图5详细地阐释接合单元106。电源108可操作地连接到电机112和操纵杆102。结合本发明的图5详细地展示和阐释电源108。装置100将手动轮椅202转换成自动轮椅。

图2示出了附接到手动轮椅202的装置100的一个实施例的侧视图。操纵杆102允许使用者控制电机112(图2中展示)的方向和速度。在实施例中，操纵杆102附接到手动轮椅202的臂204。

在一个实施例中，使用者能够使用操纵杆102控制装置100的方向、移动和速度。更具体地说，轮椅202的车轮206的移动和速度由终端使用者使用操纵杆102和通信单元110(图3中展示)来控制。

在一个实施例中，操纵杆102是可编程的，并被启用以存储用于控制电机112(图1中展示)的速度和方向的指令。操纵杆102从电源108(图1中展示)接收电力。已知的是使用电池供电的操纵杆来控制电动轮椅。

在一个实施例中，电源108是电池。电池可以可再充电，例如但不限于使用普通的110V或220V充电器。可以与此装置一起工作的样本电池包含但不限于一次电池(不可充电)以及例如锂离子(Li离子)、镍镉(Ni-Cd)、镍金属氢化物(Ni-MH)和铅酸的二次电池。

图3示出了根据本发明的实施例的附接到手动轮椅202的装置100的俯视透视图。在此配置中，可缩回式摩擦辊104装配在轴杆114(图1中展示)上并通过激活电机112来旋转。

在一个实施例中，所述装置包含具有摩擦表面的无刷轮毂电机。可以使用的电机类型包含但不限于齿轮轮毂电机、有刷轮毂电机、无刷齿轮轮毂电机、有刷齿轮轮毂电机、有刷齿轮轮毂电机或任何其它类似电机。轮毂电机在电动轮椅中非常常见，但通常用于直接接触地面的单独车轮。摩擦表面可以包含但不限于应用于接触轮椅车轮的表面的高摩擦表面处理、高摩擦聚合物和高摩擦细节设计。

在本发明中，可缩回式摩擦辊104被放置成与手动轮椅202的至少一个车轮206接触以使车轮206旋转并使轮椅202移动。可缩回式摩擦辊104通过摩擦力使车轮206旋转。这是本发明的独特特征。其它装置通常是基于电机到地面的移动，PAW使用到车轮的摩擦辊以生成移动。

在一个实施例中，可缩回式摩擦辊104被成形为具有无中心凹形轮缘外壳，所述无中心凹形轮缘外壳被配置成提供面向轮椅202的车轮206的高摩擦表面。无中心凹形轮缘外壳充当车轮轮毂以得到高百分比的表面接触。在一个实施例中，可缩回式摩擦辊104的高摩擦表面面向轮椅车轮206，并可定制以配合车轮206的曲线和/或大小。

在实施例中，可缩回式摩擦辊104的高摩擦表面的材料是橡胶或聚氨酯。然而，对于所属领域的技术人员而言将显而易见的是，在不偏离本发明的范围的情况下，可以设想各种类型的材料，例如硅酮、泡沫、砂纸、粗砂带、海绵橡胶泡沫等。在另一个实施例中，轮椅202的车轮206是使用高摩擦表面制成，并且辊104是由钢、铝或其它类似硬化、纹理化表面制成。

电机112被配置成使可缩回式摩擦辊104旋转。可缩回式摩擦辊104装配在轴杆114(图1中展示)上，并且转子116(图1中展示)使第一轴杆旋转，从而引起可缩回式摩擦辊104旋转。在实施例中，电机112是具有摩擦表面的无刷DC电机。然而，对于所属领域的技术人员而言将显而易见的是，在不偏离本发明的范围的情况下，可以设想各种类型的电机，例如齿轮轮毂电机、有刷轮毂电机、有刷齿轮轮毂电机等。

在另一个实施例中，装置100进一步包含可操作地连接到通信单元110和电源108(图1中展示)的第二电机302。通信单元110分成可操作地连接到第二电机302的另一个通信单元304。通信单元110和另一个通信单元304均可操作地连接到操纵杆102。在另一个实施例中，操纵杆102进一步包含可操作地连接到电机的控制按钮316。控制按钮316控制电机112(图3中展示)的速度。

在实施例中，通信单元110和另一个通信单元304是可操作地连接到操纵杆102的单线(未展示)通信单元。通信单元110和另一个通信单元304的示例包含但不限于电缆、电线、蓝牙、NFC。对于所属领域的技术人员而言将显而易见的是，在不偏离本发明的范围的情况下，可以设想各种类型的通信单元，例如有线或无线单元。

第二电机302包含连接到第二转子(未展示)的第二轴杆(未展示)。在此实施例中，装置100进一步包含装配在第二轴杆(未展示)上的第二摩擦辊306。第二辊306被放置成与手动轮椅202的第二车轮308接触。替代地，第二辊306装配到轴杆114，并且电机112提供电机转矩以使第二摩擦辊306和摩擦辊104(未展示)旋转。

与可缩回式摩擦辊104类似地，第二可缩回式摩擦辊306包含无中心凹形轮缘外壳，所述无中心凹形轮缘外壳被配置成提供面向轮椅202的第二车轮308的高摩擦表面。第二电机302和第二摩擦辊306的原理和功能与如先前所描述的电机112和可缩回式摩擦辊104相同。

在本发明的另一个实施例中，装置100进一步包含第二接合单元310，第二接合单元310附接到手动轮椅202以可拆卸地附接轮椅202的第二摩擦辊306和第二车轮308。接合单元106可拆卸地附接摩擦辊104和车轮206。接合单元106和第二接合单元310分别附接在轮椅202的座位区域312的后方以及车轮206和第二车轮308的顶部。

图4示出了根据本发明的另一个实施例的接合单元106的透视图。接合单元106包含可操作地连接到控制杆机构单元504的控制杆502、连接到控制杆机构单元504的螺旋扣506和可操作地连接到螺旋扣506的附接单元508。附接单元508包括夹具(图5中展示)和弹簧加载单元(图5中展示)。

在所述装置的一个实施例中，可缩回式摩擦辊(104，图3中展示)可操作地连接到螺旋扣506。控制杆502由使用者致动，并引起可缩回式摩擦辊(104，图3中展示)从车轮206接合和分离。因此，控制杆502引起将手动轮椅转换成电动轮椅，反之亦然。

参考图1，在本发明的实施例中，电源108是电池。电池可以使用普通的110V或220V充电器进行充电。电池的示例包含但不限于一次电池(可再充电)和二次电池(不可再充电)，包含但不限于例如锂离子(Li离子)、镍镉(Ni-Cd)、镍金属氢化物(Ni-MH)和铅酸的电池。

图5示出了根据本发明的另一个实施例的装置100的透视图。附接夹具402和弹簧加载单元404接合和分离可缩回式摩擦辊104和车轮206。

参考图1，摩擦辊104装配在轴杆114上。在本发明的实施例中，摩擦辊104具有开口以接收轴杆114。轴杆114是圆柱形细长杆，其在从转子(116，图1中展示)接收电机转矩时穿过开口以使摩擦辊104旋转。

附接单元508的示例包含例如但不限于在轮椅202的靠背框架上的弯头螺栓、螺栓、托架螺栓、T型螺栓、T头螺栓、圆头螺栓、桶形螺栓、六角头螺栓、弹簧、螺丝夹、机械联接件、闩扣、杆夹、轨夹、轻型圆形中心装配件、装配架、柱夹、管夹、快速脱开夹、齿条夹装配件或手把夹装配件的简单机械装置，并分别提供摩擦辊104和轮椅车轮206之间的接触。

整个装置100的总重量为大约20磅。预期到，速度为0-5MPH可调，最大承载能力为约300磅，最大斜度为约10度。

对于所属领域的技术人员而言将显而易见的是，第二可缩回式摩擦辊、第二接合单元和第二电机执行分别与如针对可缩回式摩擦辊、接合单元和电机的描述中所描述的完全相同的功能。

在其它实施例中，所属领域的普通技术人员将能够并可改变摩擦辊的大小和材料、所使用的电机或电池的大小和类型，和/或控制器或操纵杆的类型，以及用于将装置固定到手动轮椅上的附接装置的大小和类型，例如但不限于螺丝夹。在一个实施例中，为了安全、方便的行程和外观，可以为两个单元中的每一个添加壳体。在另一个实施例中，所述装置可以用作传统上经由手动推进依靠车轮运输的任何物体的动力辅助系统，例如行李车。

潜在的限制包含以下项：如果超过最大重量极限，如果超过最大斜度，如果摩擦辊未适当地接合到动力传动系统，如果在湿表面上由于打滑而操作，如果在冰、沙或油性表面上操作，如果电池、电机或抓紧组件损坏或完全放电，如果车轮锁定或未自由地旋转，或如果过热地操作，则所述装置可能无法工作。

在前述描述中，所属领域的技术人员将容易了解，可以在不脱离本文中所公开的概念的情况下对本发明进行修改。除非所附权利要求书以其语言另有明确陈述，否则此类修改应被认为包含在所述权利要求书中。

除非另有明确陈述，否则本文档中所使用的术语和短语以及其变化应被认作开放式的，而非限制性的。作为前述内容的示例，术语“包含”应被理解为意指“包含但不限于”等；术语“示例”用于提供所论述的项目的示例性实例，而不是其详尽或限制性的列举；术语“一(a/an)”应被理解为意指“至少一个”、“一个或多个”等；并且例如“常规”、“传统”、“正常”、“标准”、“已知”和类似含义的术语的形容词不应被认作将所描述的项目限制为给定时间段或限制为可用作给定时间的项目，而是应被理解为涵盖现在或在将来任何时间可用或已知的常规、传统、正常或标准技术。

同样地，在本文档涉及对于所属领域的普通技术人员而言将显而易见或已知的技术的情况下，此类技术涵盖现在或在将来任何时间对于所属领域的技术人员而言显而易见或已知的那些技术。此外，复数形式的使用还可指代单数形式，包含但不限于当术语指代一个或多个特定项目时；同样地，单数形式术语的使用还可以包含复数形式，除非上下文另有规定。

在一些实例中，例如“一个或多个”、“至少”、“但不限于”或其它相似短语的拓宽词语和短语的存在不应被理解为意味着在可能不存在此类拓宽短语的实例中意图或需要较狭窄的情况。另外，本文中所阐述的各个实施例是就示例性框图、流程图和其它示出图而言描述的。所属领域的普通技术人员在阅读本文档之后将变得显而易见的是，可以实施所说明的实施例和其各种替代方案而不限于所说明的示例。例如，框图和其随附描述不应被认作要求特定架构或配置。

尽管上文就各种示例性实施例和实施方案而言描述了本公开，但应理解，个别实施例中的一个或多个中所描述的各种特征、方面和功能的适用性并不限于与其一起被描述的特定实施例，而是可以单独地或以各种组合应用于本公开的其它实施例中的一个或多个，而无论是否描述此类实施例且无论是否将此类特征呈现为所描述的实施例的一部分。因此，本发明的广度和范围不应由任何上述示例性实施例限制。