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摘要：爬楼轮椅是通过轮式、履带式、步行式等结构实现老弱病残人员上下楼梯和翻越障碍物的功能的轮椅。本文通过对爬楼轮椅领域重点申请人和重点专利的分析，为爬楼轮椅技术发展和该领域的知识产权保护提出建议。
关键词：轮椅；爬楼；专利
一、爬楼轮椅分类分析
目前，国内外关于爬楼梯装置的专利、发明已有很多，如果按照机构的形式分类，能够划分成轮式、履带式、步行式以及其他类爬楼轮椅。轮式爬楼轮椅主要指的是行星轮椅轮式结构类轮椅，行星轮式是交通运输工具中应用广泛的一种运动机构。其体积小，结构简单，控制简便，能够实现平衡快速地移动。履带式爬楼轮椅原理比较简单，其行走方式比行星轮式爬楼轮椅更为连续，具有很高的传动效率，在上下楼梯的时候，轮椅的重心始终和楼梯台阶沿的连线保持平行，重心波动很小，比较平稳，履带式机构支撑面积大，通过性好，下陷度小，具有较强的地形适应能力，爬坡，越沟等性能相对于轮式机构有明显的优势。步行式爬楼轮椅，其爬楼机构由铰链杆件机构组成。上楼时，步行式爬楼轮椅模仿了人类爬楼的动作，外观其实可以视为机器人，采用多条机械腿交替升降，支撑轮椅爬楼的原理。其它类型的爬楼轮椅结构多种多样，有采用异型轮结构，或者采用在普通轮椅上加装辅助装置，例如导轨等结构，其种类多样，构思也不乏有奇妙之处。
二、重点申请人分析
（一）、迪恩·卡门（Dean Kamen）和德卡公司（DEKA PROD LP）
当今最先进的爬楼轮椅当属美国发明人迪恩·卡门发明的“iBOT”系列爬楼轮椅。作为当今实用化比较成功且为数不多投放市场的一款爬楼轮椅，iBOT采用轮式机构，为了能够始终自动保持平衡，自动调整重心，其装备了多个传感器和陀螺仪系统在提高轮椅的自动运动能力的同时，增加了复杂程度和研发成本，最终价格为2.5万美元，这也导致了其销量不佳。虽然这一代爬楼轮椅在商业上并不成功，但是其设计理念以及采用的控制技术对当今的爬楼轮椅以及相关产品的设计有着重要的借鉴意义，例如德卡公司的另一款明星产品segwey平衡车就大量采用了iBOT的技术并取得了商业上的成功，迪恩·卡门因此被也被称为“平衡车之父”。
迪恩·卡门和德卡公司在全球申请的和爬楼轮椅相关的专利有132篇，其涵盖了爬楼轮椅的从结构到电路再到控制逻辑的各个方面，其中公开号为：US6311794B1、US6443251B1 US6343664B2、US6615938B2的专利申请时间为1996年，上述专利公开了该爬楼轮椅最核心的制动倾角控制算法，也是爬楼轮椅能控制爬楼的关键技术，上述专利也是iBOT系列爬楼轮椅的核心基础专利的一部分。
德卡公司最新公开的专利US2017259811A，其摒弃了经典的iBOT系列爬楼轮椅双轮系行星轮爬楼结构，而是更倾向于采用传统的轮椅结构，得益于德卡公司在平衡车领域的技术积累，该爬楼轮椅采用后轮驱动轮椅前部翘起，并通过和脚轮配合实现爬楼运动。这样的设计通过软件控制技术有效的降低了硬件成本。该专利申请也必将成为德卡公司新一代爬楼轮椅产品的核心专利。
（二）丰田（Toyota）
丰田公司是一家老牌的汽车公司，拥有强大研发实力的丰田公司同样在爬楼轮椅领域有所建树，其申请的专利在轮式、履带式、步行式三个种类中均有涉及，其最具代表性的是其子公司“丰田自动车株式会社”于2005年推出的一款概念性代步产品“iFoot”，其用两足结构彻底的代替了轮椅的轮子，采用模拟人类双足走路的模式实现行走和上下楼梯的运动，其作为一款概念产品用于展示丰田公司的技术实力来说是非常成功的，但是离真正投入市场仍有不少的问题需要克服。
丰田公司在步行式爬楼轮椅上的全球申请的专利数量有30篇左右，其中关于步行式爬楼轮椅结构比较核心的专利有公开号为：JP4055736B2、JP4055667B2、JP4539838B2的三篇专利，其腿部结构不是特别复杂，类似于模仿人类的胯部，膝部和踝部关节结构，在每个关节处设置有驱动电机，且这三个驱动电机30-32之间通过齿轮和传送带产生连动，实现模仿人类腿部的运动轨迹。
根据上面对丰田步行式爬楼轮椅腿部结构的分析可以发现，其腿部结构并不复杂，因此在整个步行式爬楼轮椅专利中只有五篇相关专利，而剩下的相关专利均是关于腿部运动控制算法的相关专利，可见步行式爬楼轮椅的核心技术是在于腿部运动的控制方法。最新公开的JP2015134397A申请记载了“两足步行机器人控制方法和系统”，其采用人体动作捕捉技术，检测人体运动方式和运动轨迹，将所计算出的所提起的游走腿的高度以及指示双腿的脚的位置和姿势的脚位置/姿势信息传送到机器人。通过这种仿生控制方式使得机器人能够更熟练的掌握人腿走路的模式。可见丰田公司并没有将步行式轮椅的产品停留在概念产品阶段，还将在步行式轮椅以及类人型机器人领域进行进一步的研发。
（三）北京互邦之家爬楼车技术开发限公司
北京互帮之家爬楼车技术开发限公司成立于2009年，其是中国国内为数不多的专门制造和销售爬楼车技术开发限公司，其包括专利申请总共有18项，主要产品为可折叠伸缩式爬楼轮椅车，包括一个可以升降的H型履带11和一个电动轮椅车1，履带11安装在电动轮椅车1的下部，在平地行驶时，履带收起在轮椅下方，在上下楼梯时，通过升降装置5将轮椅支起，通过履带实现上下楼梯，同时升降装置也可以用于调节轮椅的倾斜角度使使用者处于一个水平状态。该公司生产的爬楼轮椅价格在2万人民币左右，虽然功能和舒适度方面略逊于国外同类产品，但是价格非常合理，其在国内拥有很大的市场空间。
三、结束语
虽然爬楼轮椅的历史已经有一百多年了，各种相关的发明专利层出不穷，但是市面上仍然缺少价格合适，重量体积适当，操作便捷的爬楼轮椅。爬楼轮椅领域存在着非常巨大的市场空间等待挖掘，期待更多发明创新人士设计和制造出更加合理高效的爬楼轮椅。
（作者单位：国家知识产权局专利局专利審查协作河南中心）
关键词：轮椅；爬楼；专利
一、爬楼轮椅分类分析
目前，国内外关于爬楼梯装置的专利、发明已有很多，如果按照机构的形式分类，能够划分成轮式、履带式、步行式以及其他类爬楼轮椅。轮式爬楼轮椅主要指的是行星轮椅轮式结构类轮椅，行星轮式是交通运输工具中应用广泛的一种运动机构。其体积小，结构简单，控制简便，能够实现平衡快速地移动。履带式爬楼轮椅原理比较简单，其行走方式比行星轮式爬楼轮椅更为连续，具有很高的传动效率，在上下楼梯的时候，轮椅的重心始终和楼梯台阶沿的连线保持平行，重心波动很小，比较平稳，履带式机构支撑面积大，通过性好，下陷度小，具有较强的地形适应能力，爬坡，越沟等性能相对于轮式机构有明显的优势。步行式爬楼轮椅，其爬楼机构由铰链杆件机构组成。上楼时，步行式爬楼轮椅模仿了人类爬楼的动作，外观其实可以视为机器人，采用多条机械腿交替升降，支撑轮椅爬楼的原理。其它类型的爬楼轮椅结构多种多样，有采用异型轮结构，或者采用在普通轮椅上加装辅助装置，例如导轨等结构，其种类多样，构思也不乏有奇妙之处。
二、重点申请人分析
（一）、迪恩·卡门（Dean Kamen）和德卡公司（DEKA PROD LP）
当今最先进的爬楼轮椅当属美国发明人迪恩·卡门发明的“iBOT”系列爬楼轮椅。作为当今实用化比较成功且为数不多投放市场的一款爬楼轮椅，iBOT采用轮式机构，为了能够始终自动保持平衡，自动调整重心，其装备了多个传感器和陀螺仪系统在提高轮椅的自动运动能力的同时，增加了复杂程度和研发成本，最终价格为2.5万美元，这也导致了其销量不佳。虽然这一代爬楼轮椅在商业上并不成功，但是其设计理念以及采用的控制技术对当今的爬楼轮椅以及相关产品的设计有着重要的借鉴意义，例如德卡公司的另一款明星产品segwey平衡车就大量采用了iBOT的技术并取得了商业上的成功，迪恩·卡门因此被也被称为“平衡车之父”。
迪恩·卡门和德卡公司在全球申请的和爬楼轮椅相关的专利有132篇，其涵盖了爬楼轮椅的从结构到电路再到控制逻辑的各个方面，其中公开号为：US6311794B1、US6443251B1 US6343664B2、US6615938B2的专利申请时间为1996年，上述专利公开了该爬楼轮椅最核心的制动倾角控制算法，也是爬楼轮椅能控制爬楼的关键技术，上述专利也是iBOT系列爬楼轮椅的核心基础专利的一部分。
德卡公司最新公开的专利US2017259811A，其摒弃了经典的iBOT系列爬楼轮椅双轮系行星轮爬楼结构，而是更倾向于采用传统的轮椅结构，得益于德卡公司在平衡车领域的技术积累，该爬楼轮椅采用后轮驱动轮椅前部翘起，并通过和脚轮配合实现爬楼运动。这样的设计通过软件控制技术有效的降低了硬件成本。该专利申请也必将成为德卡公司新一代爬楼轮椅产品的核心专利。
（二）丰田（Toyota）
丰田公司是一家老牌的汽车公司，拥有强大研发实力的丰田公司同样在爬楼轮椅领域有所建树，其申请的专利在轮式、履带式、步行式三个种类中均有涉及，其最具代表性的是其子公司“丰田自动车株式会社”于2005年推出的一款概念性代步产品“iFoot”，其用两足结构彻底的代替了轮椅的轮子，采用模拟人类双足走路的模式实现行走和上下楼梯的运动，其作为一款概念产品用于展示丰田公司的技术实力来说是非常成功的，但是离真正投入市场仍有不少的问题需要克服。
丰田公司在步行式爬楼轮椅上的全球申请的专利数量有30篇左右，其中关于步行式爬楼轮椅结构比较核心的专利有公开号为：JP4055736B2、JP4055667B2、JP4539838B2的三篇专利，其腿部结构不是特别复杂，类似于模仿人类的胯部，膝部和踝部关节结构，在每个关节处设置有驱动电机，且这三个驱动电机30-32之间通过齿轮和传送带产生连动，实现模仿人类腿部的运动轨迹。
根据上面对丰田步行式爬楼轮椅腿部结构的分析可以发现，其腿部结构并不复杂，因此在整个步行式爬楼轮椅专利中只有五篇相关专利，而剩下的相关专利均是关于腿部运动控制算法的相关专利，可见步行式爬楼轮椅的核心技术是在于腿部运动的控制方法。最新公开的JP2015134397A申请记载了“两足步行机器人控制方法和系统”，其采用人体动作捕捉技术，检测人体运动方式和运动轨迹，将所计算出的所提起的游走腿的高度以及指示双腿的脚的位置和姿势的脚位置/姿势信息传送到机器人。通过这种仿生控制方式使得机器人能够更熟练的掌握人腿走路的模式。可见丰田公司并没有将步行式轮椅的产品停留在概念产品阶段，还将在步行式轮椅以及类人型机器人领域进行进一步的研发。
（三）北京互邦之家爬楼车技术开发限公司
北京互帮之家爬楼车技术开发限公司成立于2009年，其是中国国内为数不多的专门制造和销售爬楼车技术开发限公司，其包括专利申请总共有18项，主要产品为可折叠伸缩式爬楼轮椅车，包括一个可以升降的H型履带11和一个电动轮椅车1，履带11安装在电动轮椅车1的下部，在平地行驶时，履带收起在轮椅下方，在上下楼梯时，通过升降装置5将轮椅支起，通过履带实现上下楼梯，同时升降装置也可以用于调节轮椅的倾斜角度使使用者处于一个水平状态。该公司生产的爬楼轮椅价格在2万人民币左右，虽然功能和舒适度方面略逊于国外同类产品，但是价格非常合理，其在国内拥有很大的市场空间。
三、结束语
虽然爬楼轮椅的历史已经有一百多年了，各种相关的发明专利层出不穷，但是市面上仍然缺少价格合适，重量体积适当，操作便捷的爬楼轮椅。爬楼轮椅领域存在着非常巨大的市场空间等待挖掘，期待更多发明创新人士设计和制造出更加合理高效的爬楼轮椅。
（作者单位：国家知识产权局专利局专利審查协作河南中心）