CN102632938B - 爬楼梯机械装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种爬楼梯机械装置，包括前机身、后机身、机身连接部件、四个五星形轮腿、四个直流伺服电机和轮腿固定部件，其特点是：前机身和后机身通过机身连接部件连接为一体，四个五星形轮腿分别通过轮腿固定部件固定在前、后机身两侧上，且每个五星形轮腿与固定在机身上的直流伺服电机传动连接。每个五星形轮腿包括五个车轮杆，车轮杆之间的夹角相等且外伸长度可以调整，五星形轮腿转过一周，能够实现攀爬五个台阶的楼梯。本发明爬楼梯的效率高，同时能够较好的适应室外不平整地形，可以作为灾后搜救、野外搜索、环境探测移动机器人的平台。

Description

爬楼梯机械装置

技术领域

本发明涉及一种机器人，尤其是涉及一种爬楼梯机械装置。 

背景技术

随着科学技术的发展和现实中的需要，研究人员研制出了多种能够适应复杂地形的机器人载体，也可以称为移动式机器人，可以在危险、恶劣、有害的场所代替人完成一些工作，比如灾后搜救、野外搜索、环境探测等工作。由于上述作业场所的地形比较复杂，因此对机械结构的行驶能力有很高的要求，如要能上下楼梯、过障碍、转弯半径小等要求。 

目前，多采用履带或履带和轮式相结合的结构来满足上述提出行驶能力的要求，但是在实际使用中还存在着不足。中国专利申请号201010248695.7提出的一种伴随灾情机器人，采用履带的行驶方式，该类机器人大部分时间是在较为平整的地面上行驶，而像上下楼梯、过障碍等复杂地形工作机会较少，而且在攀爬楼梯时的效率和平稳性不够高，特别是在转向时机身容易倾斜，甚至出现翻车现象。同时，履带结构在转向时，履带与其接触面会产生很大的相对滑动，特别是在原地转向的情况下，相对滑动的幅度更大，能够产生较大的摩擦力，因此要求机器人载体的驱动功率较大。而在地表状况比较复杂情况下行驶时，转向会更为困难，常常会出现履带脱落现象，有时甚至会产生驱动电机因长时间过载而烧坏或履带撕裂等问题。 

中国专利CN2186639Y提出的一种适应复杂地形机器人移动载体，其行驶结构为履带和轮式相结合的方式，有效的解决了在复杂地面上转向困难和履带易脱落的问题，在平整地面的行驶效率较高，但是，在攀爬楼梯时效率较低、稳定性不好的问题仍然没有有效解决。 

发明内容

本发明是要提供一种爬楼梯机械装置，该装置可以提高攀爬楼梯的效率，并且能够适应多种复杂的地形，可以作为灾后搜救、野外搜索、环境探测移动机器人的平台。 

为实现上述目的，本发明的技术方案如下： 

一种爬楼梯机械装置，包括前机身、后机身、机身连接部件、四个五星形轮腿、四个直流伺服电机和轮腿固定部件，其特点是：前机身和后机身通过机身连接部件连接为一体，四个五星形轮腿分别通过轮腿固定部件固定在前、后机身两侧上，且每个五星形轮腿与固定在机身上的直流伺服电机传动连接。

五星形轮腿包括五个车轮杆，橡胶轮，车轮体，车轮体外周上均布有五个细长杆，细长杆上可调连接车轮杆，车轮杆前端上装有橡胶轮。 

轮腿固定部件包括电机固定板、轮腿固定板、轮腿轴承座、传动轴、轴承座端盖、轴承a，轮腿固定板与机身固定连接，其直角板前、后两侧分别固定连接轮腿轴承座和电机固定板，轮腿轴承座内通过轴承a安装有传动轴，轮腿轴承座前端装有轴承座端盖，电机固定板后端面上固定连接直流伺服电机，传动轴后端通过联轴器与直流伺服电机输出轴固定连接，传动轴前端与五星形轮腿的车轮体固定连接。 

机身连接部件包括连接轴、连接轴承座、连接板a、连接板b、轴承b、连接板b和连接板a分别固定在前、后机身上，连接板a上固定连接连接轴承座，连接板b上固定连接连接轴，连接轴承座与连接轴之间通过轴承b连接。 

本发明与现有技术比较，其优点和有益效果是： 

整体结构简单，可以根据行驶地表情况的不同，调节五星形轮腿车轮杆的外伸长度，提高运行效率与运行平稳性。本发明提出的一种爬楼梯机械装置，通过控制不同轮腿的驱动电机转动速度与方向，可以实现原地转向，控制方式容易实现。攀爬楼梯时，五星形轮腿每转过一周可以攀爬五个台阶的楼梯，效率很高，前、后机身可以绕连接轴的轴线自由转动，提高了在攀爬楼梯过程中的行驶平稳性。

附图说明

图1是本发明的结构立体示意图； 

图2是机身连接部件的结构剖视图；

图3是轮腿固定部件的结构剖视图；

图4是五星形轮腿的车轮体结构示意图；

图5是图4中沿A-A的剖视图；

图6是五星形轮腿的车轮杆结构示意图；

图7传动轴的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。 

如图1，3所示，本发明的爬楼梯机械装置，包括前机身1、后机身4、机身连接部件、四个五星形轮腿、四个直流伺服电机3和轮腿固定部件。 

机身连接部件将前机身1和后机身4连接为一体，四个相同的五星形轮腿通过轮腿固定部件固定在前、后机身1，4上，电机固定板12将直流伺服电机3固定在机身上，直流伺服电机3输出轴通过联轴器11与传动轴15相连，传动轴15与五星形轮腿之间采用键连接传递转矩；每个五星形轮腿包括五个车轮杆2，车轮杆2之间的夹角相等外伸长度可以调整，五星形轮腿转过一周，能够实现攀爬五个台阶的楼梯。 

如图1， 2所示，机身连接部件包括：连接轴7、连接轴承座6、连接板a5、连接板b8、轴承b20、轴用弹性挡圈b21和孔用弹性挡圈22。连接轴7和连接板b8分别加工有尺寸相同的螺纹孔，采用螺栓将其紧固为一体，连接轴7为阶梯轴，轴承b20安装在连接轴7的轴颈上，通过轴肩和轴用弹性挡圈b21实现对轴承内圈的轴向固定；连接轴承座6和连接板a5通过螺栓紧固为一体，并将轴承b20的外圈安装在连接轴承座6内，采用孔用弹性挡圈22对其外圈轴向固定，最后采用螺栓将连接板b8和连接板a5分别固定在前、后机身上，实现对前、后机身的连接。机身连接部件将前机身1和后机身4连接为一体后，前、后机身可以绕连接轴7的轴线自由转动，有效提高爬楼梯机械装置的运行平稳性。 

如图3所示，轮腿固定部件包括：轮腿固定板13、轮腿轴承座14、传动轴15、轴承座端盖16、垫片17、轴用弹性挡圈a18、轴承a19。轴承a19的内圈安装在传动轴15的轴颈上，用轴用弹性挡圈a18和轴肩实现轴承a19内圈的轴向固定，再将轴承a19的外圈安装在轮腿轴承座14内，轴承座端盖16和轮腿轴承座14通过螺栓紧固，实现对轴承a19外圈的轴向固定；传动轴15的一端加工有键槽，采用普通平键a23和车轮体10内孔配合，通过螺栓和垫片17将其紧固；轮轴固定板13和轮腿轴承座14通过螺栓紧固，最后将轮腿固定板13通过螺栓紧固在机身上。直流伺服电机3和电机固定板12通过螺栓紧固，并将联轴器11的一端安装在直流伺服电机13输出轴上，并且联轴器11与直流伺服电机13上的普通平键b24配合；另一端加工有螺纹孔并和传动轴15配合，传动轴15与联轴器11配合的一端加工有平面，如图7所示，安装后将螺栓旋入联轴器11的螺纹孔，螺栓压紧传动轴15的平面，实现紧固并传递转矩，最后采用螺栓将电机固定板12和轮腿固定板13紧固。 

如图3至图6所示，车轮体10焊接有五个夹角相等的细杆，将车轮杆2的车轮杆套筒2a安装在每个细杆上，并用螺钉压紧，可以根据爬楼梯机械装置运行时的地表情况调节车轮杆2与细杆重合的尺寸，实现轮腿尺寸的调整；橡胶轮9通过螺栓固定在车轮杆的端部。运行时，通过控制与每个轮腿相连的直流伺服电机3的转动速度与方向，实现对爬楼梯机械装置转头与转向的控制，即采用四个伺服电机的速度差实现转向。 

前机身、后机身、机身连接部件、五星形轮腿和轮腿固定部件的材料为铝合金，各部分连接方式均为螺栓连接。 

Claims (1)

1.一种爬楼梯机械装置，包括前机身（1）、后机身（4）、机身连接部件、四个五星形轮腿、四个直流伺服电机（3）和轮腿固定部件，所述前机身（1）和后机身（4）通过机身连接部件连接为一体，四个五星形轮腿分别通过轮腿固定部件固定在前、后机身（1，4）两侧上，且每个五星形轮腿与固定在机身上的直流伺服电机（3）传动连接；所述五星形轮腿包括五个车轮杆（2），橡胶轮（9），车轮体（10），车轮体10外周上均布有五个细长杆，细长杆上可调连接车轮杆（2），车轮杆（2）前端上装有橡胶轮（9），其特征在于：所述轮腿固定部件包括电机固定板（12）、轮腿固定板（13）、轮腿轴承座（14）、传动轴（15）、轴承座端盖（16）、轴承a（19），轮腿固定板（13）与机身固定连接，其直角板前、后两侧分别固定连接轮腿轴承座（14）和电机固定板（12），轮腿轴承座（14）内通过轴承a（19）安装有传动轴（15），轮腿轴承座（14）前端装有轴承座端盖（16），电机固定板（12）后端面上固定连接直流伺服电机（3），传动轴（15）后端通过联轴器（11）与直流伺服电机（3）输出轴固定连接，传动轴（15）前端与五星形轮腿的车轮体（10）固定连接； 所述机身连接部件包括连接轴（7）、连接轴承座（6）、连接板a（5）、连接板b（8）、轴承b（20）、连接板b（8）和连接板a（5）分别固定在前、后机身（1，4）上，连接板a（5）上固定连接连接轴承座（6），连接板b（8）上固定连接连接轴（7），连接轴承座（6）与连接轴（7）之间通过轴承b（20）连接。

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