CN103770823B - 楼梯自主越障轮 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种楼梯自主越障轮，其主要通过控制部件控制直流变频电机的开启，以智能化地驱动各驱动轮适时进行交替转动，以使得整个楼梯自主越障轮自主行走；当遇到障碍物时，通过控制部件控制继电器进行电磁推杆的伸出、直至与地面接触并继续伸长直至将整个楼梯自主越障轮顶起进行逆时针翻转以越过障碍物。本发明的楼梯自主越障轮完全具备自主越障功能，其结构简单且合理、受力平衡，具备较好的行走的灵活性及越障功能的智能化；整个楼梯自主越障轮工作的稳定性与可靠性好，控制方式简单、制造成本低廉，使用寿命长。

Description

楼梯自主越障轮

技术领域

本发明涉及一种楼梯越障装置，尤其涉及一种楼梯自主越障轮。

背景技术

探测车或者其他移动侦测移动平台的路面通过能力和越障水平在一定程度上决定了其工作区域的大小，也对其在复杂环境下的工作性能有着较大的影响。尤其是对于楼宇内部的消防机器人和探测机器人等，对于爬楼梯等功能有着一定的需求，因此对越障机构，尤其是爬楼梯装置的研究具有一定的意义。

目前，国内外对越障机构的研究较多，但集中在以下两种类型：

一种是履带式的行走机构，主要是利用了履带的良好路面通过能力。但是该类行走机构，其一方面，存在重量较大，体积也较为庞大等不足；另一方面，对于通过坡度较陡或者的体型较大的障碍物时，其平衡性、稳定性较差，也容易出现翻车。

另一种是采用三角轮的爬楼机构，该装置使用较为方便。但是在使用过程中，需要人力等外力推动，不能实现自主驱动。

发明内容

本发明的目的是，提供一种结构简单、受力平衡，具备较好的行走的灵活性及越障功能的智能化楼梯自主越障轮。

本发明为实现上述目的需要解决的技术问题是，如何进行结构上的改进和控制方式的匹配选择，以使得楼梯梯自主越障轮在自动控制的基础上具备较好的稳定性、平衡性和自主翻越楼梯台阶、自动转向以及平稳行走的技术问题。

本发明为解决上述技术问题采用的技术方案是，一种楼梯自主越障轮，其特征在于，包括支架、第一驱动轮、第二驱动轮、第三驱动轮、可伸缩的第一电磁推杆、可伸缩的第二电磁推杆和可伸缩的第三电磁推杆；

所述支架包括有三个支腿，所述三个支腿的头部共用一个端点，该端点为等边三角形的中心，所述三个支腿的尾部分别位于所述等边三角形的三个顶点位置；

每个支腿的尾部边缘处分别设置有通透的轴孔，轴孔的轴线与支腿尾部圆角的轴线同轴，所述第一驱动轮、第二驱动轮和第三驱动轮的输出轴分别成过盈配合固定在其对应的轴孔内；

以所述等边三角形的中心为起点，沿相邻两个支腿夹角的角平分线上，在所述支架的同侧平面上分别开设有凹槽；各凹槽内分别安装上述可伸缩的第一电磁推杆、可伸缩的第二电磁推杆和可伸缩的第三电磁推杆；

每个驱动轮内均设置有直流变频调速电机、光电信号传感器、压力传感器、电源开关和蓄电池；

在正常行驶的时候，所述楼梯自主越障轮与地面接触的第一驱动轮和第二驱动轮上的压力传感器检测到压力，控制部件控制其电源开关接通以驱动所述直流变频调速电机转动，驱动所述第一驱动轮和第二驱动轮进而驱动自主越障轮行走；此时第三驱动轮处于悬空位置，其压力传感器检测到的压力值为零，控制部件控制其电源开关关闭电源以使第三驱动轮处于静止状态；

当第一驱动轮前行遇到障碍时，第一驱动轮空转打滑，第一光电信号传感器将信号传输给控制部件，控制部件启动位于第一驱动轮反向延长线的第一电磁推杆伸展出凹槽直至与地面接触并继续伸长直至将整个楼梯自主越障轮顶起进行逆时针翻转以越过障碍物。

上述技术方案直接带来的技术效果是，楼梯自主越障轮完全具备自主越障功能，其结构简单且合理、受力平衡，具备较好的行走的灵活性及越障功能的智能化。

上述楼梯自主越障轮，一方面，楼梯自主越障轮的主体呈等边三角形对称结构，保证其在正常行走时，始终处于前后两轮着地的状态，其行走过程中的平稳性好；另一方面，其高度智能化，主要表现为，由于引入压力传感器，可以智能化驱动该两个着地轮同时转动，而悬空轮静止；由于引入光电信号传感器，可及时有效检测到楼梯台阶等障碍物，并配合利用电磁推杆的适时伸缩等技术手段，实现了越障轮的智能化、灵活化的翻转越障。

作为优选，上述各电磁推杆均为活塞式多级推杆。

该优选技术方案直接带来的技术效果是，进一步保证了楼梯自主越障轮工作的灵活性与行走越障的流畅性。

进一步优选，上述各凹槽的共用端分别固定设置有三个电磁铁，各电磁推杆靠近各凹槽的共用端的一端分别固定安装有永磁铁；上述各电磁铁分别通过各自的继电器与各自的控制部件连接。

该优选技术方案直接带来的技术效果是，控制方式更简单、制造成本更低廉。

进一步优选，上述各驱动轮的外壳表面衬胶或者衬塑。

该优选技术方案直接带来的技术效果是，各驱动轮表面衬有弹性材质，有利于缓冲冲击，延长各电磁部件和控制部件的使用寿命。

综上所述，本发明的楼梯自主越障轮具有以下有益效果：楼梯自主越障轮完全具备自主越障功能，其结构简单且合理、受力平衡，具备较好的行走的灵活性及越障功能的智能化；整个楼梯自主越障轮工作的稳定性与可靠性好，控制方式简单、制造成本低廉，使用寿命长。

附图说明

图1为本发明的楼梯自主越障轮总装结构示意图；

图2为本发明的楼梯自主越障轮的支架结构示意图；

图3为本发明的楼梯自主越障轮的电磁推杆结构示意图；

图4为本发明的楼梯自主越障轮水平行走时的工作状态示意图；

图5为本发明的楼梯自主越障轮翻转越障时的工作状态示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

如图1和图3所示，本发明的楼梯自主越障轮，其包括支架1、第一驱动轮、第二驱动轮、第三驱动轮、可伸缩的第一电磁推杆3、可伸缩的第二电磁推杆5和可伸缩的第三电磁推杆9；

上述支架包括有三个支腿，上述三个支腿的头部共用一个端点，该端点为等边三角形的中心，上述三个支腿的尾部分别位于上述等边三角形的三个顶点位置；

每个支腿的尾部边缘处分别设置有通透的轴孔，上述第一驱动轮、第二驱动轮和第三驱动轮的输出轴分别成过盈配合固定在其对应的轴孔内；

以上述等边三角形的中心为起点，沿相邻两个支腿夹角的角平分线上，在上述支架的同一平面上分别开设有凹槽；各凹槽内分别安装上述可伸缩的第一电磁推杆3、可伸缩的第二电磁推杆5和可伸缩的第三电磁推杆9；

每个驱动轮内均设置有直流变频调速电机、压力传感器、电源开关和蓄电池；

如图3所示，光电信号传感器安装在支腿靠近端部的位置；第一光电传感器10，第二光电传感器8、第三光电传感器12；

如图4所示，在正常行驶的时候，所述楼梯自主越障轮与地面接触的第一驱动轮和第二驱动轮上的压力传感器检测到压力，控制部件控制其电源开关接通电源以驱动所述直流变频调速电机转动，驱动所述第一驱动轮和第二驱动轮进而驱动自主越障轮行走；此时第三驱动轮处于悬空位置，第三压力传感器检测到的压力值为零，其控制部件控制其电源开关关闭电源以使第三驱动轮处于静止状态；

如图5所示，当第一驱动轮前行遇到障碍时，第一驱动轮空转打滑，第一光电信号传感器10将信号传输给控制部件，控制部件启动位于第一驱动轮反向延长线的第一电磁推杆伸展3出凹槽直至与地面接触并继续伸长直至将整个楼梯自主越障轮顶起进行逆时针翻转以越过障碍物。

优选方式之一，上述各电磁推杆均为活塞式多级推杆。

优选方式之二，上述各凹槽的共用端分别固定设置有三个电磁铁7，各电磁推杆靠近各凹槽的共用端的一端分别固定安装有永磁铁11；各电磁铁分别通过各自的继电器与控制部件连接。

优选方式之三，上述各驱动轮的外壳表面衬胶或者衬塑。

第一光电传感器10检测到障碍物信号时，将信号传给控制部件，控制部件发出指令，控制第二继电器通电，第一电磁推杆伸出凹槽直至与地面接触并继续伸长直至将整个楼梯自主越障轮顶起进行逆时针翻转以越过障碍物。当系统检测到第一驱动轮2，第二驱动轮2’和第五驱动轮6和第六驱动轮6’压力值相等时，控制部件发出指令，控制第二继电器反向通电，将电磁推杆吸回凹槽；

第二光电传感器12检测到障碍物信号时，将信号传给控制部件，控制部件发出指令，控制第五继电器通电，第二电磁推杆伸出凹槽直至与地面接触并继续伸长直至将整个楼梯自主越障轮顶起进行逆时针翻转以越过障碍物。当系统检测到第驱动轮2，第二驱动轮2’和第三驱动轮4和第四驱动轮4’压力值相等时，控制部件发出指令，控制第五继电器反向通电，将电磁推杆吸回凹槽；

第三光电传感器6检测到障碍物信号时，将信号传给控制部件，控制部件发出指令，控制第八继电器通电，第三电磁推杆伸出凹槽直至与地面接触并继续伸长直至将整个楼梯自主越障轮顶起进行逆时针翻转以越过障碍物。当系统检测到第三驱动轮4，第四驱动轮4’和第五驱动轮6和第六驱动轮6’压力值相等时，控制部件发出指令，控制第八继电器反向通电，将电磁推杆吸回凹槽。

Claims (4)

1.一种楼梯自主越障轮，其特征在于，包括支架、第一驱动轮、第二驱动轮、第三驱动轮、可伸缩的第一电磁推杆、可伸缩的第二电磁推杆和可伸缩的第三电磁推杆；

所述支架包括有三个支腿，所述三个支腿的头部共用一个端点，该端点为等边三角形的中心，所述三个支腿的尾部分别位于所述等边三角形的三个顶点位置；

每个支腿的尾部边缘处分别设置有通透的轴孔，轴孔的轴线与支腿尾部圆角的轴线同轴，所述第一驱动轮、第二驱动轮和第三驱动轮的输出轴分别成过盈配合固定在其对应的轴孔内；

以所述等边三角形的中心为起点，沿相邻两个支腿夹角的角平分线上，在所述支架的同侧平面上分别开设有凹槽；各凹槽内分别安装上述可伸缩的第一电磁推杆、可伸缩的第二电磁推杆和可伸缩的第三电磁推杆；

每个驱动轮内均设置有直流变频调速电机、光电信号传感器、压力传感器、控制部件、电源开关和蓄电池；

在正常行驶的时候，所述楼梯自主越障轮与地面接触的第一驱动轮和第二驱动轮上的压力传感器检测到压力，控制部件控制其电源开关接通以驱动所述直流变频调速电机转动，驱动所述第一驱动轮和第二驱动轮进而驱动自主越障轮行走；此时第三驱动轮处于悬空位置，其压力传感器检测到的压力值为零，控制部件控制其电源开关关闭电源以使第三驱动轮处于静止状态；

当第一驱动轮前行遇到障碍时，第一驱动轮空转打滑，其光电信号传感器检测到障碍物并将信号传输给控制部件，控制部件启动位于第一驱动轮反向延长线的电磁推杆伸展出凹槽直至与地面接触并继续伸长直至将整个楼梯自主越障轮顶起进行逆时针翻转以越过障碍物。

2.根据权利要求1所述的楼梯自主越障轮，其特征在于，所述各电磁推杆均为活塞式多级推杆。

3.根据权利要求1所述的楼梯自主越障轮，其特征在于，所述各凹槽的共用端分别固定设置有三个电磁铁，各电磁推杆靠近各凹槽的共用端的一端分别固定安装有永磁铁；电磁推杆缩回状态下电磁铁与永磁铁靠近的磁极极性相反，改变电磁铁的电流方向，使电磁铁与永磁铁靠近的磁极极性相同时电磁推杆被推出；

各电磁铁分别通过各自的继电器与各自的控制部件连接。

4.根据权利要求1-3任一所述的楼梯自主越障轮，其特征在于，所述各驱动轮的外壳表面衬胶或者衬塑。