CN104443093A

CN104443093A - 一种无人驾驶阶梯攀爬机器人

Info

Publication number: CN104443093A
Application number: CN201410659385.2A
Authority: CN
Inventors: 杨萍; 王彦云; 张淑珍; 李春玲; 梁俊峰; 张阳阳; 郑海霞; 段红燕; 常明; 李翠明
Original assignee: Lanzhou University of Technology
Current assignee: Lanzhou University of Technology
Priority date: 2014-11-19
Filing date: 2014-11-19
Publication date: 2015-03-25

Abstract

一种无人驾驶阶梯攀爬机器人，包括有变形轮（26）、行星轮（5）、电磁离合器（7）、减速器（9）、后减震器（14）、前减震器（24）、底盘（15）和重心调节机构（29）、转向机构（37），机器人在平路上运行时，所述的变形轮(26)为圆形轮式；还有一个能够驱动机器人前进、停止或后退的直流电动机(8)，控制机器人的转向的第三舵机(12)，采集信号病输送给单片机对所采集信号实时处理的超声波传感器（21），能够使变形轮（26）发生变形的第二舵机(17)，在机器人攀爬楼梯时用于调节重心调节机构（29）的第一舵机（27）。

Description

一种无人驾驶阶梯攀爬机器人

技术领域

本发明涉及用于阶梯攀爬的机器人。

背景技术

无人驾驶阶梯攀爬机器人是利用机器人的人工智能来实现阶梯攀爬工作，代替低楼层货物搬运时所需的人工劳力，在建筑环境等存在楼梯或台阶的现场，代替人工进行探测、消防和实施救援工作等,也可用于残疾人的自主行走。目前，国内外设计了多种结构的无人驾驶阶梯攀爬机器人，其攀爬基本结构包括履带式、轮式、足式和复合式,这些机构大多结构复杂，受到体积、重量以及稳定性等的限制，目前还未广泛应用于实际生活。如现有专利:基于蓝牙控制的智能越障机器人（专利号：CN203158114U）,内外加固结构式可变构型越障机器人（专利号：CN103231748A）。前者轮式运动机构遇到栅栏和楼梯类障碍时,运动将受到限制；并且对于圆车轮,当障碍的高度高于运动机构的质心时,它前进是十分困难的，承载能力、适应能力及稳定性较差。后者采用履带型，其结构复杂，运动速度相对低，效率低，运动噪声较大，灵活性较差。

发明内容

本发明的目的是使机器人自动实现在平地与楼梯之间的攀爬行进，避免了机器人行进过程中的不稳定现象。

本发明是一种无人驾驶阶梯攀爬机器人，包括有变形轮26、行星轮5、电磁离合器7、减速器9、后减震器14、前减震器24、底盘15和重心调节机构29、转向机构37,机器人在平路上运行时，所述的变形轮26为圆形轮式；还有一个能够驱动机器人前进、停止或后退的电动机8，控制机器人的转向的第三舵机12，采集信号病输送给单片机对所采集信号实时处理的超声波传感器21，能够使变形轮26发生变形的第二舵机17，在机器人攀爬楼梯时用于调节重心调节机构29的第一舵机27。

本发明使用直流电动机8、第一舵机27、第二舵机18和第三舵机12作为动力源，自动实现了在平地与楼梯之间的攀爬行进，避免了机器人行进过程中的不稳定现象，有效地提高了攀爬过程中的稳定性、安全性和可靠性，最终有利于实现阶梯攀爬机器人的自动化。

附图说明

图1是本发明的主视图，图2是俯视图，图3是本发明攀爬状态示意图，图4是变形轮的剖视图。

具体实施方式

如图1、图2所示，苯发明是一种无人驾驶阶梯攀爬机器人，包括有变形轮26、行星轮5、电磁离合器7、减速器9、后减震器14、前减震器24、底盘15和重心调节机构29、转向机构37,机器人在平路上运行时，所述的变形轮26为圆形轮式；还有一个能够驱动机器人前进、停止或后退的直流电动机8，控制机器人的转向的第三舵机12，采集信号病输送给单片机对所采集信号实时处理的超声波传感器21，能够使变形轮26发生变形的第二舵机17，在机器人攀爬楼梯时用于调节重心调节机构29的第一舵机27。

如图1~图4所示，变形轮26包括有3组相同的弧形轮34,所述的弧形轮34包括弧形轮胎33，曲线三角形轮毂32，外盘滑动轴31，内盘转轴30，所述的曲线三角形轮毂32外沿设有 L形搭接边，所述曲线三角形轮毂32上设有滑动槽和联接孔，两个所述内盘35分别设有三个联接孔，两个所述外盘36分别设有三个联接孔。

如图1~图4所示，变形轮26上所述的弧形轮34通过外盘滑动轴31与外盘36滑动连接并通过内盘转轴30与内盘35铰接；外盘滑动轴31穿过滑动槽，在轮毂32的滑动槽内滑动，外盘36与第二舵机17固联，内盘35与所述第二舵机17的转轴相联；第二舵机17在初始位置时，曲线三角形轮毂32三部分的 L形搭接边两两搭接，变形轮整体呈圆形，可在平坦路面行驶；第二舵机17转动到最大位置时，变形轮整体呈三边分离最大状态，实现阶梯攀爬。

如图1~图3所示，重心调节机构29包括有货箱1，支架2，第一连杆3，第二连杆4，第一舵机27，第一转臂10，第二转臂28，横梁25，底盘15；所述的重心调节机构有8个结构相同的第一连杆3，有4个结构相同的第二连杆4，有两个结构相同的横梁25；所述的第一连杆3一端与所述的支架2铰接，另一端与第二连杆4铰接，所述的第二连杆4和底盘15铰接。

如图1、图2所示，所述的第一舵机27转轴与所述第一转臂10相联，第一转臂10与第二转臂28铰接，第二转臂28与横梁9铰接，第一舵机27驱动第一转臂10、带动第二转臂28转动，再联动横梁25，带动两侧的所述第二连杆4摆动；控制器通过控制所述第一舵机27的转动角度，使所述第二连杆4保持竖直，从而保证所述货箱1保持水平状态。

如图1、图2所示，直流电机8的输出转轴通过所述的减速器9变速，再通过驱动传动轴23控制机器人的行进速度。

如图1、图2所示，转向机构37包括有第三舵机12，转向转臂11，第一转向连杆19，第二转向连杆20，转向盘22，转向调节杆18；第三舵机12驱动转向转臂11，带动第一转向连杆19、第二转向连杆20，通过转向盘22控制转向调节杆18控制机器人的转向。

如图1、图2所示，信号采集和控制部分包括有第一舵机27，第二舵机18，第三舵机12，超声波传感器21、单片机；安装在车体前端的超声波传感器21实时检测模拟信号，通过所述的单片机实时处理超声波传感器21所采集的模拟信号，再将数字信号输出给第一舵机27，第二舵机18，第三舵机12，分别控制重心调节机构29，变形轮26，转向机构37，实现机器人平地行走和阶梯攀爬货物运输。

如图1~图3所示，机器人在攀爬时，车体倾斜，由控制器控制第一舵机27转动，通过第一转臂10、第二转臂28、所述的横梁25、支架2、第一连杆3、第二连杆4之间的运动传递，使第二连杆4处于竖直状态时，支架2的中心线也处于竖直状态，从而保证固定在支架2上的货箱1保持水平状态。机器人攀爬楼梯时考虑到实际攀爬楼梯的重心调节系统在调节转移过程中的稳定性及承载能力，设计的重心调节系统采用左右对称的平行四边形机构。该重心调节机构控制简单、变形可靠；在保持被承载物水平的状态下使重心尽可能的向前转移，这样可以使机器人有足够的抓地力，保证了机器人连续、稳定行进。

如图1~图4所示，变形轮26由第二舵机17带动内盘35转动，外盘滑动轴31沿曲线三角形轮毂32上滑动槽中滑动，内盘转轴30与外盘滑动轴31发生相对转动，使曲线三角形轮毂32的 L形搭接边发生偏移，偏移程度随外盘滑动轴31在曲线三角形轮毂32上滑动槽中的滑动而逐渐变大,实现变形轮的变形。

如图1~3所示，机器人在平路上运行时，变形轮26为圆形轮式，电动机8通过减速器9驱动机器人前进、停止或后退，同时带动行星轮5自由转动，由第三舵机12驱动转向转臂11联动第一连杆19、所述的第二连杆20，带动转向盘22控制转向调节杆18控制机器人的转向；在前行的过程中，当安装在车体前端的超声波传感器21检测到前方阶梯时，机器人停止前进，所述的第二舵机17使所述的变形轮26发生变形，电磁离合器7驱动十字轴6，通过差速器16驱动主轴13，带动行星轮5转动，机器人开始攀爬；同时，由第一舵机27驱动第一转臂10，带动第二转臂28，再通过横梁25、第二连杆4、第一连杆3、支架2之间的运动传递，使得第二连杆4处于竖直状态，保证支架2处于水平状态，从而使得固定在支架2上的货箱1始终保持水平状态。

为了缓解路面带来的冲击，能够迅速吸收颠簸时产生的震动，使机器人恢复到正常运行状态，在机身前后安装有前减震器24、所述的后减震器14。

Claims

1.一种无人驾驶阶梯攀爬机器人，包括有变形轮（26）、行星轮（5）、电磁离合器（7）、减速器（9）、后减震器（14）、前减震器（24）、底盘（15）和重心调节机构（29）、转向机构（37）,其特征是：机器人在平路上运行时，所述的变形轮(26)为圆形轮式；还有一个能够驱动机器人前进、停止或后退的直流电动机(8)，控制机器人的转向的第三舵机(12)，采集信号病输送给单片机对所采集信号实时处理的超声波传感器（21），能够使变形轮（26）发生变形的第二舵机(17)，在机器人攀爬楼梯时用于调节重心调节机构（29）的第一舵机（27）。

2.根据权利要求1所述的用于无人驾驶阶梯攀爬机器人，其特征在于变形轮（26）包括有3组相同的弧形轮（34）,所述的弧形轮（34）包括弧形轮胎（33），曲线三角形轮毂（32），外盘滑动轴（31），内盘转轴（30），所述的曲线三角形轮毂（32）外沿设有 L形搭接边，所述曲线三角形轮毂（32）上设有滑动槽和联接孔；两个所述内盘（35）分别设有三个联接孔，两个所述外盘（36）分别设有三个联接孔。

3.根据权利要求1所述的用于无人驾驶阶梯攀爬机器人，其特征在于变形轮（26）上所述的弧形轮（34）通过外盘滑动轴（31）与外盘（36）滑动连接并通过内盘转轴（30）与内盘（35）铰接；外盘滑动轴（31）穿过滑动槽，在所述轮毂（32）的滑动槽内滑动，所述的外盘（36）与第二舵机（17）固联，所述内盘（35）与所述第二舵机（17）的转轴相联；所述第二舵机（17）在初始位置时，所述曲线三角形轮毂（32）三部分的 L形搭接边两两搭接，变形轮整体呈圆形，可在平坦路面行驶；第二舵机（17）转动到最大位置时，变形轮整体呈三边分离最大状态，实现阶梯攀爬。

4.根据权利要求1所述的无人驾驶阶梯攀爬机器人，其特征在于重心调节机构（29）包括有货箱（1），支架（2），第一连杆（3），第二连杆（4），第一舵机（27），第一转臂（10），第二转臂（28），横梁（25），底盘（15）；所述的重心调节机构有8个结构相同的第一连杆（3），有4个结构相同的第二连杆（4），有两个结构相同的所述横梁（25）；所述的第一连杆（3）一端与所述的支架（2）铰接，另一端与第二连杆（4）铰接，所述的第二连杆（4）和底盘（15）铰接。

5.根据权利要求1所述的无人驾驶阶梯攀爬机器人，其特征在于所述的第一舵机（27）转轴与所述第一转臂（10）相联，所述的第一转臂（10）与第二转臂（28）铰接，第二转臂（28）与所述横梁（9）铰接，所述的第一舵机（27）驱动第一转臂（10）、带动第二转臂（28）转动，再联动所述横梁（25），带动两侧的所述第二连杆（4）摆动；控制器通过控制所述第一舵机（27）的转动角度，使所述第二连杆（4）保持竖直，从而保证所述货箱（1）保持水平状态。

6.根据权利要求1所述的用于无人驾驶阶梯攀爬机器人，其特征在于直流电机（8）的输出转轴通过所述的减速器（9）变速，再通过驱动传动轴（23）控制机器人的行进速度。

7.根据权利要求1所述的用于无人驾驶阶梯攀爬机器人，其特征在于转向机构（37）包括有第三舵机（12），转向转臂（11），第一转向连杆（19），第二转向连杆（20），转向盘（22），转向调节杆（18）；第三舵机（12）驱动所述转向转臂（11），带动第一转向连杆（19）、第二转向连杆（20），通过转向盘（22）控制转向调节杆（18）控制机器人的转向。

8.根据权利要求1所述的无人驾驶阶梯攀爬机器人，其特征在于信号采集和控制部分包括有第一舵机（27），第二舵机（18），第三舵机（12），超声波传感器（21）、单片机；安装在车体前端所述的超声波传感器（21）实时检测模拟信号，通过所述的单片机实时处理所述的超声波传感器（21）所采集的模拟信号，再将数字信号输出给所述的第一舵机（27），第二舵机（18），第三舵机（12），分别控制所述重心调节机构（29），变形轮（26），转向机构（37），实现所述无人驾驶阶梯攀爬机器人平地行走和阶梯攀爬货物运输。