CN106697102A - 爬楼梯智能小车及其使用方法 - Google Patents

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佟立涛
钱运涛
陈鉴富
周根元
侯雪亚
傅中君
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Jiangsu University of Technology
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Jiangsu University of Technology
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D57/00—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track
    • B62D57/02—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members
    • B62D57/028—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members having wheels and mechanical legs

Abstract

本发明涉及一种爬楼梯智能小车及其使用方法，本爬楼梯智能小车包括：前、后轮组，以及位于车体两侧用于支撑小车翻爬的侧臂机构；其中所述侧臂机构适于在翻爬时抵住下层楼梯的踏板面与上层楼梯的立面构成的直角处，且将前轮沿上层楼梯的立面抬起至上层楼梯的踏板面后，再翻转至下层楼梯的踏板面，以将后轮组从下层楼梯的踏板面沿上层楼梯的立面顶至上层楼梯的踏板面，本发明结构合理，能够快速平稳的实现爬楼梯，降低颠簸发生，并且可以适应多种楼梯结构，提高了小车爬楼梯的稳定性和智能性。

Description

爬楼梯智能小车及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种智能小车及其使用方法，特别是涉及一种爬楼梯智能小车及其使用方法。
背景技术
如今智能机器技术逐渐成熟，越障机器人的研究对生活、生产、救援等起着十分重要的作用。在生活中，楼梯是越障机器人需要克服的一个突出问题，其一是由于楼梯的设计，无论是追求美感还是实用，无论是为了满足人体工程学和环境心理学还是简单敷衍，都造成了楼梯的不统一，存在着不同的楼梯踏板和楼梯立板，这使得爬楼梯机器人的实际开发有着局限性；其二是爬楼梯的过程中肯定会存在或多或少的颠簸，如何舒适的上楼梯，这是在开发载人载物机械时需要考虑的。
为了解决上述技术问题，需要设计爬楼梯智能机器，以实现智能机器在生活中上下楼梯的功能。
发明内容
本发明的目的是提供一种爬楼梯智能小车及其使用方法，以实现小车快速爬楼梯，降低颠簸。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种爬楼梯智能小车，包括：前、后轮组，以及位于车体两侧用于支撑小车翻爬的侧臂机构；其中所述侧臂机构适于在翻爬时抵住下层楼梯的踏板面与上层楼梯的立面构成的直角处，且将前轮沿上层楼梯的立面抬起至上层楼梯的踏板面后，再翻转至下层楼梯的踏板面，以将后轮组从下层楼梯的踏板面沿上层楼梯的立面顶至上层楼梯的踏板面。
进一步，所述爬楼梯智能小车还包括：控制模块，与该控制模块相连的测距传感器，以及控制侧臂机构转动的侧臂舵机；其中控制模块安装于车体的前部，以使车体重心前移。
进一步，所述侧臂机构包括：位于侧臂末端的侧轮；
所述前、后轮组及侧轮中的驱动电机均由控制模块控制；以及
前、后轮组及侧轮处均安装有相应测距传感器，位于车体前端还安装有触碰开关，触碰开关和各测距传感器均与控制模块相连。
进一步，所述侧臂的长度等于后轮半径加上立面的高度，并且
后轮的支撑结构采用圆弧结构，以及后轮的尾部加装一个挡板。
又一方面，本发明还提供了一种爬楼梯智能小车的工作方法。
所述爬楼梯智能小车包括：前、后轮组，以及位于车体两侧用于支撑小车翻爬的侧臂机构。
所述爬楼梯智能小车的工作方法包括：侧臂机构适于在翻爬时抵住下层楼梯的踏板面与上层楼梯的立面构成的直角处，以将前轮沿上层楼梯的立面抬起至上层楼梯的踏板面后，再翻转至下层楼梯的踏板面；最后将后轮组从下层楼梯的踏板面沿上层楼梯的立面顶至上层楼梯的踏板面。
进一步，所述爬楼梯智能小车还包括：控制模块，与该控制模块相连的测距传感器，以及控制侧臂机构转动的侧臂舵机；其中控制模块安装于车体的前部，以使车体重心前移；并且所述侧臂机构包括：位于侧臂末端的侧轮；所述前、后轮组及侧轮中的驱动电机均由控制模块控制；前、后轮组及侧轮处均安装有相应测距传感器，位于车体前端还安装有触碰开关，触碰开关和各测距传感器均与控制模块相连；以及所述侧臂的长度等于后轮半径加上立面的高度，并且后轮的支撑结构采用圆弧结构；后轮的尾部加装一个挡板。
进一步，侧臂机构适于在翻爬时抵住所述直角处，以将前轮沿上层楼梯的立面抬起至上层楼梯的踏板面；即所述侧臂舵机适于提供逆时针的力，后轮组提供推力，以使前轮组在立面上爬行提升。
进一步，侧臂机构将后轮组从下层楼梯的踏板面沿上层楼梯的立面顶至上层楼梯的踏板面，即所述侧臂舵机顺时针旋转，转动至下层楼梯的踏板面，侧轮向前转动，后轮组贴紧上层楼梯的立面后，将后轮组推举至上层楼梯的踏板面；以及当车体位于上层楼梯的踏板面后，所述侧臂舵机逆时针转动，以复位。
本发明的有益效果是，本发明结构合理，能够快速平稳的实现爬楼梯，降低颠簸发生，并且可以适应多种楼梯结构，提高了小车爬楼梯的稳定性和智能性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的爬楼梯智能小车的结构示意图；
图2(a)至图2(e)是本发明的爬楼梯智能小车的爬楼示意图；
图3是本发明的爬楼梯智能小车的模块化流程图。
图中：
楼梯1、下层楼梯的踏板面101、上层楼梯的立面102、前轮2、后轮3、侧臂机构4、侧轮401、侧臂402、侧臂舵机403；
F0为侧臂舵机转动方向、F1为前轮移动方向、F2为后轮移动方向、F3为侧轮移动方向。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例1
图1呈现了本爬楼梯智能小车的侧面结构。
如图1所示，本实施例1提供了一种爬楼梯智能小车，包括：前、后轮组，以及位于车体两侧用于支撑小车翻爬的侧臂机构4；其中所述侧臂机构4适于在翻爬时抵住下层楼梯的踏板面101与上层楼梯的立面102构成的直角处，且将前轮沿上层楼梯的立面102抬起至上层楼梯的踏板面后，再翻转至下层楼梯的踏板面101，以将后轮组从下层楼梯的踏板面101沿上层楼梯的立面102顶至上层楼梯的踏板面。
具体的，所述爬楼梯智能小车还包括：控制模块，与该控制模块相连的测距传感器，以及控制侧臂机构4转动的侧臂舵机403；其中控制模块安装于车体的前部，以使车体重心前移。
所述侧臂机构4包括：位于侧臂末端的侧轮；所述前、后轮组及侧轮中的驱动电机均由控制模块控制；以及前、后轮组及侧轮处均安装有相应测距传感器，位于车体前端还安装有触碰开关，触碰开关和各测距传感器均与控制模块相连。
优选的，所述侧臂的长度等于后轮半径加上立面的高度，并且
后轮的支撑结构采用圆弧结构，防止上楼梯时被立板的凸出部分卡死，以及后轮的尾部加装一个挡板，减少翻倒的可能性。
所述控制模块例如但不限于采用单片机、嵌入式处理器，通过测距传感器获得各轮与楼梯立面的距离，以使控制模块调节各轮及舵机工作。
实施例2
在实施例1基础上，实施例2提供了一种爬楼梯智能小车的工作方法。
其中爬楼梯智能小车如实施例1所述，这里不再赘述。
所述工作方法包括：侧臂机构4适于在翻爬时抵住下层楼梯的踏板面101与上层楼梯的立面102构成的直角处，以将前轮沿上层楼梯的立面102抬起至上层楼梯的踏板面后，再翻转至下层楼梯的踏板面101；最后将后轮组从下层楼梯的踏板面101沿上层楼梯的立面102顶至上层楼梯的踏板面。
具体的，侧臂机构4适于在翻爬时抵住所述直角处，以将前轮沿上层楼梯的立面102抬起至上层楼梯的踏板面；即所述侧臂舵机403适于提供逆时针的力，后轮组提供推力，以使前轮组在立面上爬行提升。
进一步，侧臂机构4将后轮组从下层楼梯的踏板面101沿上层楼梯的立面102顶至上层楼梯的踏板面，即所述侧臂舵机403顺时针旋转，转动至下层楼梯的踏板面101，侧轮向前转动，后轮组贴紧上层楼梯的立面102后，将后轮组推举至上层楼梯的踏板面；以及当车体位于上层楼梯的踏板面后，所述侧臂舵机403逆时针转动，以复位，完成上楼梯动作。
对爬楼梯智能小车的工作方法进行展开说明如下：
如图2(a)至图2(e)所示，在遇到楼梯时候，首先靠近楼梯，利用侧臂舵机403提供的逆时针的力和摩擦力抬起前轮，当前轮完全放置在楼梯踏板面上时缓慢向前行进，同时侧臂舵机403提供顺时针的力，翻转使侧轮放下至下层楼梯的踏板面101，此时，后轮贴近立面，产生了向上的摩擦力，在侧轮臂舵机持续提供支撑力和侧轮持续提供的推动力下，缓慢举起后轮，当后轮高于上层楼梯的立面102时，且位于上层楼梯的踏板面，继续行进，车体整体爬上台阶，回收侧臂，完成上楼梯动作。
本爬楼梯智能小车适于采用模块化整体行动方式。首先根据小车响应，选择相应的模式(上或下楼梯)，当前方未出现楼梯时，正常行驶，其中包括直走、转弯及遇到障碍物避障等(即行驶模块)。当前方出现楼梯时，开始执行上楼梯的动作模块(即前轮抬起模块、放下侧轮模块和抬起后轮模块)，或执行下楼梯的动作模块(即后轮模块、抬起侧轮模块及放下前轮模块)，执行完毕后，重新开始判断，如此，成规律的进行动作的处理。
当爬楼梯的过程中，容易出现打滑或者卡住的现象，本爬楼梯智能小车会多次尝试，提高相应前、后轮，侧轮的转动数值，克服此问题，完成上楼梯动作。
本爬楼梯智能小车还能够完成自主下楼动作，工作方式如图3所示。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种爬楼梯智能小车，其特征在于，包括：前、后轮组，以及位于车体两侧用于支撑小车翻爬的侧臂机构；其中
所述侧臂机构适于在翻爬时抵住下层楼梯的踏板面与上层楼梯的立面构成的直角处，且将前轮沿上层楼梯的立面抬起至上层楼梯的踏板面后，再翻转至下层楼梯的踏板面，以将后轮组从下层楼梯的踏板面沿上层楼梯的立面顶至上层楼梯的踏板面。
2.根据权利要求1所述的爬楼梯智能小车，其特征在于，
所述爬楼梯智能小车还包括：控制模块，与该控制模块相连的测距传感器，以及控制侧臂机构转动的侧臂舵机；其中
控制模块安装于车体的前部，以使车体重心前移。
3.根据权利要求2所述的爬楼梯智能小车，其特征在于，
所述侧臂机构包括：位于侧臂末端的侧轮；
所述前、后轮组及侧轮中的驱动电机均由控制模块控制；以及
前、后轮组及侧轮处均安装有相应测距传感器，位于车体前端还安装有触碰开关，触碰开关和各测距传感器均与控制模块相连。
4.根据权利要求3所述的爬楼梯智能小车，其特征在于，
所述侧臂的长度等于后轮半径加上立面的高度，并且
后轮的支撑结构采用圆弧结构，以及
后轮的尾部加装一个挡板。
5.一种爬楼梯智能小车的工作方法，其特征在于，
所述爬楼梯智能小车包括：前、后轮组，以及位于车体两侧用于支撑小车翻爬的侧臂机构；
所述工作方法包括：
侧臂机构适于在翻爬时抵住下层楼梯的踏板面与上层楼梯的立面构成的直角处，以将前轮沿上层楼梯的立面抬起至上层楼梯的踏板面后，再翻转至下层楼梯的踏板面；最后将后轮组从下层楼梯的踏板面沿上层楼梯的立面顶至上层楼梯的踏板面。
6.根据权利要求5所述的工作方法，其特征在于，
所述爬楼梯智能小车还包括：控制模块，与该控制模块相连的测距传感器，以及控制侧臂机构转动的侧臂舵机；其中
控制模块安装于车体的前部，以使车体重心前移；并且
所述侧臂机构包括：位于侧臂末端的侧轮；
所述前、后轮组及侧轮中的驱动电机均由控制模块控制；
前、后轮组及侧轮处均安装有相应测距传感器，位于车体前端还安装有触碰开关，触碰开关和各测距传感器均与控制模块相连；以及
所述侧臂的长度等于后轮半径加上立面的高度，并且
后轮的支撑结构采用圆弧结构；
后轮的尾部加装一个挡板。
7.根据权利要求6所述的工作方法，其特征在于，
侧臂机构适于在翻爬时抵住所述直角处，以将前轮沿上层楼梯的立面抬起至上层楼梯的踏板面；即
所述侧臂舵机适于提供逆时针的力，后轮组提供推力，以使前轮组在立面上爬行提升。
8.根据权利要求7所述的工作方法，其特征在于，
侧臂机构将后轮组从下层楼梯的踏板面沿上层楼梯的立面顶至上层楼梯的踏板面，即
所述侧臂舵机顺时针旋转，转动至下层楼梯的踏板面，侧轮向前转动，后轮组贴紧上层楼梯的立面后，将后轮组推举至上层楼梯的踏板面；以及
当车体位于上层楼梯的踏板面后，所述侧臂舵机逆时针转动，以复位。
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