CN107229273A - 一种轮式安防机器人上楼装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轮式安防机器人爬楼装置，包括安防机器人和导轨系统，所述安防机器人包括圆形的底盘和位于该底盘上的机身；该底盘上设有滚轮行走系统；该机身上设有红外引导系统；所述导轨系统包括第一导引柱、第二导引柱和三条扣轨，分别铺设于楼梯的两侧边和中间位置的扣轨，所述扣轨包括底轨和垂直于底轨的扣柱；所述第一导引柱和第二导引柱上设有红外信号反馈器；所述第一导引柱和第二导引柱分别位于所述扣轨的两端。本装置结构简单、能实现精确导航，且机器人运行平稳、动作精准，可完全替代人力安防。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体来说是一种轮式安防机器人上楼装置。
背景技术
机器人（Robot）是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作等。
移动机器人所采用的运动方式主要包括轮式、履带式、足式、混合式等运动形式，其中以轮式机器人应用最为广泛。履带式机器人相对笨重且触地面积较大，同时会对地面造成不同程度的破坏，足式机器人一般限于平地行走，且结构复杂、体积庞大、产品成本高、不易操作。众所周知，轮式机器人具有速度快、稳定性好、易控制等优点。
移动机器人正被越来越多的应用于危险环境监测、未知区域探测、行星探测、救援搜索、排爆等各种领域，在这些应用中，常常要需要攀爬楼梯，由于楼梯结构的特殊性和攀爬楼梯过程的复杂性使得移动机器人攀爬楼梯一直是移动机器人领域的一个难点和热点。
机器人技术作为战略高科技技术，深受世界各国的重视，而安防机器人作为前沿高科技研究最活跃的一个领域，更是备受关注，轮式安防机器人的上楼技术至今仍是一个难题。
发明内容
本发明提供了一种轮式安防机器人的上楼装置，其操作方便、动作准确、结构简单。
为解决现有技术中存在的技术问题，所采用的技术方案是：
一种轮式安防机器人爬楼装置，包括安防机器人和铺设于楼梯上的导轨系统，所述安防机器人包括圆形的底盘和位于该底盘上的机身；该底盘上设有滚轮行走系统；该机身上设有红外引导系统；所述滚轮行走系统包括行走导轮、爬楼导轮和弹出机构。
所述爬楼导轮为升降轮，在所述弹出机构的控制下收缩于底盘的底部平面或者弹出；所述爬楼导轮共5个、包括中央轮、东北角轮、西北角轮、西南角轮和东南角轮，分别位于底盘的中间位置、东北角、西北角、西南角和东南角；所述爬楼导轮包括一个含有三个或三个以上脚部的固定架和铰接在该固定架各脚部上的滚轮。
所述导轨系统包括第一导引柱、第二导引柱和三条扣轨，该三条扣轨分别铺设于楼梯的两侧边和中间位置，所述扣轨包括呈阶梯状的底轨，所述底轨上每隔一定距离设置一根垂直于底轨的扣柱；所述第一导引柱和第二导引柱上设有红外信号反馈器；所述第一导引柱和第二导引柱分别位于所述扣轨的两端。
所述红外引导系统包括两个对称分布于机身上的红外发射端和红外测距接受端，所述红外发射端发送红外信号至所述红外信号反馈器，所述红外信号反馈器将信号反馈至红外测距接受端，测距导引安防机器人运动至第一/第二导引柱。
所述行走导轮共有16个；该16个行走导轮分为四组、均匀分布在所述底盘的左中位置、右中位置、上中位置和下中位置。所述行走导轮和爬楼导轮均可实现360度旋转。所述机身内包括21个微型直流步进电机，所述各行走导轮、爬楼导轮由各微型直流步进电机分别驱动运动。
通过安防机器人机身上的红外引导系统与导轨系统上的第一导引柱/第二导引柱的相互作用，安防机器人实现由平地接近导轨系统。同时弹出机构弹出各爬楼导轮；中央轮行走于铺设于楼梯中间位置的扣轨上，东北角轮、西北角轮、西南角轮和东南角轮分别行走于铺设于楼梯两侧边的扣轨上。
其中，所述导轨可以为直线型，也可以为弧形或螺旋形。
与现有技术相比，本发明的技术效果在于：本发明利用红外导航装置引导机器人行走在楼梯上，则安防机器人可以运行在各种形状的楼梯之上，应用范围广泛；扣轨上相隔一定距离设置有竖直的小扣柱，小扣柱可以防止安防机器人在爬楼过程中受重力影响冲高回落或在下楼过程中摔落。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中安防机器人的主视结构示意图；
图3为图1中安防机器人的仰视结构示意图；
图4为本发明中安防机器人的俯视结构示意图；
图5为本发明中安防机器人的第一种爬楼导轮的结构示意图；
图6为本发明中安防机器人的第二种爬楼导论的结构示意图；
图7为本发明中安防机器人的爬楼导轮与底轨的位置关系示意图；
图8为本发明安防机器人上楼过程的俯视局部示意图。
上述各附图中，各部件对应的附图标记如下：
1、安防机器人；2、导轨系统；11、底盘；12、机身；111、行走导轮；112、爬楼导轮；1121、固定架；1122、滚轮；21、第一导引柱；22、第二导引柱；23、扣轨；24、红外信号反馈器；231、底轨；232、扣柱；31、红外发射端；32、红外测距接受端。
具体实施方式
以下结合各附图所示实施例对本发明作进一步的说明：
如图1所示：
一种轮式安防机器人爬楼装置，包括安防机器人1和铺设于楼梯上的导轨系统2，所述导轨系统2包括第一导引柱21、第二导引柱22和三条扣轨23，该三条扣轨23分别铺设于楼梯的两侧边和中间位置；所述第一导引柱21和第二导引柱22上设有红外信号反馈器24；所述第一导引柱21和第二导引柱22分别位于所述扣轨23的两端。
如图2-4所示：
安防机器人1包括圆形的底盘11和位于该底盘11上的机身12；该底盘11上设有滚轮行走系统；该机身12上设有红外引导系统3；所述滚轮行走系统具体包括行走导轮111、爬楼导轮112和弹出机构（弹出机构采用公知的弹出部件，且为安防机器人内部部件，故图中省略未示出）；
所述爬楼导轮112为升降轮，在弹出机构的控制下收缩于底盘11的底部平面或者弹出；所述爬楼导轮112共5个、包括中央轮、东北角轮、西北角轮、西南角轮和东南角轮，分别位于底盘11的中间位置、东北角、西北角、西南角和东南角。所述红外引导系统包括对称分布于机身上的红外发射端31和红外测距接受端32，所述红外发射端32发送红外信号至所述红外信号反馈器24，所述红外信号反馈器24将信号反馈至红外测距接受端32，测距导引安防机器人1运动至第一/第二导引柱。所述行走导轮111共有16个；该16个行走导轮111分为四组、均匀分布在所述底盘11的左中位置、右中位置、上中位置和下中位置。
如图5-6所示：
一种实施方式是：所述爬楼导轮112采用含有三个脚部的固定架1121和分别铰接在固定架1121各脚部上的3个滚轮1122；且三个铰接点呈等边三角形分布。
另一种实施方式是：所述爬楼导轮112采用含有四个脚部的固定架和分别铰接在固定架各脚部上的4个滚轮1122；且四个铰接点呈正方形分布。
如图7-8所示：
所述扣轨23包括呈阶梯状的底轨231，所述底轨231上每隔一定距离设置一根垂直于底轨231的扣柱232。
另外，所述行走导轮111和爬楼导轮112均可实现360度旋转。所述机身内还包括21个微型直流步进电机，所述各行走导轮111、爬楼导轮112由各微型直流步进电机分别驱动运动。
实践中：安防机器人1从一楼攀爬至二楼的工作过程如下：红外发射端32发送红外信号至所述红外信号反馈器24，所述红外信号反馈器24将信号反馈至红外测距接受端32，测距导引安防机器人1在平地上由行走导轮111驱动，运动至第一导引柱21。随后，弹出机构令爬楼导轮112弹出，安防机器人1在红外信号反馈器24的导引下，从第一导引柱21向第二导引柱22运动，5个爬楼导轮112在机身内个微型直流步进电机的驱动下，分别沿三条扣轨23色温阶梯状底轨231上滚动向上，过程中各滚轮1122由扣柱232卡扣住，避免了安防机器人1在爬楼过程中受重力影响冲高回落。当安防机器人1到达第二导引柱22处，实现了安防机器人1从一楼爬至二楼的过程。同时，弹出机构令爬楼导轮112收起。而逆向上述过程，则可以实现安防机器人1从二楼下至1楼的过程。
本发明的保护范围并不局限于上述实施例，任何熟悉本领域技术的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种轮式安防机器人爬楼装置，包括安防机器人（1）和铺设于楼梯上的导轨系统（2），其特征在于：所述安防机器人（1）包括圆形的底盘（11）和位于该底盘（11）上的机身（12）；该底盘（11）上设有滚轮行走系统；该机身（12）上设有红外引导系统（3）；所述滚轮行走系统包括行走导轮（111）、爬楼导轮（112）和弹出机构；
所述爬楼导轮（112）为升降轮，在所述弹出机构的控制下收缩于底盘（11）的底部平面或者弹出；所述爬楼导轮（112）共5个、包括中央轮、东北角轮、西北角轮、西南角轮和东南角轮，分别位于底盘（11）的中间位置、东北角、西北角、西南角和东南角；所述爬楼导轮（112）包括一个含有三个或三个以上脚部的固定架（1121）和铰接在该固定架（1121）各脚部上的滚轮（1122）；
所述导轨系统（2）包括第一导引柱（21）、第二导引柱（22）和三条扣轨（23），该三条扣轨（23）分别铺设于楼梯的两侧边和中间位置，所述扣轨（23）包括呈阶梯状的底轨（231），所述底轨（231）上每隔一定距离设置一根垂直于底轨（231）的扣柱（232）；所述第一导引柱（21）和第二导引柱（22）上设有红外信号反馈器（24）；所述第一导引柱（21）和第二导引柱（22）分别位于所述扣轨（23）的两端；
所述红外引导系统包括对称分布于机身上的红外发射端（31）和红外测距接受端（32），所述红外发射端（32）发送红外信号至所述红外信号反馈器（24），所述红外信号反馈器（24）将信号反馈至红外测距接受端（32），测距导引安防机器人（1）运动至第一/第二导引柱。
2.根据权利要求1所述的一种轮式安防机器人爬楼装置，其特征在于：所述行走导轮（111）共有16个；该16个行走导轮（111）分为四组、均匀分布在所述底盘（11）的左中位置、右中位置、上中位置和下中位置。
3. 根据权利要求3所述的一种轮式安防机器人上楼装置，其特征在于：所述行走导轮（111）和爬楼导轮（112）均可实现360度旋转。
4. 根据权利要求1所述的一种轮式安防机器人上楼装置，其特征在于：所述机身内包括21个微型直流步进电机，所述各行走导轮（111）、爬楼导轮（112）由各微型直流步进电机分别驱动运动。
5. 根据权利要求1所述的一种轮式安防机器人上楼装置，其特征在于：所述爬楼导轮（112）包括一个含有三个脚部的固定架（1121）和分别铰接在固定架（1121）各脚部上的3个滚轮（1122）；且三个铰接点呈等边三角形分布。
6. 根据权利要求1所述的一种轮式安防机器人上楼装置，其特征在于：所述爬楼导轮（112）包括一个含有四个脚部的固定架和分别铰接在固定架各脚部上的4个滚轮（1122）；且四个铰接点呈正方形分布。
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