CN107387709A - 一种爬楼梯机器人传动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种爬楼梯机器人传动装置，用于辅助爬楼梯机器人进行水平运动以及爬楼梯运动，具有这样的特征，包括：动力部，为爬楼梯机器人提供动力；主传动部，与动力部连接；以及可变换叶轮传动部，与主传动部连接，在主传动部的带动下带动爬楼梯机器人进行水平运动以及爬楼梯运动，其中，可变换叶轮传动部，具有车轮轴单元、可变换叶轮单元以及轮形变换轴单元，车轮轴单元与主传动部连接，可变换叶轮单元与车轮轴单元连接，在车轮轴单元的带动下滚动，轮形变换轴单元分别与主传动部以及可变换叶轮单元连接，在主传动部的带动下驱动可变换叶轮单元的形状发生变化。

Description

一种爬楼梯机器人传动装置
技术领域
本发明涉及一种传动装置，具体涉及一种爬楼梯机器人传动装置。
背景技术
随着人们生活水平的提高，一栋栋高楼大厦平地而起。爬楼梯机器人，可用于高楼大厦中的一些日常维修及险难作业，对保障人身安全，改善劳动环境，提高劳动生产率，以及降低劳动成本，有着十分重要的意义。目前平地行动机器人已经广泛应用到平民家里，而爬楼梯机器人有许多仍未完全解决的问题。
发明内容
本发明是为了解决爬楼梯机器人的爬坡问题而进行的，目的在于提供一种爬楼梯机器人传动装置。
本发明提供了一种爬楼梯机器人传动装置，用于辅助爬楼梯机器人进行水平运动以及爬楼梯运动，具有这样的特征，包括：动力部，为爬楼梯机器人提供动力；主传动部，与动力部连接；以及可变换叶轮传动部，与主传动部连接，在主传动部的带动下带动爬楼梯机器人进行水平运动以及爬楼梯运动，其中，可变换叶轮传动部，具有车轮轴单元、可变换叶轮单元以及轮形变换轴单元，车轮轴单元与主传动部连接，可变换叶轮单元与车轮轴单元连接，在车轮轴单元的带动下滚动，轮形变换轴单元分别与主传动部以及可变换叶轮单元连接，在主传动部的带动下驱动可变换叶轮单元的形状发生变化。
在本发明提供的爬楼梯机器人传动装置中，还可以具有这样的特征：其中，可变换叶轮单元包括四个结构相似的可变换叶轮组件，四个可变换叶轮组件均包括中心齿轮以及具有行星齿轮的圆弧杆，中心齿轮与轮形变换轴单元连接，行星齿轮与中心齿轮啮合，在中心齿轮的带动下带动圆弧杆转动进而改变可变换叶轮单元的形状。
在本发明提供的爬楼梯机器人传动装置中，还可以具有这样的特征：其中，圆弧杆转动的角度在0°-240°范围内变化，通过控制该角度的大小可以改变圆弧杆伸出的高度。
在本发明提供的爬楼梯机器人传动装置中，还可以具有这样的特征：其中，可变换叶轮单元的形状为圆形或三叉星形，当可变换叶轮单元的形状为圆形时，用于辅助爬楼梯机器人进行水平运动，当可变换叶轮单元的形状为三叉星形时，用于辅助爬楼梯机器人进行爬楼梯运动。
在本发明提供的爬楼梯机器人传动装置中，还可以具有这样的特征：其中，轮形变换轴单元上还设置有用于制动的制动器与离合器。
在本发明提供的爬楼梯机器人传动装置中，还可以具有这样的特征：其中，动力部为电动机。
在本发明提供的爬楼梯机器人传动装置中，还可以具有这样的特征：其中，主传动部包括带传动单元与链传动单元。带传动单元包括主动轮、从动轮以及套设在主动轮与从动轮上的传送带。链传动单元包括主动链轮、从动链轮以及套设在主动链轮与从动链轮上的链条。发明的作用与效果
根据本发明所涉及的爬楼梯机器人传动装置，因为将传统车轮根据行星齿轮机构原理，改进成为可变换叶轮单元，并通过轮形变换轴单元控制该可变换叶轮单元的形状发生改变，当可变换叶轮单元的形状为圆形时，适用于机器人进行平地行走；当可变换叶轮单元的形状为三叉星形时，适用于机器人爬楼梯行走。所以本发明所涉及的爬楼梯机器人传动装置不仅能辅助机器人水平运动，而且可以辅助机器人上下楼梯。
附图说明
图1是本发明的实施例中爬楼梯机器人传动装置的结构图；
图2是本发明的实施例中左前轮可变换叶轮传动单元的结构图；
图3是本发明的实施例中左前轮可变换叶轮传动单元的示意图；
图4是本发明的实施例中中心齿轮的示意图；
图5是本发明的实施例中圆弧杆为圆形时的示意图；以及
图6是本发明的实施例中圆弧杆为三叉星形时的示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明爬楼梯机器人传动装置作具体阐述。
图1是本发明的实施例中爬楼梯机器人传动装置的结构图。
如图1所示，爬楼梯机器人传动装置100包括动力部10、主传动部20以及可变换叶轮传动部30。
动力部10为爬楼梯机器人提供动力，在本实施例中为电动机。
主传动部20包括带传动单元21、传动主轴22、第一链传动单元23、第二链传动单元24以及第三链传动单元25。
带传动单元21包括主动轮211、从动轮212以及套设在主动轮211与从动轮212上的传送带213。主动轮211与动力部10连接，在动力部10的驱动下，通过传送带213带动从动轮212转动。
传动主轴22与从动轮212连接。
第一链传动单元23、第二链传动单元24以及第三链传动单元25的结构相似，均与传动主轴22连接，在本实施例中以第一链传动单元23为例进行详细说明。
第一链传动单元23包括主动链轮231、从动链轮232以及套设在主动链轮231与从动链轮232上的链条232。主动链轮231与传动主轴22连接，在传动主轴22的带动下驱动从动链轮232转动。
可变换叶轮传动部30包括车轮轴单元31、轮形变换轴单元32以及可变换叶轮单元33。
车轮轴单元31包括前车轮轴311、左后车轮轴312以及右车轮轴313。
前车轮轴311与第一链传动单元23的从动链轮232连接，前车轮轴311上设置有用于制动的前轮离合器3111与前轮制动器3112。
左后车轮轴312上设置有用于制动的左后轮制动器3121。
右车轮轴313上设置有用于制动的右后轮制动器3131。
轮形变换轴单元32包括前轮形变换轴321与后轮形变换轴322。
前轮形变换轴321与第三链传动单元25连接，设置有用于制动的前轮形变换制动器3211与前轮形变换离合器3212。
后轮形变换轴322与第二链传动单元24连接，设置有用于制动的后轮形变换制动器3221与后轮形变换离合器3222。
可变换叶轮单元33包括左前轮可变换叶轮组件331、右前轮可变换叶轮组件332、左后轮可变换叶轮组件333以及右后轮可变换叶轮组件334。左前轮可变换叶轮组件331与右前轮可变换叶轮组件332分别与前车轮轴311的两端连接，左后轮可变换叶轮组件333与左后车轮轴312连接，右后轮可变换叶轮组件334与右车轮轴313连接。
左前轮可变换叶轮组件331、右前轮可变换叶轮组件332、左后轮可变换叶轮组件333以及右后轮可变换叶轮组件334的结构相似，在本实施例中以左前轮可变换叶轮组件331为例进行详细说明。
图2是本发明的实施例中左前轮可变换叶轮组件的结构图。
图3是本发明的实施例中左前轮可变换叶轮组件的示意图。
如图2、3所示，左前轮可变换叶轮组件331包括主动齿轮3311、从动齿轮3312、中心齿轮3313、内侧固定板3314、圆弧杆3315以及外侧防护板3316。
主动齿轮3311与前轮形变换轴321连接，在前轮形变换轴321的带动下转动。
从动齿轮3312与主动齿轮3311啮合。
图4是本发明的实施例中中心齿轮的结构图。
如图4所示，中心齿轮3313具有套筒(图中未标明)，该套筒通过键链接与从动齿轮3312连接，使中心齿轮3313在从动齿轮3312的带动下转动；套筒的内部可供前车轮轴311穿过，前车轮轴311的转动不影响中心齿轮3313与从动齿轮3312的转动。
内侧固定板3314设置在中心齿轮3313与从动齿轮3312之间，与前车轮轴311的一端连接，在前车轮轴311的带动下转动。
图5是本发明的实施例中圆弧杆为圆形时的示意图。
图6是本发明的实施例中圆弧杆为三叉星形时的示意图。
如图5、6所示，圆弧杆3315固定在内侧固定板3314上，具有行星齿轮33151。在本实施例中，圆弧杆3315的数目为三个，三个圆弧杆3315的弧面可以组合成一个圆形，也可以组合成一个三叉星形。当圆弧杆3315为圆形时，圆弧杆3315在内侧固定板3314的带动下进行水平滚动，辅助机器人进行水平运动；当圆弧杆3315的形状为三叉星形时，圆弧杆3315在内侧固定板3314的带动下沿楼梯滚动，辅助机器人进行爬楼梯运动。
行星齿轮33151与中心齿轮3313啮合，在中心齿轮3313的带动下转动一定的角度，带动圆弧杆3315的形状在圆形与三叉星形之间变换。当圆弧杆3315的形状为三叉星形时，随着行星齿轮33151转动的角度不同，圆弧杆3315转动的角度不同、伸出的高度不同，从而可以辅助机器人在不同尺寸的楼梯上进行上下运动。
外侧防护板3316设置在圆弧杆3315的外侧，起防护作用。
本发明涉及的爬楼梯机器人传动装置辅助机器人进行水平运动的过程为：
步骤一，动力部10将动力提供给带传动单元21，带传动单元21带动传动主轴22转动。
步骤二，传动主轴22转动通过第三链传动单元25带动前轮形变换轴321转动，进而通过依次带动主动齿轮3311、从动齿轮3312、中心齿轮3313以及行星齿轮33151转动，使圆弧杆3315的形状变为圆形，即左前轮可变换叶轮组件331为圆形；同时，以相似的方式，前轮形变换轴321带动右前轮可变换叶轮组件332变为圆形；通过前轮形变换制动器3211与前轮形变换离合器3212制动前轮形变换轴321，则左前轮可变换叶轮组件331与右前轮可变换叶轮组件332的形状保持圆形不变。同时，以相似的方式，传动主轴22通过第二链传动单元24带后轮形变换轴322转动，后轮形变换轴322使左后轮可变换叶轮组件333与右后轮可变换叶轮组件334变为圆形，通过后轮形变换制动器3221与后轮形变换离合器3222制动后轮形变换轴322，左后轮可变换叶轮组件333与右后轮可变换叶轮组件334的形状保持圆形不变。
步骤三，传动主轴22通过第一链传动单元23带动前车轮轴311转动，前车轮轴311通过内侧固定板3314驱动圆形的左前轮可变换叶轮组件331滚动，同时，以相似的方式，前车轮轴311驱动圆形的右前轮可变换叶轮组件332滚动。然后以前轮驱动、后轮从动的方式，带动圆形的左后轮可变换叶轮组件333与右后轮可变换叶轮组件334滚动，并通过前轮离合器3111与前轮制动器3112来控制机器人的动力传递与制动，从而辅助机器人进行水平运动。
本发明涉及的爬楼梯机器人传动装置辅助机器人进行爬楼梯运动的过程为：
步骤一，动力部10将动力提供给带传动单元21，带传动单元21带动传动主轴22转动。
步骤二，传动主轴22转动通过第三链传动单元25带动前轮形变换轴321转动，进而通过依次带动主动齿轮3311、从动齿轮3312、中心齿轮3313以及行星齿轮33151转动，行星齿轮33151转动一定的角度，带动圆弧杆3315转动并伸出一定的高度，该高度与楼梯的高度相匹配，此时圆弧杆3315的形状变为三叉星形，即左前轮可变换叶轮组件331为三叉星形；同时，以相似的方式，前轮形变换轴321带动右前轮可变换叶轮组件332变为三叉星形；通过前轮形变换制动器3211与前轮形变换离合器3212制动前轮形变换轴321，则左前轮可变换叶轮组件331与右前轮可变换叶轮组件332的形状保持三叉星形不变。同时，以相似的方式，传动主轴22通过第二链传动单元24带后轮形变换轴322转动，后轮形变换轴322使左后轮可变换叶轮组件333与右后轮可变换叶轮组件334变为三叉星形，通过后轮形变换制动器3221与后轮形变换离合器3222制动后轮形变换轴322，左后轮可变换叶轮组件333与右后轮可变换叶轮组件334的形状保持三叉星形不变。
步骤三，传动主轴22通过第一链传动单元23带动前车轮轴311转动，前车轮轴311通过内侧固定板3314驱动三叉星形的左前轮可变换叶轮组件331滚动，同时，以相似的方式，前车轮轴311驱动三叉星形的右前轮可变换叶轮组件332滚动。然后以前轮驱动、后轮从动的方式，带动三叉星形的左后轮可变换叶轮组件333与右后轮可变换叶轮组件334滚动，并通过前轮离合器3111与前轮制动器3112来控制机器人的动力传递与制动，从而辅助机器人进行爬楼梯运动。
本发明涉及的爬楼梯机器人传动装置辅助机器人转向的过程为，通过左后轮制动器3121制动左后轮可变换叶轮组件333，辅助机器人进行左转向；通过右后轮制动器3131制动右后轮可变换叶轮组件334，辅助机器人进行右转向；同时制动左后轮可变换叶轮组件333与右后轮可变换叶轮组件334，可以使机器人停止行进。
实施例的作用与效果
根据本实施例所涉及的爬楼梯机器人传动装置，因为将传统车轮根据行星齿轮机构原理，改进成为可变换叶轮单元，并通过轮形变换轴单元控制该可变换叶轮单元的形状发生改变，当可变换叶轮单元的形状为圆形时，适用于机器人进行平地行走；当可变换叶轮单元的形状为三叉星形时，适用于机器人爬楼梯行走。所以本发明所涉及的爬楼梯机器人传动装置不仅能辅助机器人在平地行走，而且可以辅助机器人上下楼梯。
通过可变换叶轮单元的圆弧杆的弧面在地面或楼梯上进行滚动，可以实现机器人平稳、持续的地面行走或上下爬楼。
通过控制圆弧杆上的形星齿轮所转过的角度，可以控制圆弧杆转过的角度进而改变圆弧杆伸出的高度，实现一个爬楼机器人在不同尺寸的楼梯上进行上下运动。
通过左后轮制动器与右后车轮制动器辅助机器人实现转向与停止前进，使机器人的地面行走或上下爬楼更加灵活。
主要采用带传动、链轮传动以及齿轮传动的方式，具有结构简单，控制方便等特点。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种爬楼梯机器人传动装置，用于辅助爬楼梯机器人进行水平运动以及爬楼梯运动，其特征在于，包括：
动力部，为所述爬楼梯机器人提供动力；
主传动部，与所述动力部连接；以及
可变换叶轮传动部，与所述主传动部连接，在所述主传动部的带动下带动所述爬楼梯机器人进行水平运动以及爬楼梯运动，
其中，所述可变换叶轮传动部，具有车轮轴单元、可变换叶轮单元以及轮形变换轴单元，
所述车轮轴单元与所述主传动部连接，
所述可变换叶轮单元与所述车轮轴单元连接，在所述车轮轴单元的带动下滚动，
所述轮形变换轴单元分别与所述主传动部以及所述可变换叶轮单元连接，在所述主传动部的带动下驱动所述可变换叶轮单元的形状发生变化。
2.根据权利要求1所述的爬楼梯机器人传动系统结构，其特征在于：
其中，所述可变换叶轮单元包括四个结构相似的可变换叶轮组件，
四个所述可变换叶轮组件均包括中心齿轮以及具有行星齿轮的圆弧杆，
所述中心齿轮与所述轮形变换轴单元连接，
所述行星齿轮与所述中心齿轮啮合，在所述中心齿轮的带动下带动所述圆弧杆转动一定角度进而改变所述可变换叶轮单元的形状。
3.根据权利要求2所述的爬楼梯机器人传动系统结构，其特征在于：
其中，所述圆弧杆转动的角度在0°-240°范围内变化，通过控制该角度的大小可以改变圆弧杆伸出的高度。
4.根据权利要求1所述的爬楼梯机器人传动系统结构，其特征在于：
其中，所述可变换叶轮单元的形状为圆形或三叉星形，
当所述可变换叶轮单元的形状为圆形时，用于辅助所述爬楼梯机器人进行水平运动，
当所述可变换叶轮单元的形状为三叉星形时，用于辅助所述爬楼梯机器人进行爬楼梯运动。
5.根据权利要求1所述的爬楼梯机器人传动系统结构，其特征在于：
其中，所述轮形变换轴单元上还设置有用于制动的制动器与离合器。
6.根据权利要求1所述的爬楼梯机器人传动系统结构，其特征在于：
其中，所述可变换叶轮单元包括四个结构相似的可变换叶轮组件，即两个前轮可变换叶轮组件与两个后轮可变换叶轮组件，
所述车轮轴单元包括一个前车轮轴与两个后车轮轴，
所述前车轮轴的两端分别与两个所述前轮可变换叶轮组件连接，用于驱动两个所述前轮可变换叶轮组件运动，进而带动两个所述后轮可变换叶轮组件运动，
两个所述后车轮轴与两个所述后轮可变换叶轮传动组件分别一一对应连接，每个所述后车轮轴上均设置有用于制动的制动器。
7.根据权利要求1所述的爬楼梯机器人传动系统结构，其特征在于：
其中，所述动力部为电动机。
8.根据权利要求1所述的爬楼梯机器人传动系统结构，其特征在于：
其中，所述主传动部包括带传动单元与链传动单元。
带传动单元包括主动轮、从动轮以及套设在所述主动轮与所述从动轮上的传送带。
链传动单元包括主动链轮、从动链轮以及套设在所述主动链轮与所述从动链轮上的链条。
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