CN108163075A - 一种爬楼梯机器人及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种爬楼梯机器人及其应用，本发明机器人包括车架机构、控制系统和轮式行走机构；其中控制系统、轮式行走机构安装在车架机构上，控制系统用于驱动轮式行走机构中可变轮的行走与爬楼梯，可变轮的行走带动轮式行走机构中后轮的行走。本发明采用轮式行走机构，可以有效地用于爬楼梯，该结构能让机器人在平地上为轮式结构，爬楼时张开为爪型结构，使得爬楼梯时更加平稳，配合辅助单排轮，可以让机器人爬楼时增大轮子与楼梯接触面积提供稳定车身以及爬楼缓冲的作用。同时，创新地让爬楼机器人实现送水功能，可将桶装水从平地上运送到楼层里。
Description
技术领域
本发明涉及一种爬楼梯机器人及其应用，属于机器人技术领域。
背景技术
机器人作为一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。对不同任务和特殊环境的适应性，也是机器人与一般自动化装备的重要区别。非结构环境中的多功能全自主的移动机器人技术多年来一直是机器人研究中的热点问题之一。但是非结构环境给移动机器人的运动造成了自主决策和路径规划的困难，越障机器人的研究，对扩展机器人的作业空间，在人不能到达或不便到达的环境中进行作业，具有重要的意义。越障机器人还可用于工业中的一些险难作业，不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境．减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。
楼梯是人造环境中的最常见的障碍，也是最难跨越的障碍之一，爬楼梯机器人的研究是解决当前全自主机器人在非结构环境下正常工作的重要环节之一。爬楼梯机器人可应用于危险环境探查、侦察、救灾、导盲、助残、搬运、清扫、维修、安装等作业，其实际意义重大。
发明内容
本发明提供了一种爬楼梯机器人，用于通过该机器人实现爬楼梯，提供了一种爬楼梯机器人的应用，用于实现送爬楼梯送水。
本发明的技术方案是：一种爬楼梯机器人，包括车架机构、控制系统和轮式行走机构；其中控制系统、轮式行走机构安装在车架机构上，控制系统用于驱动轮式行走机构中可变轮的行走与爬楼梯，可变轮的行走带动轮式行走机构中后轮的行走。
所述车架机构包括上车架、支架杆、车轮支撑杆、固定横梁；其中上车架通过支架杆与车轮支撑杆连接，固定横梁连接车轮支撑杆。
所述控制系统包括摄像头、安装板、控制器和电源；其中电源用于供电，安装板上安装控制器、电源，摄像头用于采集图像信息传至控制器，通过控制器分别控制轮式行走机构中的可变轮驱动电机、轮式行走机构中的可变轮控制电机运动。
所述轮式行走机构包括可变轮、可变轮驱动电机、可变轮驱动电机架、后轮和后轮轴；其中可变轮与后轮安装在车架机构中车轮支撑杆上，后轮之间通过后轮轴连接，可变轮驱动电机安装在可变轮驱动电机架上，可变轮为主动轮，控制系统控制可变轮驱动电机驱动可变轮行走，带动从动轮后轮行走。
所述可变轮包括可变轮控制电机、固定轮毂、活动轮毂和爬楼爪；其中可变轮控制电机安装在固定轮毂上，爬楼爪与活动轮毂连接，控制系统控制可变轮控制电机带动内部小齿轮转动从而控制活动轮毂的转动，从而控制爬楼爪的开合实现爬楼梯。
所述轮式行走机构还包括辅助单排轮，辅助单排轮安装在后轮轴上，用于增大爬楼梯时的接触面积。
还包括安装在车架机构上的夹持机构，夹持机构用于通过控制系统控制夹持水桶。
所述夹持机构包括伸缩臂驱动电机、水桶夹持爪和伸缩臂；其中安装在车架机构中上车架上的伸缩臂驱动电机通过伸缩臂与水桶夹持爪连接，控制系统控制伸缩臂驱动电机驱动伸缩臂运动。
还包括安装在车架机构上的升降机构，升降机构用于通过控制系统控制机器人的升降。
所述升降机构包括推杆套筒、推杆、推杆电机和推杆电机架；其中车架机构中上车架与推杆套筒一端连接，推杆套筒另一端通过推杆与车架机构中支架杆连接，推杆与推杆套筒同轴心连接，推杆电机安装在推杆电机架上，控制系统控制推杆电机驱动推杆运动。
将爬楼梯机器人用于送水。
本发明的有益效果是：本发明采用轮式行走机构，可以有效地用于爬楼梯，该结构能让机器人在平地上为轮式结构，爬楼时张开为爪型结构，使得爬楼梯时更加平稳，配合辅助单排轮，可以让机器人爬楼时增大轮子与楼梯接触面积提供稳定车身以及爬楼缓冲的作用。同时，创新地让爬楼机器人实现送水功能，可将桶装水从平地上运送到楼层里。
附图说明
图1为本发明的结构示意图一；
图2为本发明的结构示意图二；
图3为本发明中可变轮结构示意图；
图4为本发明初始工位图；
图5为本发明爬楼图；
图6为本发明装水工位图；
图中各标号：1-上车架、2-摄像头、3-推杆套筒、4-推杆、5-支架杆、6-可变轮、7-可变轮驱动电机、8-可变轮驱动电机架、9-后轮、10-辅助单排轮、11-车轮支撑杆、12-伸缩臂驱动电机、13-水桶夹持爪、14水桶、15-伸缩臂、16-后轮轴、17-安装板、18-控制器、19-固定横梁、20-推杆电机、21-推杆电机架、22-电源、23-可变轮控制电机、24-固定轮毂、25-活动轮毂、26-爬楼爪。
具体实施方式
实施例1：如图1-5所示，一种爬楼梯机器人，包括车架机构、控制系统和轮式行走机构；其中控制系统、轮式行走机构安装在车架机构上，控制系统用于驱动轮式行走机构中可变轮6的行走与爬楼梯，可变轮6的行走带动轮式行走机构中后轮9的行走。
进一步地，可以设置所述车架机构包括上车架1、支架杆5、车轮支撑杆11、固定横梁19；其中上车架1通过支架杆5与车轮支撑杆11连接，固定横梁19连接车轮支撑杆11。
进一步地，可以设置所述控制系统包括摄像头2、安装板17、控制器18和电源22；其中电源22用于供电，安装板17上安装控制器18、电源22，摄像头2用于采集图像信息传至控制器18，通过控制器18分别控制轮式行走机构中的可变轮驱动电机7、轮式行走机构中的可变轮控制电机23运动。
进一步地，可以设置所述轮式行走机构包括可变轮6、可变轮驱动电机7、可变轮驱动电机架8、后轮9和后轮轴16；其中可变轮6与后轮9安装在车架机构中车轮支撑杆11上，后轮9之间通过后轮轴16连接，可变轮驱动电机7安装在可变轮驱动电机架8上，可变轮6为主动轮，控制系统控制可变轮驱动电机7驱动可变轮6行走，带动从动轮后轮9行走。
进一步地，可以设置所述可变轮6包括可变轮控制电机23、固定轮毂24、活动轮毂25和爬楼爪26；其中可变轮控制电机23安装在固定轮毂24上，爬楼爪26与活动轮毂25连接，控制系统控制可变轮控制电机23带动内部小齿轮转动从而控制活动轮毂25的转动，从而控制爬楼爪26的开合实现爬楼梯。
进一步地，可以设置所述轮式行走机构还包括辅助单排轮10，辅助单排轮10安装在后轮轴16上，用于增大爬楼梯时的接触面积。
该结构下的工作过程是：
控制器18控制可变轮驱动电机7驱动可变轮6行走，带动从动轮后轮9行走，若摄像头2将探测的可变轮6触碰到楼梯的图像传至控制器18，控制器18控制可变轮控制电机23将可变轮6张开为爪状实现爬楼功能，爬楼完成后，控制器18控制可变轮控制电机23将可变轮6收缩为轮状实现在平地行走。
实施例2：如图1-6所示，一种爬楼梯机器人，包括车架机构、控制系统和轮式行走机构；其中控制系统、轮式行走机构安装在车架机构上，控制系统用于驱动轮式行走机构中可变轮6的行走与爬楼梯，可变轮6的行走带动轮式行走机构中后轮9的行走。
进一步地，可以设置所述车架机构包括上车架1、支架杆5、车轮支撑杆11、固定横梁19；其中上车架1通过支架杆5与车轮支撑杆11连接，固定横梁19连接车轮支撑杆11。
进一步地，可以设置所述控制系统包括摄像头2、安装板17、控制器18和电源22；其中电源22用于供电，安装板17上安装控制器18、电源22，摄像头2用于采集图像信息传至控制器18，通过控制器18分别控制轮式行走机构中的可变轮驱动电机7、轮式行走机构中的可变轮控制电机23运动。
进一步地，可以设置所述轮式行走机构包括可变轮6、可变轮驱动电机7、可变轮驱动电机架8、后轮9和后轮轴16；其中可变轮6与后轮9安装在车架机构中车轮支撑杆11上，后轮9之间通过后轮轴16连接，可变轮驱动电机7安装在可变轮驱动电机架8上，可变轮6为主动轮，控制系统控制可变轮驱动电机7驱动可变轮6行走，带动从动轮后轮9行走。
进一步地，可以设置所述可变轮6包括可变轮控制电机23、固定轮毂24、活动轮毂25和爬楼爪26；其中可变轮控制电机23安装在固定轮毂24上，爬楼爪26与活动轮毂25连接，控制系统控制可变轮控制电机23带动内部小齿轮转动从而控制活动轮毂25的转动，从而控制爬楼爪26的开合实现爬楼梯。
进一步地，可以设置所述轮式行走机构还包括辅助单排轮10，辅助单排轮10安装在后轮轴16上，用于增大爬楼梯时的接触面积。
进一步地，可以设置还包括安装在车架机构上的夹持机构，夹持机构用于通过控制系统控制夹持水桶14。
进一步地，可以设置所述夹持机构包括伸缩臂驱动电机12、水桶夹持爪13和伸缩臂15；其中安装在车架机构中上车架1上的伸缩臂驱动电机12通过伸缩臂15与水桶夹持爪13连接，控制系统控制伸缩臂驱动电机12驱动伸缩臂15运动。
进一步地，可以设置还包括安装在车架机构上的升降机构，升降机构用于通过控制系统控制机器人的升降。
进一步地，可以设置所述升降机构包括推杆套筒3、推杆4、推杆电机20和推杆电机架21；其中车架机构中上车架1与推杆套筒3一端连接，推杆套筒3另一端通过推杆4与车架机构中支架杆5连接，推杆4与推杆套筒3同轴心连接，推杆电机20安装在推杆电机架21上，控制系统控制推杆电机20驱动推杆4运动。
将爬楼梯机器人用于送水。
本发明的工作原理是：
行进过程中，控制器18控制可变轮驱动电机7驱动可变轮6行走，带动从动轮后轮9行走，若摄像头2将探测的可变轮6触碰到楼梯的图像传至控制器18，控制器18控制可变轮控制电机23将可变轮6张开为爪状实现爬楼功能，爬楼完成后，控制器18控制可变轮控制电机23将可变轮6收缩为轮状实现在平地行走。
将爬楼梯机器人用于送水，具体过程如下：控制系统控制推杆电机20驱动推杆4运动，控制器18控制推杆4处于收缩状态，上车架1位于低工位，将水桶14放到水桶夹持爪13之间，水桶夹持抓13在伸缩臂驱动电机12的驱动下夹紧水桶14；水桶14被夹紧后，推杆4在推杆电机20的驱动下伸出从而使上车架1上升。到达目标地点，控制器18控制推杆4处于伸展状态，上车架1上升到高工位，伸缩臂15收缩将水桶14放入饮水机中。
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (11)
1.一种爬楼梯机器人，其特征在于：包括车架机构、控制系统和轮式行走机构；其中控制系统、轮式行走机构安装在车架机构上，控制系统用于驱动轮式行走机构中可变轮（6）的行走与爬楼梯，可变轮（6）的行走带动轮式行走机构中后轮（9）的行走。
2.根据权利要求1所述的爬楼梯机器人，其特征在于：所述车架机构包括上车架（1）、支架杆（5）、车轮支撑杆（11）、固定横梁（19）；其中上车架（1）通过支架杆（5）与车轮支撑杆（11）连接，固定横梁（19）连接车轮支撑杆（11）。
3.根据权利要求1所述的爬楼梯机器人，其特征在于：所述控制系统包括摄像头（2）、安装板（17）、控制器（18）和电源（22）；其中电源（22）用于供电，安装板（17）上安装控制器（18）、电源（22），摄像头（2）用于采集图像信息传至控制器（18），通过控制器（18）分别控制轮式行走机构中的可变轮驱动电机（7）、轮式行走机构中的可变轮控制电机（23）运动。
4.根据权利要求1所述的爬楼梯机器人，其特征在于：所述轮式行走机构包括可变轮（6）、可变轮驱动电机（7）、可变轮驱动电机架（8）、后轮（9）和后轮轴（16）；其中可变轮（6）与后轮（9）安装在车架机构中车轮支撑杆（11）上，后轮（9）之间通过后轮轴（16）连接，可变轮驱动电机（7）安装在可变轮驱动电机架（8）上，可变轮（6）为主动轮，控制系统控制可变轮驱动电机（7）驱动可变轮（6）行走，带动从动轮后轮（9）行走。
5.根据权利要求1所述的爬楼梯机器人，其特征在于：所述可变轮（6）包括可变轮控制电机（23）、固定轮毂（24）、活动轮毂（25）和爬楼爪（26）；其中可变轮控制电机（23）安装在固定轮毂（24）上，爬楼爪（26）与活动轮毂（25）连接，控制系统控制可变轮控制电机（23）带动内部小齿轮转动从而控制活动轮毂（25）的转动，从而控制爬楼爪（26）的开合实现爬楼梯。
6.根据权利要求4所述的爬楼梯机器人，其特征在于：所述轮式行走机构还包括辅助单排轮（10），辅助单排轮（10）安装在后轮轴（16）上，用于增大爬楼梯时的接触面积。
7.根据权利要求1所述的爬楼梯机器人，其特征在于：还包括安装在车架机构上的夹持机构，夹持机构用于通过控制系统控制夹持水桶（14）。
8.根据权利要求7所述的爬楼梯机器人，其特征在于：所述夹持机构包括伸缩臂驱动电机（12）、水桶夹持爪（13）和伸缩臂（15）；其中安装在车架机构中上车架（1）上的伸缩臂驱动电机（12）通过伸缩臂（15）与水桶夹持爪（13）连接，控制系统控制伸缩臂驱动电机（12）驱动伸缩臂（15）运动。
9.根据权利要求7所述的爬楼梯机器人，其特征在于：还包括安装在车架机构上的升降机构，升降机构用于通过控制系统控制机器人的升降。
10.根据权利要求9所述的爬楼梯机器人，其特征在于：所述升降机构包括推杆套筒（3）、推杆（4）、推杆电机（20）和推杆电机架（21）；其中车架机构中上车架（1）与推杆套筒（3）一端连接，推杆套筒（3）另一端通过推杆（4）与车架机构中支架杆（5）连接，推杆（4）与推杆套筒（3）同轴心连接，推杆电机（20）安装在推杆电机架（21）上，控制系统控制推杆电机（20）驱动推杆（4）运动。
11.将根据权利要求7-10中任一项所述的爬楼梯机器人用于送水。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180615 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |