CN109018050A - 一种负重爬楼梯机器人 - Google Patents

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张鑫琪
曹兵
岳松辰
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Nanjing University of Science and Technology
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    • 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
    • B62D57/024—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 specially adapted for moving on inclined or vertical surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B19/00—Wheels not otherwise provided for or having characteristics specified in one of the subgroups of this group
    • B60B19/12—Roller-type wheels

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

本发明涉及一种负重爬楼梯机器人，包括主车架、设置于主车架下方的第一电机、与第一电机相连的后轴、第二电机、与第二电机相连的前轴、连接在后轴两端的两组后轮轮组、连接在前轴两端的两组前轮轮组、设于主车架上方的升降板，升降板与所述主车架铰接连接，升降板通过绳索和位于所述主车架头端的手动摇杆机构相连，转动所述手动摇杆机构可实现所述绳索的收放从而带动所述升降板围绕铰接点旋转升降，升降板上可放置负重，本发明可以通过手动方式调节升降板来消除重物带来的翻转力矩；采用行星轮式结构较为简单，且考虑到国家标准下的楼梯尺寸，可以适应各种楼梯；成本较低，便于推广；可以负载较大的重物，方便易于推广。

Description

一种负重爬楼梯机器人
技术领域
本发明涉及爬楼梯机器人领域，具体的说是一种负重爬楼梯机器人。
背景技术
可调节负重爬楼梯机器人的研究具有重要的意义。可以在不便人员活动的地区和情况(比如火灾)用于运输，方便救援活动的展开与救援物资的运输，也可以节约大量的人力物力。同时在实际生产生活中，可以降低生产运输成本，提高工作效率，使得工作人员的安全更有保障。从某种意义上，它可以代替人类运载重物和避免危险。
虽然现存在很多种爬楼梯机器人，但是大部分都没有考虑到机器人在负载大量重物上楼梯时，重物重量会引起的翻转力矩这一问题。因此，在负载大量重物时，存在翻转的危险，存在稳定性方面的问题。而且现有的爬楼梯机器人，无论是腿式，履带式还是轮式都存在着结构上过于复杂的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种可大量负重的爬楼梯机器人，可以通过手动方式调节升降板来消除重物带来的翻转力矩；采用行星轮式结构较为简单，且考虑到国家标准下的楼梯尺寸，可以适应各种楼梯；成本较低，便于推广；可以负载较大的重物，方便易于推广。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种负重爬楼梯机器人，包括主车架、设置于所述主车架下方的第一电机、与第一电机相连的后轴、第二电机、与第二电机相连的前轴、连接在后轴两端的两组后轮轮组、连接在前轴两端的两组前轮轮组、设于所述主车架上方的升降板，所述升降板与所述主车架铰接连接，所述升降板通过绳索和位于所述主车架头端的手动摇杆机构相连，转动所述手动摇杆机构可实现所述绳索的收放从而带动所述升降板围绕铰接点旋转升降，所述升降板上放置负重。
进一步地，所述第一电机通过第一齿轮齿条结构与第一转轴的一端连接，所述第一转轴的另一端通过第二齿轮齿条结构与后轴连接，所述后轴通过位于其两端的第三齿轮齿条结构分别与两个第二转轴的一端连接，两个所述第二转轴的另一端分别通过第四齿轮齿条结构与两个传动轴的一端连接，两个所述传动轴的另一端分别与两组后轮轮组连接从而实现后轮轮组的动力传输。
进一步地，所述后轮轮组包括一中心点位置与所述传动轴的末端固定连接的第一Y型转动架以及与第一Y型转动架的三个顶点分别转动连接的三个后行走轮。
进一步地，每个后行走轮包括两个轮子，所述Y型转动架设置在两个轮子之间。
进一步地，所述传动轴通过固定板与主车架固定。
进一步地，所述第二电机通过第五齿轮齿条结构与第三转轴连接，所述第三转轴通过锥齿轮传动结构与前轴连接。
进一步地，所述前轮轮组包括一中心点位置与所述前轴的末端固定连接的第二Y型转动架，所述前轴的轴端位置依次与第三Y型转动架的中心位置、中心齿轮的中心位置以及第二Y型转动架的中心位置固定连接，所述中心齿轮分别与三个第一行星齿轮啮合，每个第一行星齿轮均与一个第二行星齿轮啮合，所述三个第一行星齿轮的中心点分别设置在第三Y型转动架的三个顶点位置且位于第三Y型转动架和第二Y型转动架之间，所述三个第二行星齿轮的中心点分别设置在第二Y型转动架的三个顶点位置，每个第二行星齿轮具有穿过其中心点和第二Y型转动架的第二行星齿轮传动轴，每个所述第二行星齿轮传动轴穿过第二Y型转动架与位于第二Y型转动架另一侧的一个前行走轮固定。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明可以通过手动方式调节升降板来消除重物带来的翻转力矩；采用行星轮式结构较为简单，且考虑到国家标准下的楼梯尺寸，可以适应各种楼梯；成本较低，便于推广；可以负载较大的重物，方便易于推广。
附图说明
图1是本发明负重爬楼梯机器人的结构示意图。
图2是本发明负重爬楼梯机器人的正视图。
图3是本发明负重爬楼梯机器人的侧视图。
图4是本发明负重爬楼梯机器人后轮示意图。
图5是本发明负重爬楼梯机器人后轮示意图。
图6是本发明负重爬楼梯机器人前轮示意图。
图7是本发明负重爬楼梯机器人前轮示意图。
图8是本发明行星轮式机构爬楼梯示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
结合图1-3，一种负重爬楼梯机器人，包括主车架4、设置于所述主车架4下方的第一电机11、与第一电机11相连的后轴12、第二电机10、与第二电机10相连的前轴8、连接在后轴12两端的两组后轮轮组2、连接在前轴8两端的两组前轮轮组7、设于所述主车架4上方的升降板13，所述升降板13与所述主车架4铰接连接，所述升降板13通过绳索14和位于所述主车架4头端的手动摇杆机构15相连，转动所述手动摇杆机构15可实现所述绳索14的收放从而带动所述升降板13围绕铰接点旋转升降，所述升降板13上可根据需要放置负重。
进一步地，所述第一电机11通过第一齿轮齿条结构3与第一转轴20的一端连接，所述第一转轴20的另一端通过第二齿轮齿条结构(与第一齿轮齿条结构3结构类似，图中未再示意画出)与后轴12连接，所述后轴12通过位于其两端的第三齿轮齿条结构(与第一齿轮齿条结构3结构类似，图中未再示意画出)分别与两个第二转轴18的一端连接，两个所述第二转轴18的另一端分别通过第四齿轮齿条结构(与第一齿轮齿条结构3结构类似，图中未再示意画出)与两个传动轴19的一端连接，两个所述传动轴19的另一端分别与两组后轮轮组2连接从而实现后轮轮组2的动力传输。
进一步地，结合图4-5，所述后轮轮组2包括一中心点位置与所述传动轴19的末端固定连接的第一Y型转动架21以及与第一Y型转动架21的三个顶点分别转动连接的三个后行走轮。
进一步地，结合图4，每个后行走轮包括两个轮子，所述Y型转动架21设置在两个轮子之间，两个轮子可使得后轮着地更稳定同时也可以提高负重能力。
进一步地，所述传动轴19通过固定板1与主车架4固定。
进一步地，继续结合图1，所述第二电机10通过第五齿轮齿条结构5与第三转轴6连接，所述第三转轴6通过锥齿轮传动结构9与前轴8连接。
进一步地，结合图6-7，所述前轮轮组7包括一中心点位置与所述前轴8的末端固定连接的第二Y型转动架26，所述前轴8的轴端位置依次与第三Y型转动架23的中心位置、中心齿轮22的中心位置以及第二Y型转动架26的中心位置固定连接，所述中心齿轮22分别与三个第一行星齿轮17啮合，每个第一行星齿轮17均与一个第二行星齿轮16啮合，所述三个第一行星齿轮17的中心点分别设置在第三Y型转动架23的三个顶点位置且位于第三Y型转动架23和第二Y型转动架26之间，所述三个第二行星齿轮16的中心点分别设置在第二Y型转动架26的三个顶点位置，每个第二行星齿轮16具有穿过其中心点和第二Y型转动架26的第二行星齿轮传动轴，每个所述第二行星齿轮传动轴穿过第二Y型转动架26与位于第二Y型转动架26另一侧的一个前行走轮固定。
本发明的机器人行走和爬楼的过程和原理为：正常行走时前轴8转动后会带动与其两端固定的第三Y型转动架23、中心齿轮22和第二Y型转动架26一起转动，由于三个前行走轮设置在第二Y型转动架26的三个顶点位置，因此第二Y型转动架26的转动会带动三个前行走轮共同转动从而在地面上形成三个前行走轮不断翻转轮流接触地面的效果，同时中心齿轮22的转动带动三个第一行星齿轮17、三个第二行星齿轮16转动最终带动三个前行走轮转动，因此最终前行走轮的行走方式为一边围绕前轴8翻转一边围绕自身中心轴转动；后行走轮行走时传动轴19带动第一Y型转动架21转动从而实现三个后行走轮的翻转前进，结合图8，为本发明行星轮式机构爬楼梯示意图，图中(a)为来到楼梯前，(b)为第一个行走轮接触到楼梯同时另外两个轮子在翻转从而使得(c)有一个轮子落到了第一级楼梯上，轮子继续翻转最终(d)完全上到第一级楼梯，同时由于在爬楼的过程中机器人的高度、重心会不断变化容易导致“翻车”，因此可以通过手动方式调节升降板来消除重物带来的翻转力矩，使得爬楼过程更加稳定。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种负重爬楼梯机器人，其特征在于，包括主车架(4)、设置于所述主车架(4)下方的第一电机(11)、与第一电机(11)相连的后轴(12)、第二电机(10)、与第二电机(10)相连的前轴(8)、连接在后轴(12)两端的两组后轮轮组(2)、连接在前轴(8)两端的两组前轮轮组(7)、设于所述主车架(4)上方的升降板(13)，所述升降板(13)与所述主车架(4)铰接连接，所述升降板(13)通过绳索(14)和位于所述主车架(4)头端的手动摇杆机构(15)相连，转动所述手动摇杆机构(15)可实现所述绳索(14)的收放从而带动所述升降板(13)围绕铰接点旋转升降，所述升降板(13)上放置负重。
2.根据权利要求1所述的一种负重爬楼梯机器人，其特征在于，所述第一电机(11)通过第一齿轮齿条结构(3)与第一转轴(20)的一端连接，所述第一转轴(20)的另一端通过第二齿轮齿条结构与后轴(12)连接，所述后轴(12)通过位于其两端的第三齿轮齿条结构分别与两个第二转轴(18)的一端连接，两个所述第二转轴(18)的另一端分别通过第四齿轮齿条结构与两个传动轴(19)的一端连接，两个所述传动轴(19)的另一端分别与两组后轮轮组(2)连接从而实现后轮轮组(2)的动力传输。
3.根据权利要求2所述的一种负重爬楼梯机器人，其特征在于，所述后轮轮组(2)包括一中心点位置与所述传动轴(19)的末端固定连接的第一Y型转动架(21)以及与第一Y型转动架(21)的三个顶点分别转动连接的三个后行走轮。
4.根据权利要求3所述的一种负重爬楼梯机器人，其特征在于，每个后行走轮包括两个轮子，所述Y型转动架(21)设置在两个轮子之间。
5.根据权利要求4所述的一种负重爬楼梯机器人，其特征在于，所述传动轴(19)通过固定板(1)与主车架(4)固定。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种负重爬楼梯机器人，其特征在于，所述第二电机(10)通过第五齿轮齿条结构(5)与第三转轴(6)连接，所述第三转轴(6)通过锥齿轮传动结构(9)与前轴(8)连接。
7.根据权利要求6所述的一种负重爬楼梯机器人，其特征在于，所述前轮轮组(7)包括一中心点位置与所述前轴(8)的末端固定连接的第二Y型转动架(26)，所述前轴(8)的轴端位置依次与第三Y型转动架(23)的中心位置、中心齿轮(22)的中心位置以及第二Y型转动架(26)的中心位置固定连接，所述中心齿轮(22)分别与三个第一行星齿轮(17)啮合，每个第一行星齿轮(17)均与一个第二行星齿轮(16)啮合，所述三个第一行星齿轮(17)的中心点分别设置在第三Y型转动架(23)的三个顶点位置且位于第三Y型转动架(23)和第二Y型转动架(26)之间，所述三个第二行星齿轮(16)的中心点分别设置在第二Y型转动架(26)的三个顶点位置，每个第二行星齿轮(16)具有穿过其中心点和第二Y型转动架(26)的第二行星齿轮传动轴，每个所述第二行星齿轮传动轴穿过第二Y型转动架(26)与位于第二Y型转动架(26)另一侧的一个前行走轮固定。
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