CN109050700A - 一种升降式爬楼机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种升降式爬楼机器人，机器人的机械主体部分由四轮的轮组以及上升阶段所需要的车体组成，车体上设有控制盒，车体下方通过支架连接一号轮和三号轮，车体上方设有升降电机，所述两组上下导轨竖直设置在车体内，两组上下导轨下方设有二号轮和四号轮，所述上下导轨之间设有导轨齿轮条，所述升降电机连接齿轮与导轨齿轮条啮合，所述一号轮、三号轮和四号轮上设有移动电机，所述一号轮支架上设有超声波模块一，二号轮支架上设有超声波模块二，四号轮支架上设有超声波模块三，机器人爬楼动作节点限位开关、红外模块或者超声波传感器来触发主控系统，其主控系统为电可编程系统，可以自动校准并实现攀爬一定范围高度的楼梯。

Description

一种升降式爬楼机器人

技术领域

本发明属于机器人技术领域，涉及一种机械装置技术，具体涉及一种升降式爬楼机器人。

背景技术

随着智能家居以及智能机器人的逐步推广，工作场所的楼梯成为限制其实现功能的主要制约因素。现有爬楼机器人多为履带式爬楼机器人，一般要有较大的重量，不适合家用，而且十分不便；还有就是腿式爬楼机器人，模仿动物来爬楼具有较大的使用灵活性，但结构十分复杂，而且重心不稳。

因此，需要设计一款升降式机器人作为搭载其他机器人升降的平台，日后能以此为雏形设计其他器件的底座。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种升降式爬楼机器人，性能稳定、工作效率高、结构简单灵活，而且小型化适合家用。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种升降式爬楼机器人，其特征在于：包括车体和两组上下导轨，所述车体为方形框架结构，车体上设有控制盒，车体下方通过支架连接一号轮和三号轮，车体上方设有升降电机，所述两组上下导轨竖直设置在车体内，两组上下导轨下方设有二号轮和四号轮，所述一号轮、二号轮、三号轮和四号轮依次设置，所述上下导轨之间设有导轨齿轮条，所述升降电机连接齿轮与导轨齿轮条啮合，所述一号轮、三号轮和四号轮上设有移动电机，所述一号轮支架上设有超声波模块一，二号轮支架上设有超声波模块二，四号轮支架上设有超声波模块三。

作为本发明的一种改进，所述车体内侧设有方管，所述上下导轨在方管内移动。

作为本发明的一种改进，所述升降电机设置在车体上方的电机固定架上。

作为本发明的一种改进，所述升降电机的数量为两个，与上下导轨相配套。

作为本发明的一种改进，所述一号轮、三号轮和四号轮是主动轮，二号轮是从动轮。

本发明所述的爬楼机器人共分为三种工作状态，即爬楼状态、下楼状态和平地状态，分别由遥控控制。

（1）爬楼状态：

前方的超声波模块一检测到楼梯台阶，升降电机启动驱动车体向上垂直移动，当超声波模块一检测到车体到达台阶高度时，升降电机停止工作，一号轮和三号轮停留高度与台阶高度相同，移动电机启动，二号轮、四号轮转动，机器人前进；超声波模块二检测到楼梯台阶时，二号轮上方的升降电机转动，将二号轮上方的上下导轨升起，然后四号轮转动，机器人前进，超声波模块三检测到楼梯台阶，四号轮上方的升降电机转动，将四号轮上方的上下导轨升起，然后机器人前进，一级台阶的攀爬完成。

（2）下楼状态：

具体下楼流程与上楼相仿，为其逆过程：

后方超声波模块三检测到楼梯下方的台阶，升降电机转动将四号轮的上下导轨下降，当超声波模块三检测到四号轮触地时停止下降，转动四号轮后退；超声波模块二检测到楼梯下方的台阶，升降电机将二号轮的上下导轨下降，当超声波模块二检测到二号轮触地时停止下降，转动二号轮和四号轮后退；当超声波模块一检测到楼梯，升降电机将将车体下降，超声波模一检测到车体触地后停止下降，一级台阶的下降完成。

（3）平地状态：

通过一号轮、三号轮、四号轮的移动电机的差速或者相反速度实现转向功能，可即时切换到爬楼状态。

本发明的有益效果是：

本发明所述的升降式爬楼机器人，结构简单，利用超声波模块检测，能够适应不同高度及宽度的台阶；全自动的爬楼方式，十分方便，能够使结构更加小型化，方便在楼梯使用，前景非常好，适合家用机器人；机器人不存在安全隐患，对人以及环境不构成影响，不会发生机器人摔倒情况，性能稳定，工作效率高。

附图说明

图1：本发明所述的爬楼机器人的结构示意图。

图2：本发明所述的爬楼机器人立体图。

图3：本发明所述的爬楼机器人与楼梯相对位置概念图。

附图标记列表：

一号轮1，二号轮2，三号轮3，四号轮4，车体5，支架6、7，电机固定架8，升降电机9，齿轮10，齿轮条11、17，方管12，上下导轨13、18，超声波模块一14，超声波模块二15，超声波模块三16。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

本发明所述的升降式爬楼机器人由车体5和两组上下导轨13、18构成，车体15自带两组轮子，分别为一号轮1和三号轮3，上下导轨13、18下方分别为第二第四号轮子，上下导轨通过与车体5上的滑动轨道实现相对上下的滑动，以驱动车体5上下移动，而两组导轨相互配合加上本身车体5两组轮子保证车体稳定性，具体实现步骤如下；

如图3，楼梯与爬楼机器人概念图，本爬楼机器人共分为三种工作状态，即爬楼状态、下楼状态和平地状态，分别由遥控控制。

（1）爬楼状态：

首先，机器人的底座的四个轮组，将利用升降电机与齿轮把轮子分批次抬升至高一级楼梯。其中一号轮1、三号轮3和四号轮4都是带减速电机的主动轮，二号轮2是从动轮，上下导轨13、18装在二号轮2和四号轮上，各阶段过程如下：

前方超声波模块一14检测到楼梯，开始转动升降电机9驱动车体5向上垂直移动，当超声波模块一14检测到车体5到达楼梯高度时（此时一号轮1与三号轮3已经升高到楼梯高度），二号轮2、四号轮4转动，机器人前进1/4；等超声波模块二15检测到楼梯时，升降电机转动，将上下导轨18升起，然后四号轮4转动，机器人前进3/4，等超声波模块三16检测到楼梯，电机转动将上下导轨13升起，然后机器人前进，一级台阶的攀爬完成。

(2)下楼状态时：采用位于车体和导轨上的红外/超声波模块检测后方距离地面的高度变化，具体下楼流程与上楼相仿，为其逆过程：

后方超声波模块三16检测到楼梯，升降电机转动将上下导轨13下降，当超声波模块三16检测到四号轮4触地时停止下降，转动四号轮后退；超声波模块二15检测到楼梯，电机将上下导轨18下降，当超声波模块二15检测到二号轮2触地时停止下降，转动二号轮2和四号轮4后退；当超声波模1号14检测到楼梯，转动电机将上下导轨13和18滑动，将车体5下降，超声波模一14检测到车体5触地后停止下降，一级台阶的下降完成.

（3）平地状态：

通过一号轮1、三号轮3、四号轮4的移动电机的差速或者相反速度实现转向功能，可即时切换到爬楼状态。

本发明所述的齿轮条11、17固定在上下导轨13、18上，上下导轨13、18穿插在车体内侧的方管12中，以此发送相对运动，并无其他相对运动方式。

本发明所述的机器人爬楼下楼方式只有一种，且相对的相反，其中各个步骤不能发生错乱，否则爬楼失败。

本发明所述的所述一号轮1、二号轮2、三号轮3和四号轮4都是一组两个，运行时稳定。

本发明其他外设主要安装在车体5上，其中电池以及主控系统等外设安装在车体中承重梁上。

机器人爬楼动作节点限位开关、红外模块或者超声波传感器来触发主控系统，其主控系统为电可编程系统，具体为fpga，可以自动校准并实现攀爬一定范围高度的楼梯。

本发明所述的机器人在上楼过程中，以车体头部超声波模块一为基础传感器，首先实现自对准，实现爬楼过程中的稳定性；其次在爬楼上升阶段中而且楼梯高度在设计范围内，即可实现在恰好上升到的高度时车体停止运动，以实现对一定范围内高度楼梯都可以自动爬楼的功能。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (6)

1.一种升降式爬楼机器人，其特征在于：包括车体和两组上下导轨，所述车体为方形框架结构，车体上设有控制盒，车体下方通过支架连接一号轮和三号轮，车体上方设有升降电机，所述两组上下导轨竖直设置在车体内，两组上下导轨下方设有二号轮和四号轮，所述一号轮、二号轮、三号轮和四号轮依次设置，所述上下导轨之间设有导轨齿轮条，所述升降电机连接齿轮与导轨齿轮条啮合，所述一号轮、三号轮和四号轮上设有移动电机，所述一号轮支架上设有超声波模块一，二号轮支架上设有超声波模块二，四号轮支架上设有超声波模块三。

2.根据权利要求1所述的一种升降式爬楼机器人，其特征在于：所述车体内侧设有方管，所述上下导轨在方管内移动。

3.根据权利要求1所述的一种升降式爬楼机器人，其特征在于：所述升降电机设置在车体上方的电机固定架上。

4.根据权利要求1所述的一种升降式爬楼机器人，其特征在于：所述升降电机的数量为两个，与上下导轨相配套。

5.根据权利要求1所述的一种升降式爬楼机器人，其特征在于：所述一号轮、三号轮和四号轮是主动轮，二号轮是从动轮。

6.根据权利要求1所述的一种升降式爬楼机器人的工作状态，其特征在于：共分为三种工作状态，即爬楼状态、下楼状态和平地状态，分别由遥控控制，

（1）爬楼状态：

前方的超声波模块一检测到楼梯台阶，升降电机启动驱动车体向上垂直移动，当超声波模块一检测到车体到达台阶高度时，升降电机停止工作，一号轮和三号轮停留高度与台阶高度相同，移动电机启动，二号轮、四号轮转动，机器人前进；超声波模块二检测到楼梯台阶时，二号轮上方的升降电机转动，将二号轮上方的上下导轨升起，然后四号轮转动，机器人前进，超声波模块三检测到楼梯台阶，四号轮上方的升降电机转动，将四号轮上方的上下导轨升起，然后机器人前进，一级台阶的攀爬完成；

（2）下楼状态：

后方超声波模块三检测到楼梯下方的台阶，升降电机转动将四号轮的上下导轨下降，当超声波模块三检测到四号轮触地时停止下降，转动四号轮后退；超声波模块二检测到楼梯下方的台阶，升降电机将二号轮的上下导轨下降，当超声波模块二检测到二号轮触地时停止下降，转动二号轮和四号轮后退；当超声波模块一检测到楼梯，升降电机将将车体下降，超声波模一检测到车体触地后停止下降，一级台阶的下降完成；

（3）平地状态：

通过一号轮、三号轮、四号轮的移动电机的差速或者相反速度实现转向功能，可即时切换到爬楼状态。