CN110236807B - 一种被动式支撑避障装置、爬楼机器人及其爬楼方法 - Google Patents

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Abstract

一种被动式支撑避障装置及其爬楼机器人及其爬楼方法，包括：第一连接杆、弹性可伸缩连接杆、第二连接杆、第三连接杆、第四连接杆、车轮；所述第一连接杆中部与第二连接杆下端铰接，第一连接杆上端与第四连接杆上端铰接；第三连接杆一端与第二连接杆上端铰接，另一端与第四连接杆下端铰接；上述四个连接杆铰接构成四杆机构；弹性可伸缩连接杆一端与第二连接杆中部铰接，另一端与第四连接杆中部铰接。

Description

一种被动式支撑避障装置、爬楼机器人及其爬楼方法
技术领域
本发明涉及一种养老助残设备领域，尤其是涉及一种被动式支撑避障装置及其爬楼机器人以及爬楼方法。
背景技术
随着世界上人口增长，老龄化人口越来越多，人们对养老助残机器人的研究也日渐加强，同时伴随着养老助残辅助器材也日益增多；在养老助残机器人领域，辅助老年人或残疾人出行的设备是极其重要，且在安全性、功能性方面设计要求较高。至此，机器人的爬楼、越障功能尤为重要。但是在现阶段，养老助残机器人属于新兴产业，各种产品的设计水平良莠不齐，很多产品不具有爬楼或越障功能，造成产品功能单一，对出行条件要求苛刻，无法满足用户良好的出行体验。
如现有技术：中国专利申请(申请号：CN201110272533)公开一种水平载人轮椅，水平载人轮椅包括底架(2)、座位(3)、连杆机构(1)、驱动装置，所述座位(3)设置在所述连杆机构(1)上，所述驱动装置驱动所述连杆机构(1)产生运动，所述连杆机构(1) 为五杆机构，包括设置在底架(2)上的第一固定点(100)和第二固定点(200)，以及被动杆(110)、固定杆(190)、水平杆(130)、第一角杆(120)、第二角杆(180)、第一导杆(160)和第二导杆；所述被动杆的第一端(111)与所述第一固定点(100)铰链形成第一转动副(201)，所述被动杆的第二端(112)与所述第一角杆的第一端(121)铰链形成第二转动副；所述第一角杆的角端(122)与所述水平杆的第一端(131)铰链形成第三转动副；所述第一角杆的第二端(123)与所述第一导杆的第一端(161)铰链形成第四转动副；所述第一导杆的第二端(162)与所述第一竖直杆的第二端(142)铰链形成第五转动副；所述固定杆的第二端(192)与所述第二角杆的第一端(181)铰链形成第六转动副；所述第二角杆的角端(182)与所述水平杆的第二端(132)铰链形成第七转动副；所述第二角杆的第二端(183)与所述第二导杆的第一端(171)铰链形成第八转动副；所述第二导杆的第二端(172)与所述第二竖直杆的第二端(152)铰链形成第九转动副，然而，该轮椅在避障时候造成重心不稳并且该轮椅结构复杂，制造、生产、维修成本增加；再如，现有技术，中国专利申请(CN201810646319)公开一种可避障碍轮椅，包括，轮椅坐垫，弧形齿条，减震支架，底座，连接减震架；所述的连接减震架通过固定夹固定安装在固定板上，固定板上固定安装有底座，底座上固定安装有弧形齿条安装管，弧形齿条安装管中滑动安装有弧形齿条，弧形齿条上设置有弧形齿条槽，弧形齿条安装管下方固定安装有第一齿轮电机，第一齿轮电机的电机轴上固定安装有第一齿轮，所述的第一齿轮与弧形齿条啮合；保证轮椅在跨越障碍物是轮椅坐垫可以始终保证水平。然而，该轮椅采用的避障结构采用履带、电机、液压缸等复杂的结构，不利于日后的维修保养，同时其重量大不利于使用者方便使用。
发明内容
为了解决现有技术中的不足，本发明发明一种被动式支撑避障装置及其采用该装置的爬楼机器人，其技术方案如下：
一种被动式支撑避障装置，包括：第一连接杆101、弹性可伸缩连接杆102、第二连接杆103、第三连接杆104、第四连接杆105、车轮106；所述第一连接杆101中部与第二连接杆103下端铰接；第一连接杆101上端与第四连接杆105上端铰接；第三连接杆104一端与第二连接杆103上端铰接，另一端与第四连接杆105下端铰接；上述四个连接杆铰接构成四杆机构，弹性可伸缩连接杆102一端与第二连接杆103中部铰接，另一端与第四连接杆105中部铰接。
优选为：所述第一连接杆101下部有一凸台，凸台斜面与竖直方形成一定倾斜角度γ，第三连接杆104一个端面与竖直方向形成一定倾斜角度α、β；第二连接杆103两端铰接孔左右错开不在一个平面内，第四连接杆105两端铰接孔左右错开不在一个平面内。
优选为：第一连接杆101下端有竖直方向腰孔，车轮106连接轴通过第一连接杆101下端腰孔用螺栓固接，车轮106安装位置不同可以调节避障的大小以及支撑避障装置的稳定性。
优选为：所述弹性可伸缩连接杆102为弹簧，车轮106内设有伺服驱动电机。
本发明还公开一种爬楼机器人，该机器人包括上述被动式支撑避障装置。
本发明还公开一种爬楼机器人的爬楼方法，该方法包括上述被动式支撑避障装置。
有益效果
该装置结构简单，可以实现稳定的支撑功能，在遇到楼梯或者障碍物时可以被动实现避障功能，根据调节可以实现不同大小障碍物的避障。
附图说明
图1为一种被动式支撑避障装置结构示意图；
图2为一种被动式支撑避障装置部件结构示意图；
图3为被动式支撑避障装置及其爬楼机器人的第一连接杆与车轮连接示意图；
图4为一种被动式支撑避障装置反面受力示意图；
图5为一种被动式支撑避障装置及其爬楼机器人应用场景示意图 1；
图6为一种被动式支撑避障装置及其爬楼机器人应用场景示意图 2。
附图标记说明：第一连接杆101、弹性可伸缩连接杆102、第二连接杆103、第三连接杆104、第四连接杆105、车轮106、A为车轮与地面的接触点、B为第四连接105与第三连接杆104交接点、C为第四连接105与第一连接杆101交接点、D为第三连接104与第二连接杆103交接点、E为第一连接101与第二连接杆103交接点被动式支撑避障装置10。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，参见附图 1-3所示。
一种被动式支撑避障装置，包括：第一连接杆101、弹性可伸缩连接杆102、第二连接杆103、第三连接杆104、第四连接杆105、车轮106；所述第一连接杆101中部与第二连接杆103下端铰接；第一连接杆101上端与第四连接杆105上端铰接；第三连接杆104一端与第二连接杆103上端铰接，另一端与第四连接杆105下端铰接；上述四个连接杆铰接构成四杆机构；弹性可伸缩连接杆102一端与第二连接杆103中部铰接，另一端与第四连接杆105中部铰接。
如图2所示，所述第一连接杆101下部有一凸台，凸台斜面与竖直方形成一定倾斜角度γ，第三连接杆104一端的面与竖直方向形成一定倾斜角度α、β；第二连接杆103两端铰接孔左右错开不在一个平面内，第四连接杆105两端铰接孔左右错开不在一个平面内。
如图3所示，第一连接杆101下端有竖直方向腰孔，车轮106连接轴通过第一连接杆101下端腰孔用螺栓固接，车轮106安装位置不同可以调节避障的大小以及支撑避障装置的稳定性。
工作原理如下：
如图5-6整个装置通过第三连接杆104固接在爬楼机器人上，如图4爬楼机器人重力F1压在被动式支撑避障装置10上时，第三连接杆104绕D点逆时针转动，使第二连接杆103绕E点顺时针转动，第四连接杆105绕C点逆时针转动，弹性可伸缩连接杆102拉紧第四连接杆105与第二连接杆103，使第三连接杆104与第二连接杆103、第一连接杆101卡紧，第四连接杆105与第一连接杆101卡紧，使整个四连杆机构稳定，能够稳定支撑重力F1；如图5所示，当机器人运动爬楼轮子遇到楼梯或障碍物时受到阻力F2作用时，如图4所示，弹性可伸缩连接杆102被动伸长，第一连接杆101绕C点逆时针转动，带动第二连接杆103绕D点逆时针转动,第四连接杆105绕B点顺时针转动，一系列的连杆机构转动带动与第一连接杆101固接的车轮 106提升实现被动越障。
当爬楼机器人爬上楼梯或障碍物时弹性可伸缩连接杆102拉动第二连接杆103绕D点顺时针转动，第四连接杆105绕B点逆时针转动，使其整体回到卡进状态能够再次支撑爬楼机器人重力。
在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种被动式支撑避障装置，包括：第一连接杆(101)、弹性可伸缩连接杆(102)、第二连接杆(103)、第三连接杆(104)、第四连接杆(105)、车轮(106)；其特征为：所述第一连接杆(101)中部与第二连接杆(103)下端铰接；第一连接杆(101)上端与第四连接杆(105)上端铰接；第三连接杆(104)一端与第二连接杆(103)上端铰接，另一端与第四连接杆(105)下端铰接；四个上述连接杆铰接构成四杆机构；弹性可伸缩连接杆(102)一端与第二连接杆(103)中部铰接形成转动副，另一端与第四连接杆(105)中部铰接。
2.根据权利要求1所述的一种被动式支撑避障装置，其特征为：所述弹性可伸缩连接杆(102)为弹簧，车轮(106)内设有伺服驱动电机。
3.根据权利要求1所述的一种被动式支撑避障装置，其特征为：所述被动式支撑避障装置通过第三连接杆(104)固接在爬楼机器人上，爬楼机器人重力压在被动式支撑避障装置(10)上时，第三连接杆(104)绕第二连接杆(103)一端逆时针转动，使第二连接杆(103)另一端顺时针转动，第四连接杆(105)绕一端顺时针转动，弹性可伸缩连接杆(102)拉紧第四连接杆(105)与第二连接杆(103)，使第三连接杆(104)与第二连接杆(103)、第一连接杆(101)卡紧，第四连接杆(105)与第一连接杆(101)卡紧，使整个四连杆机构稳定。
4.根据权利要求1所述的一种被动式支撑避障装置，其特征为：当机器人爬楼或运动，轮子遇到楼梯或障碍物，弹性可伸缩连接杆(102)被动伸长，第一连接杆(101)绕第四连接杆(105)一端逆时针转动，带动第二连接杆(103)一端逆时针转动,第四连接杆(105)另一端顺时针转动。
5.一种爬楼机器人，其特征为：包括如权利要求1-4任一所述的被动式支撑避障装置。
6.一种爬楼机器人的爬楼方法，其特征为：包括如权利要求1-4任一所述的被动式支撑避障装置。
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