CN110329383B - 爬升装置及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种爬升装置及机器人，该爬升装置包括基盘、第一支腿以及第二支腿，所述第一支腿包括第一升降组件、第一连接板及第一运动组件，所述第一升降组件安装于所述基盘上，所述第一升降组件远离所述基盘的部分连接所述第一连接板，所述第一运动组件连接所述第一升降组件；所述第二支腿包括第二升降组件、第二连接板及第二运动组件，所述第二升降组件安装于所述基盘上，所述第二升降组件远离所述基盘的部分连接所述第二连接板；所述第一支腿与所述第二支腿呈前后设置。其应用于具有行走功能的机器人，可带动机器人顺利自动爬升台阶，使机器人可在楼梯上行走，完成台阶上的工作。

Description

爬升装置及机器人

技术领域

本发明涉及机器人设备技术领域，特别是涉及爬升装置及机器人。

背景技术

机器人是为人类服务的特种机器人，主要从事家庭卫生的清扫等清洁工作。地面机器人能做到平整地面的灰尘清洁工作，但对于楼宇楼梯的台阶清洁，传统的机器人爬升比较困难，使机器人无法进行自动化清洁台阶。

发明内容

基于此，有必要针对上述问题，提供一种爬升装置，其应用于具有行走功能的机器人，可带动机器人顺利自动爬升台阶，使机器人可在楼梯上行走，完成台阶上的工作。

一种爬升装置，包括：

基盘；

第一支腿，第一支腿包括第一升降组件、第一连接板及第一运动组件，第一升降组件安装于基盘上，第一升降组件远离基盘的部分连接第一连接板，第一运动组件连接第一升降组件；以及

第二支腿，第二支腿包括第二升降组件、第二连接板及第二运动组件，第二升降组件安装于基盘上，第二升降组件远离基盘的部分连接第二连接板；第一支腿与第二支腿呈前后设置。

上述爬升装置，主要应用于具有行走功能的机器人，应用时安装于机器人的相应部位，第一支腿与第二支腿，相当于机器人的两腿，采用第一支腿与第二支腿的配合实现攀爬台阶，可带动机器人顺利自动爬升台阶，使机器人可在楼梯上行走，完成台阶上的工作；第一升降组件与第二升降组件可同时带动基盘相对于第一连接板与第二连接板上升，达到举高基盘的效果，使基盘可以上升一个台阶；基盘上升后，第一升降组件动作，将第一运动组件提高，相当于抬起第一支腿，使第一支腿可以上升一个台阶，机器人往前方行走一定距离，并带动第二运动组件行走，第二升降组件动作，将第二运动组件提高，抬起第二支腿，第二支腿也上升一个台阶，机器人继续往前方行走，完成一个台阶的攀爬。

在其中一个实施例中，第一升降组件包括第一步进电机及第一丝杆，第一步进电机安装于基盘上，第一步进电机活动连接第一丝杆，第一丝杆的两端分别连接第一运动组件与第一连接板。

在其中一个实施例中，第一步进电机具有第一电机转轴，第一电机转轴设有第一连接轴孔，第一电机转轴通过第一连接轴孔套设于第一丝杆上，第一连接轴孔的内壁设有与第一丝杆相匹配的螺纹。

在其中一个实施例中，第二升降组件包括第二步进电机及第二丝杆，第二步进电机安装于基盘上，第二步进电机活动连接第二丝杆，第二丝杆的两端分别连接第二运动组件与第二连接板。

在其中一个实施例中，第二步进电机具有第二电机转轴，第二电机转轴设有第二连接轴孔，第二电机转轴通过第二连接轴孔套设于第二丝杆上，第二连接轴孔的内壁设有与第二丝杆相关匹配的螺纹。

在其中一个实施例中，第一运动组件包括第一轴承座、第一伺服电机、两个第一运动同步轮、第一运动同步带、第一运动转轴及第一运动轮，第一升降组件远离第一连接板的一端连接第一轴承座，第一伺服电机及第一运动转轴安装于第一轴承座，第一运动同步带连接两个第一运动同步轮，其中一第一运动同步轮连接第一伺服电机，另一第一运动同步轮连接第一运动转轴，第一运动轮连接第一运动转轴。

在其中一个实施例中，第二运动组件包括第二轴承座、第二伺服电机、两个第二运动同步轮、第二运动同步带、第二运动转轴及第二运动轮，第二升降组件远离第二连接板的一端连接第二轴承座，第二伺服电机及第二运动转轴安装于第二轴承座，第二运动同步带连接两个第二运动同步轮，其中一第二运动同步轮连接第二伺服电机，另一第二运动同步轮连接第二运动转轴，第二运动轮连接第二运动转轴。

在其中一个实施例中，第一支腿还包括第一导向组件，第一导向组件安装于基盘，且第一导向组件的两侧分别连接第一运动组件及第一连接板；第二支腿还包括第二导向组件，第二导向组件安装于基盘，且第二导向组件的两侧分别连接第二运动组件及第二连接板。

在其中一个实施例中，第一导向组件包括第一导向杆及套设于第一导向杆的第一导向套，第一导向套安装于基盘上，第一导向杆的两端分别连接第一连接板及第一运动组件；第二导向组件包括第二导向杆及套设于第二导向杆的第二导向套，第二导向套安装于基盘上，第二导向杆的两端分别连接第二连接板及第二运动组件。

本发明还提供了一种机器人，包括任一项的爬升装置。

附图说明

图1为本发明爬升装置的一较佳实施例的示意图；

图2为图1爬升装置中的第一支腿的示意图；

图3为图2第一支腿中的第一步进电机的示意图；

图4为图1爬升装置中的第二支腿的示意图；

图5图1爬升装置的应用示意图；

图6-14为图1爬升装置应用于机器人时的攀爬和行走示意图。

附图标记说明：

10—基盘；20—第一支腿，21—第一升降组件，212—第一步进电机，213—第一丝杆，214—第一电机转轴，215—第一连接轴孔，22—第一连接板，25—第一运动组件，251—第一轴承座，252—第一伺服电机，253—第一运动同步轮，254—第一运动同步带，255—第一运动转轴，256—第一运动轮，26—第一导向组件，261—第一导向杆，262—第一导向套；30—第二支腿，31—第二升降组件，312—第二步进电机，313—第二丝杆，32—第二连接板，35—第二运动组件，351—第二轴承座，352—第二伺服电机，353—第二运动同步轮，354—第二运动同步带，355—第二运动转轴，356—第二运动轮，36—第二导向组件，361—第二导向杆，362—第二导向套；500—机器人，501—行走机构，502—万向轮，503—距离传感器。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

请参阅图1至图4，为本发明一较佳实施例的爬升装置100包括：

基盘10；

第一支腿20，第一支腿20包括第一升降组件21、第一连接板22及第一运动组件25，第一升降组件21安装于基盘10上，第一升降组件21远离基盘10的部分连接第一连接板22，第一运动组件25连接第一升降组件21；以及

第二支腿30，第二支腿30包括第二升降组件31、第二连接板32及第二运动组件35，第二升降组件31安装于基盘10上，第二升降组件31远离基盘10的部分连接第二运动组件35，第一支腿20与第二支腿30呈前后设置。

上述爬升装置100，主要应用于具有行走功能的机器人500，应用时安装于机器人500的相应部位，第一运动组件25与第二运动组件35的底部抵接地面，第一支腿20与第二支腿30相当于机器人500的两腿，采用第一支腿20与第二支腿30的配合实现攀爬台阶，可带动机器人500顺利自动爬升台阶，使机器人500可在楼梯上行走，完成台阶上的工作。第一升降组件21与第二升降组件31可带动基盘10同时相对于第一连接板22与第二连接板32上升，达到举高基盘10的效果，使基盘10可以上升一个台阶；基盘10上升后，第一升降组件21动作，将第一运动组件25带动往靠近基盘10的方向运动，达到提高第一运动组件25，相当于抬起第一支腿20，使第一支腿20可以上升一个台阶，机器人500往前方行走一定距离，并带动第二运动组件35行走，第二升降组件31动作，将第二运动组件35提高，抬起第二支腿30，第二支腿30也上升一个台阶，机器人500继续往前方行走，完成一个台阶的攀爬。

一个实施例中，第一升降组件21包括第一步进电机212及第一丝杆213，第一步进电机212活动连接第一丝杆213，第一丝杆213的两端分别连接第一运动组件25与第一连接板22。应用时，第一步进电机212安装于机器人500的基盘10上，通过第一步进电机212沿着第一丝杆213向上或向下运动带动基盘10向上或向下运动。设基盘10靠近地面的状态为基本状态，第一步进电机212沿着第一丝杆213向上运动时，将基盘10提高，为爬升台阶做准备；第一步进电机212沿着第一丝杆213向下运动时，使基盘10靠近地面，为下一台阶的攀爬做准备，或者回复基本状态。较优地，第一升降组件21与第二升降组件31同时动作，带动基盘10向上或向下运动。

一个实施例中，第一步进电机212具有第一电机转轴214，第一电机转轴214的中间部分设有第一连接轴孔215，第一电机转轴214通过第一连接轴孔215套设于第一丝杆213上，第一连接轴孔215的内壁具有与第一丝杆213相关匹配的螺纹。第一步进电机212启动，第一电机转轴214转动，由于第一连接轴孔215的内壁螺纹与第一丝杆213的配合，使第一步进电机212沿着第一丝杆213相对于第一连接板22向上运动或向下运动，进而与第二升降组件31共同带动基盘10相对于第一连接板22向上或向下运动。假设第一电机转轴214正向转动时，第一步进电机212沿着第一丝杆213相对于第一连接板22向上运动，则第一电机转轴214反向转动时，第一步进电机212沿着第一丝杆213相对于第一连接板22向下运动。

一个实施例中，第一运动组件25包括第一轴承座251、第一伺服电机252、两个第一运动同步轮253、第一运动同步带254、第一运动转轴255及第一运动轮256，第一导向杆23远离第一连接板22的一端连接第一轴承座251，第一伺服电机252及第一运动转轴255安装于第一轴承座251，第一运动同步带254连接二第一运动同步轮253，其中一第一运动同步轮253连接第一伺服电机252，另一第一运动同步轮253连接第一运动转轴255，第一运动轮256连接第一运动转轴255。应用时，第一丝杆213远离第一连接板22的一端连接第一轴承座251，即第一连接板22与第一轴承座251之间的距离的固定的，第一连接板22与第一轴承座251对第一丝杆213起到支撑的作用。第一运动轮256主要用于当基盘10抬高后，带动机器人500行走。第一伺服电机252动作，带动其连接的第一运动同步轮253，然后带动第一运动同步带254与另一第一运动同步轮253，进而带动第一运动转轴255转动，第一运动轮256随着第一运动转轴255的转动而转动。

一个实施例中，第二升降组件31包括第二步进电机312及第二丝杆313，第二步进电机312活动连接第二丝杆313，第二丝杆313的两端分别连接第二运动组件35与第二连接板32。同样地，应用时，第二步进电机312安装于机器人500的基盘10上，通过第二步进电机312沿着第二丝杆313向上或向下运动带动基盘10向上或向下运动。设基盘10靠近地面的状态为基本状态，第二步进电机312沿着第二丝杆313向上运动时，将基盘10提高，为爬升台阶做准备；第二步进电机312沿着第二丝杆313向下运动时，使基盘10靠近地面，为下一台阶的攀爬做准备，或者回复基本状态。较优地，第二升降组件31与第一升降组件21同时动作，带动基盘10向上或向下运动。

一个实施例中，第二步进电机312具有第二电机转轴(图未示)，第二电机转轴的中间部分设有第二连接轴孔，第二电机转轴通过第二连接轴孔套设于第二丝杆313上，第二连接轴孔的内壁设有与第二丝杆313相关匹配的螺纹。第二步进电机312启动，第二电机转轴转动，由于第二连接轴孔的内壁螺纹与第二丝杆313的配合，第二步进电机312沿着第二丝杆313向上运动或向下运动，进而与第一升降组件21共同带动基盘10向上或向下运动。假设第二电机转轴正向转动时，第二步进电机312沿着第二丝杆313向上运动，则第二电机转轴反向转动时，第二步进电机312沿着第二丝杆313向下运动。

一个实施例中，第二运动组件35包括第二轴承座351、第二伺服电机352、两个第二运动同步轮353、第二运动同步带354、第二运动转轴355及第二运动轮356，第二导向杆33远离第二连接板32的一端连接第二轴承座351，第二伺服电机352及第二运动转轴355安装于第二轴承座351，第二运动同步带354连接两个第二运动同步轮353，其中一第二运动同步轮353连接第二伺服电机352，另一第二运动同步轮353连接第二运动转轴355，第二运动轮356连接第二运动转轴355。应用时，第二丝杆313远离第二连接板32的一端连接第二轴承座351，第二连接板32与第二轴承座351对第二丝杆313起到支撑的作用。第二运动轮356主要用于当基盘10抬高后，带动机器人500行走。第二伺服电机352动作，带动其连接的第二运动同步轮353，然后带动第二运动同步带354与另一第二运动同步轮353，进而带动第二运动转轴355转动，第二运动轮356随着第二运动转轴355的转动而转动。

第一运动轮256的数量可以为一个或多个，第二运动轮356的数量可以为一个或多个，只要能使第一支腿20与第二支腿30具有行走的功能，并且当基盘10抬高时，机器人500仍能“站稳”不倾倒即可。第二运动轮356的数量与第一运动轮256的数量配合，可以为第一运动轮256的数量为一个，第二运动轮356的数量为多个；或者第一运动轮256的数量为多个，第二运动轮356的数量为一个；或者第一运动轮256的数量为多个，第二运动轮356的数量为多个；均能达到基盘10抬高后机器人500仍能站稳的效果。在一个较优的实施例中，第一运动轮256的数量为两个，两个第一运动轮256分别安装于第一运动转轴255的两侧，第二运动轮356分别安装于第二运动转轴355的两侧，形成支撑平衡，在攀爬台阶是，第一支腿20和第二支腿30对机器人500形成平稳的支撑，不易倒下。

一个实施例中，第一支腿20还包括第一导向组件26，第一导向组件26安装于基盘10，且第一导向组件26的两侧分别连接第一运动组件25及第一连接板22，对第一升降组件21的上升和下降具有导向的作用。第二支腿30还包括第二导向组件36，第二导向组件36安装于基盘10，且第二导向组件36的两侧分别连接第二运动组件35及第二连接板32，对第二升降组件31的上升和下降具有导向的作用。

一个实施例中，第一导向组件36包括第一导向杆361与套设于第一导向杆361上的第一导向套362，第一导向套362安装于基盘10上，第一导向杆的361两端分别连接第一连接板22与第一运动组件25，在一个较优的实施例中，第一导向杆261的两端分别连接第一连接板22与第一轴承座251。

一个实施例中，第二导向组件36包括第二导向杆361与套设于第二导向杆361上的第二导向套362，第二导向套362安装于基盘10上，第二导向杆361的两端分别连接第二连接板32与第二运动组件35，在一个较优的实施例中，第二导向杆361的两端分别连接第二连接板32与第二轴承座351。

第一导向套与第一导向杆33的配合，以及第二导向套34与第二导向杆33的配合对基盘的上升主要起到导向和支撑的作用，并且第一导向杆23与第二导向杆33还分别使得第一连接板22与第二连接板32具有固定高度，确定基盘10的运动距离限度，从而可大概估算机器人500可以攀爬的台阶高度。

一个实施例中，第一支腿20与第二支腿30呈中心对称设置，即第一丝杆213与第二丝杆313沿着第一支腿20与第二支腿30的分布方向分别设于基盘10的两侧，当抬高基盘10时，基盘10的受力平衡，不会产生倾斜的问题。

如图5所示，本发明爬升装置100应用于机器人500，机器人还包括行走机构501、若干万向轮502及若干距离传感器503，行走机构501、若干万向轮502及若干距离传感器503安装于基盘10上，有助于机器人500在台阶上的行走，距离传感器503可感应机器人500相距台阶或者障碍物之间的距离，使用时，机器人500连接电源，电源可以是外接电源或者蓄电电池。该机器人500的攀爬台阶步骤为：

如图6至14所示，依次为步骤1至9的示意图；

步骤1：假设机器人500此时在第一台阶，欲攀爬至第二台阶，第一支腿20位于靠近第二台阶的位置，第二支腿30位于远离第二台阶的位置，启动机器人500；

步骤2：第一升降组件21与第二升降组件31动作，第一步进电机212沿着第一丝杆213往靠近第一连接板22的方向运动，第二步进电机312沿着第二丝杆313往靠近第二连接板32的方向运动，同时将基盘10提高至高于第二台阶的高度；

步骤3：第一伺服电机252和/或第二伺服电机352启动，驱动第一运动轮256和/或第二运动轮356运动，带动机器人500往靠近第二台阶的方向运动，基盘10靠近前方位的部分搭至第二台阶，距离传感器503感应第一支腿20相距第二台阶之间的距离，至预设距离时，第一伺服电机252和/或第二伺服电机352停止动作；

步骤4：基盘10停于第二台阶上，第一步进电机212则停于基盘10上，第一步进电机212动作，第一丝杆213相对于第一步进电机212运动，将第一运动组件25提高，相当于抬起第一支腿20；

步骤5：第二运动组件35动作，往第二台阶的方向运动，使第一支腿20搭至第二台阶，距离传感器503感应第二支腿30相距第二台阶的距离，至预设距离时，第二运动组件35停止动作，此时，大半部分的基盘10位于第二台阶上；

步骤6：基盘10停于第二台阶上，第二步进电机312则停于基盘10上，第二步进电机312动作，第二丝杆313相对于第二步进电机312运动，将第二运动组件35提高，相当于抬起第二支腿30；

步骤7：第一运动组件25动作，往前方位的方向运动，使第二支腿30搭至第二台阶，机器人500完成攀爬一个台阶；

步骤8：行走机构501动作，使机器人500沿着第二台阶横向运动，横向清扫第二台阶；

步骤9：横扫完第二台阶，于转角处转向，行走机构501停止，第一运动组件25和/或第二运动组件35带动行走机构501转换运动方向，完成转角处转向，继续攀爬台阶时，保持第一支腿20在前方，第二支腿30在后方的攀爬顺序。

多个台阶的攀爬可循环上述步骤2至9的操作。

本发明爬升装置100可带动机器人500顺利自动爬升台阶，使机器人500可在楼梯上行走，完成台阶上的工作，应用于清洁机器人时，可使清洁机器人自动攀爬台阶，进而完成清洁任务。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种爬升装置，其特征在于，包括：

基盘；

第一支腿，所述第一支腿包括第一升降组件、第一连接板及第一运动组件，所述第一升降组件安装于所述基盘上，所述第一升降组件远离所述基盘的部分连接所述第一连接板，所述第一运动组件连接所述第一升降组件；所述第一升降组件包括第一步进电机及第一丝杆，所述第一步进电机安装于所述基盘上，所述第一步进电机活动连接所述第一丝杆，所述第一丝杆的两端分别连接所述第一运动组件与所述第一连接板；以及

第二支腿，所述第二支腿包括第二升降组件、第二连接板及第二运动组件，所述第二升降组件安装于所述基盘上，所述第二升降组件远离所述基盘的部分连接所述第二连接板；所述第一支腿与所述第二支腿呈前后设置；所述第一升降组件用于驱动所述第一支腿相对地面爬升，所述第一运动组件用于驱动所述第一支腿相对地面移动；所述第二升降组件用于驱动所述第二支腿相对地面爬升，所述第二运动组件用于驱动所述第二支腿相对地面移动；所述第一升降组件与所述第二升降组件能够将所述基盘相对地面升高。

2.根据权利要求1所述的爬升装置，其特征在于，所述第一步进电机具有第一电机转轴，所述第一电机转轴设有第一连接轴孔，所述第一电机转轴通过所述第一连接轴孔套设于所述第一丝杆上，所述第一连接轴孔的内壁设有与所述第一丝杆相匹配的螺纹。

3.根据权利要求1所述的爬升装置，其特征在于，所述第二升降组件包括第二步进电机及第二丝杆，所述第二步进电机安装于所述基盘上，所述第二步进电机活动连接所述第二丝杆，所述第二丝杆的两端分别连接所述第二运动组件与所述第二连接板。

4.根据权利要求3所述的爬升装置，其特征在于，所述第二步进电机具有第二电机转轴，所述第二电机转轴设有第二连接轴孔，所述第二电机转轴通过所述第二连接轴孔套设于所述第二丝杆上，所述第二连接轴孔的内壁设有与所述第二丝杆相关匹配的螺纹。

5.根据权利要求1所述的爬升装置，其特征在于，所述第一运动组件包括第一轴承座、第一伺服电机、两个第一运动同步轮、第一运动同步带、第一运动转轴及第一运动轮，所述第一升降组件远离所述第一连接板的一端连接所述第一轴承座，所述第一伺服电机及第一运动转轴安装于所述第一轴承座，所述第一运动同步带连接两个所述第一运动同步轮，其中一所述第一运动同步轮连接所述第一伺服电机，另一所述第一运动同步轮连接所述第一运动转轴，所述第一运动轮连接所述第一运动转轴。

6.根据权利要求5所述的爬升装置，其特征在于，所述第二运动组件包括第二轴承座、第二伺服电机、两个第二运动同步轮、第二运动同步带、第二运动转轴及第二运动轮，所述第二升降组件远离所述第二连接板的一端连接所述第二轴承座，所述第二伺服电机及第二运动转轴安装于所述第二轴承座，所述第二运动同步带连接两个所述第二运动同步轮，其中一所述第二运动同步轮连接所述第二伺服电机，另一所述第二运动同步轮连接所述第二运动转轴，所述第二运动轮连接所述第二运动转轴。

7.根据权利要求1所述的爬升装置，其特征在于，所述第一支腿还包括第一导向组件，所述第一导向组件安装于所述基盘，且所述第一导向组件的两侧分别连接所述第一运动组件及第一连接板；所述第二支腿还包括第二导向组件，所述第二导向组件安装于所述基盘，且所述第二导向组件的两侧分别连接所述第二运动组件及第二连接板。

8.根据权利要求7所述的爬升装置，其特征在于，所述第一导向组件包括第一导向杆及套设于所述第一导向杆的第一导向套，所述第一导向套安装于所述基盘上，所述第一导向杆的两端分别连接所述第一连接板及第一运动组件；所述第二导向组件包括第二导向杆及套设于所述第二导向杆的第二导向套，所述第二导向套安装于所述基盘上，所述第二导向杆的两端分别连接所述第二连接板及第二运动组件。

9.一种机器人，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的爬升装置。

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