CN110525538A - 一种爬楼装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种爬楼装置，包括中心板，两侧板及设置在中心板和两侧板侧面的电机，连接在中心板和两侧板下方的电控液压杆与车轮，通过伸缩杆来连接中心板与两侧板上的电机。中心板与两侧板前方以及车轮车轴处安装有测距仪，测得楼梯宽度与高度后，由控制系统统一调节电控液压杆与伸缩杆的长度，再将车轮锁死以提供稳定支撑，中心板电机工作，使两侧板处的车轮上升至上面一级台阶，直至压力传感器感知到压力，然后两侧板电机工作，使中心板处的车轮上升至上面一级台阶，直至压力传感器感知到压力，至此，爬楼装置爬上一级台阶，且又恢复至原先的姿态，重复上述过程，即可完成爬楼。该装置能够提供有效的楼道和平路的货物运输支持。

Description

一种爬楼装置
技术领域
本发明涉及助力系统技术领域，尤其涉及一种爬楼梯装置。
背景技术
当今社会还存在较多不配备电梯的高层建筑，且人口老龄化加剧，年轻人大多外出上班，对于居住在里面的老年人以及行动不便的人来说，日常出行以及购物就会有些不方便，特别是携带一些重物上楼时就会变得十分困难，这对老年人以及行动不便的人的精神和体力都是一个很大的考验，针对上述现象，提出一种爬楼装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种爬楼装置，为那些生活在不配备电梯的高层建筑中的老年人以及行动不变的人携带重物上楼提供一种解决方案。
本发明采用的技术方案如下：
一种爬楼装置，包括中心板及两侧板；
中心板侧边对称安装有四个电机，每个侧板与中心板相邻的侧边各装有两个电机，中心板的电机与其相邻的侧板电机两两形成一组，每组中两电机的间距相同且侧板电机在中心板电机后方；电机转轴上设置有花键；每组电机的花键通过伸缩杆连接；
中心板底板对称设置有四根电控伸缩液压杆以连接到车轮；车轮通过设置于车轮毂处的电机进行驱动；
中心板上设置有测距仪I；侧板上设置有测距仪II；侧板车轮上设置有测距仪III；车轮中心处设置有压力传感器I；稳定块放下后与台阶接触的一侧设置有压力传感器II/III；
中心板上端设置有控制系统，其电连接到中心板及侧板电机、长伸缩杆、短伸缩杆、电控伸缩液压杆、伸缩杆、花键伸缩杆、接触块I、压力传感器I/II/III、测距仪I/II/III；
整个装置由电池提供电能。
具体的，
所述车轮设置有稳定装置；该稳定装置包括稳定块、横杆、长伸缩杆和短伸缩杆；
其中，稳定块外周为直角型，内周为直径大于车轮的弧形，环绕包围于车轮的四分之一的圆周；
圆形滑道为圆板形结构设置于车轮中轴处，厚度方向环形设置有环形滑槽；
圆形滑道滑槽内设置有滑块，滑块连接到两根短伸缩杆一端，短伸缩杆另一端固定连接到稳定块内周两端，稳定块外周顶角再通过长伸缩杆连接到横杆一端；
车轮上设置有两个稳定块，分别连接到横杆两端形成对称结构，横杆固定连接到电控液压杆上；
稳定块放下后与台阶接触的端面设置有压力传感器II/III。
具体的，所述长伸缩杆为较长的电控液压杆，一端与横杆铰接，另一端与稳定块铰接。
具体的，所述短伸缩杆为较短的电控液压杆，外端与稳定块固连，内端与一圆形滑道相连，内端滑块可在圆形滑道内滑动。
具体的，所述中心板电机和侧板电机的输出轴端头为径向开有凹槽的中空筒体，内部嵌套有滑动轴和花键；滑动轴为柱形，花键与滑动轴一体连接并径向连接卡入凹槽中，花键通过花键伸缩杆连接到固定于输出轴后端的接触块II；中心板和侧板的侧面上还固定设置环绕于输出轴的环形接触块I；接触块I、II始终保持接触，接触部分为金属；接触块I连接到控制系统。花键与滑动轴通过花键伸缩杆连接以使得输出轴可以在凹槽中滑动，实现花键的伸出或缩进。电机旋转时，花键伸缩杆及接触块II会随着转轴旋转，而板侧面固接一个接触块I，接触块I与接触块II始终保持接触，以实现电连接。进一步的，所述伸缩杆为电控液压杆，两端开有与花键对应的键槽，进而使得花键伸缩出时相当于卡接，缩进时相当于铰接。
具体的，所述控制系统为单片机。
具体的，
所述中心板和侧板下方均设置有稳定架；
稳定架为三角形镂空架，稳定架通过嵌套的方式连接到电控液压杆。
工作原理：
本装置主要分为两部分，中心板及其下方部件和侧板及其下方部件。
爬楼过程中，测距仪测得楼梯的步高和宽度，将数据返回给中央控制系统，中央控制系统调节八根电控液压杆及四根伸缩杆的长度以适应楼梯的高度和宽度，并控制中心板电机处的花键伸出，侧板电机的花键不伸出，控制中心板电机驱动伸缩杆使两侧板及其下方部件杆朝上一级台阶方向转动。与此同时，两侧板车轮中心处的压力传感器感知到变化，控制系统控制驱动长伸缩杆伸长，带动稳定块旋转至车轮下方，接着短伸缩杆缩短，最终使得车轮锁死，以利用稳定块提供稳定支撑。当侧板及其下方部件到达上一级台阶后，此时稳定块外周与台阶接触的的压力传感器接受到变化的信号，传递给控制系统，控制系统控制侧板电机处的花键伸出，中心板电机处的花键不伸出，控制系统驱动侧板电机，伸缩杆朝上一级台阶方向旋转并带动中心板及其下方部件一起旋转，同时控制系统控制并驱动长伸缩杆伸长，带动稳定块旋转至车轮下方，接着短伸缩杆缩短，使稳定块锁死，由稳定块来提供稳定的支撑，直至中心板及其下方部件也到达上面一级台阶，重复上述动作以完成爬楼。
本爬楼装置采用翻转式的前进方式仅需一个动作就能完成整个爬楼过程，翻转的扭转动力源于与伸缩杆连接的电机，在翻越一级台阶的过程，连接在同一根伸缩杆上的两台电机只需共计旋转一圈就能完成。位于爬楼装置下方的稳定架是镂空结构，在尽可能减少质量的前提下，又能大幅提高装置的承载能力以及稳定性，同时，整个装置在爬楼过程中因为有稳定块的存在，运行十分平稳，能保证货物的安全。由平地到楼梯以及由楼梯到平地的过程，爬楼装置需要切换为不同的姿态，借助测距仪，然后在控制系统的控制下自动切换。位于中心板和侧板之间的伸缩杆，为一根电控液压杆，面对不同高度和长度的楼梯时，伸缩杆可以调整长度，来改变装置上升的高度以及前进的距离从而来适应不同的高度和宽度的楼梯。
在伸缩杆两端的中心板电机和侧板电机，输出转矩T＝9550*P/n，P为电机功率，n为电机转速，本装置所需的电机转速很低，选择功率合适的电机，当电机功率一定时，输出转矩则会较大，又T＝F*S，F为力，S为力臂，因为花键伸出的长度不大，力臂较小，所以电机的输出力会比较大，且每次翻转时会有四台电机一起提供扭转力，中心板及侧板采用轻质材料，电机能提供足够的扭转力。
本发明的有益效果：
(1)装置结构简单，体积小，能够帮助老年人及行动不便的人携带重物上楼；
(2)采用翻转式爬楼方式，车轮在爬楼时可以切换成锁死转态，提高爬楼效率和支撑稳定性，在平地时又可以切换成车轮提高运行速度；
(3)通过控制系统可调整电控液压杆的长度以适应不同高度、宽度的楼梯，适用性强；
(4)底部采用镂空稳定架，在保证质量尽量小的前提下，进一步提高支撑稳定性。
附图说明
图1为爬楼装置的结构示意图；
图2为爬楼装置主视图；
图3为爬楼装置俯视图；
图4为爬楼装置左视图；
图5为爬楼装置两侧板及其连接部件结构示意图；
图6为爬楼装置中心板及其连接部件结构示意图；
图7为爬楼装置爬楼时的结构示意图；
图8为爬楼装置稳定块运动示意图；
图9为爬楼装置爬楼流程图；
图10为爬楼装置电机输出端与伸缩杆连接的三视图；
图11为爬楼装置电机输出端花键具体布置图；
图12为爬楼装置电机输出轴处示意图；
图13为爬楼装置伸缩杆示意图；
图中：1-侧板，2-测距仪I，3-测距仪II，4-中心板，5-车轮，6-压力传感器I，7-长伸缩杆，8-短伸缩杆，9-测距仪III，10-稳定块，11-横杆，12-电控液压杆，13-套筒，14-稳定架，15-控制系统及蓄电池，16-中心板电机，17-伸缩杆，18-侧板电机，19-花键，20-电机输出轴，21-滑动轴，22-花键伸缩杆，23-压力传感器II，24-压力传感器III，25-接触块I，26-接触块II。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
图1-7示出了爬楼装置的结构。该装置包括中心板4及两侧板1。中心板4侧边对称安装有四个电机16，每个侧板1与中心板4相邻的侧边各装有两个电机18，中心板的电机与其相邻的侧板电机两两形成一组，每组中两电机的间距相同且侧板电机在中心板电机后方；电机转轴上设置有花键19；每组电机的花键19通过伸缩杆17连接。所述中心板电机16和侧板电机18的输出轴20端头为径向开有凹槽的中空筒体，内部嵌套有滑动轴21和花键19；滑动轴21为柱形，花键19与滑动轴21一体连接并径向连接卡入凹槽中，花键19通过花键伸缩杆22连接到固定于输出轴20后端的接触块II 26；中心板和侧板的侧面上还固定设置环绕于输出轴20的环形接触块I 25；接触块I、II始终保持接触，接触部分为金属；接触块I 25连接到控制系统。花键与滑动轴通过花键伸缩杆连接以使得输出轴可以在凹槽中滑动，实现花键的伸出或缩进。电机旋转时，花键伸缩杆及接触块II会随着转轴旋转，而板侧面固接一个接触块I，接触块I与接触块II始终保持接触，以实现电连接。花键及输出轴部分结构如图10-图12所示。所述伸缩杆17(图13)为电控液压杆，两端开有与花键对应的键槽，进而使得花键伸缩出时相当于卡接，缩进时相当于铰接。
中心板4底板对称设置有四根电控伸缩液压杆12以连接到车轮5；车轮5通过设置于车轮毂处的电机进行驱动。车轮5设置有稳定装置，该稳定装置包括稳定块10、横杆11、长伸缩杆7和短伸缩杆8。其中，稳定块10外周为直角型，内周为直径大于车轮的弧形，环绕包围于车轮的四分之一的圆周；圆形滑道为圆板形结构设置于车轮中轴处，厚度方向环形设置有环形滑槽；圆形滑道滑槽内设置有滑块，滑块可以沿环形滑槽做圆周运动。滑块连接到两根短伸缩杆8一端，短伸缩杆8另一端固定连接到稳定块10内周两端，稳定块10外周顶角再通过长伸缩杆7连接到横杆11一端。长伸缩杆7为较长的电控液压杆，一端与横杆11铰接，另一端与稳定块10铰接。短伸缩杆8为较短的电控液压杆，外端与稳定块10固连，内端与一圆形滑道相连，内端滑块可在圆形滑道内滑动。中心板4和侧板1下方均设置有稳定架14，稳定架14为三角形镂空架，稳定架14通过嵌套的方式连接到电控液压杆12。
车轮5上设置有两个稳定块10，分别连接到横杆11两端形成对称结构，横杆11固定连接到电控液压杆12上。图8示出了稳定块10的状态，图8(a)为未锁死转态，图8(c)为锁死状态。
中心板4上设置有测距仪I 2；侧板1上设置有测距仪II 3；侧板1车轮上设置有测距仪III 24。车轮中心处设置有压力传感器I 6；稳定块10放下后与台阶接触的一侧设置有压力传感器II 23/III 24。
中心板4上端设置有单片机作为控制系统，其电连接到中心板及侧板电机、长伸缩杆7、短伸缩杆8、电控伸缩液压杆12、伸缩杆17、接触块I 25、压力传感器I/II/III、测距仪I/II/III。
整个装置由电池提供电能。
图9示出了本装置的爬楼流程：
第一步，测距仪I 2、测距仪II 3和测距仪III 9测得楼梯宽度和高度，将数据反馈给控制系统15，由控制系统15统一调节电控液压杆12和伸缩杆17的长度，以适应楼梯的高度和宽度。
第二步，中心板电机16开始工作，中心板电机16处的花键19伸出，两侧板电机18处的花键19不伸出。中央控制系统15控制中心板电机16工作，通过花键19将动力传递给伸缩杆17，伸缩杆17向上一台阶旋转，而两侧板电机18处则相当于铰接状态，在伸缩杆17带动下两侧板1及与其相连的电控液压杆12和车轮5一起运动。与此同时，侧板1的车轮5压感消失，车轮5中心处的压力传感器I 6感知到变化，将信号传递给控制系统15，之后中央控制系统15控制长伸缩杆7伸长，稳定块10由图8(a)所示状态变为图8(b)所示状态，紧接着长伸缩杆7与短伸缩杆8收缩，使稳定块10与车轮5紧密贴合，如图8(c)所示，车轮5锁死由稳定块10提供支撑。
第三步，中心板电机16继续工作，直至车轮5到达上面一级台阶，位于两侧板1下方的稳定块10下方的压力传感器II 23感知到压力后，将信号传递给控制系统15，控制系统15控制中心板电机16停止工作，同时使两侧板电机18开始工作，结构示意图如图7所示。
第四步，两侧板电机18开始工作，两侧板电机18处的花键19伸出，中心板电机16处的花键19不伸出。中央控制系统15控制两侧板电机18工作，通过花键19将动力传递给伸缩杆17，伸缩杆17向上一台阶旋转，而中心板电机16处则相当于铰接状态，在伸缩杆17带动下中心板4及与其相连的电控液压杆12和车轮5一起运动。与此同时，中心板4的车轮5压感消失，车轮5中心处的压力传感器I 6感知到变化，将信号传递给控制系统15，之后中央控制系统15控制长伸缩杆7伸长，稳定块10由图8(a)所示状态变为图8(b)所示状态，紧接着长伸缩杆7与短伸缩杆8收缩，使稳定块10与车轮5紧密贴合，如图8(c)所示，车轮5锁死由稳定块10提供支撑。
第五步，两侧板电机18继续工作，直至车轮5到达上面一级台阶，位于中心板4下方的稳定块10下方的压力传感器III 24感知到压力后，将信号传递给控制系统15，控制系统15控制两侧板电机18停止工作，至此爬楼装置翻越了一级台阶，在之后的爬楼过程中，稳定块10已经锁死无需再进行状态变化，重复上述其余步骤，即可完成后续的爬楼。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明保护的范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内所做的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种爬楼装置，其特征在于：
包括中心板(4)及两侧板(1)；
中心板(4)侧边对称安装有四个电机，每个侧板(1)与中心板相邻的侧边各装有两个电机，中心板的电机与其相邻的侧板电机两两形成一组，每组中两电机的间距相同且侧板电机在中心板电机后方；电机转轴上设置有花键；每组电机的花键通过伸缩杆(17)连接；
中心板(4)底板对称设置有四根电控伸缩液压杆(12)以连接到车轮(5)；车轮(5)通过设置于车轮毂处的电机进行驱动；
中心板(4)上设置有测距仪I(2)；侧板(1)上设置有测距仪II(3)；侧板车轮上设置有测距仪III(9)；车轮(5)中心处设置有压力传感器I(6)；
中心板(4)上端设置有控制系统(15)，其电连接到中心板及侧板电机、长伸缩杆(7)、短伸缩杆(8)、电控伸缩液压杆(12)、伸缩杆(17)、花键伸缩杆(22)、接触块I(25)、压力传感器I/II/III、测距仪I/II/III；
整个装置由电池提供电能。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述车轮设置有稳定装置；该稳定装置包括稳定块(10)、横杆(11)、长伸缩杆(7)、短伸缩杆(8)和圆形滑道；
其中，稳定块(10)外周为直角型，内周为直径大于车轮的弧形，环绕包围于车轮的四分之一的圆周；
圆形滑道为圆板形结构设置于车轮中轴处，厚度方向环形设置有环形滑槽；
圆形滑道滑槽内设置有滑块，滑块连接到两根短伸缩杆(8)一端，短伸缩杆(8)另一端固定连接到稳定块内周两端，稳定块外周顶角再通过长伸缩杆(7)连接到横杆(11)一端；
车轮上设置有两个稳定块(10)，分别连接到横杆(11)两端形成对称结构，横杆(11)固定连接到电控液压杆(12)上；
稳定块(10)放下后与台阶接触的端面设置有压力传感器II/III。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述长伸缩杆(7)为较长的电控液压杆，一端与横杆(11)铰接，另一端与稳定块(10)铰接。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述短伸缩杆(8)为较短的电控液压杆，外端与稳定块(10)固连，内端与一圆形滑道相连，内端滑块可在圆形滑道内滑动。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述中心板电机和侧板电机的输出轴(20)端头为径向开有凹槽的中空筒体，内部嵌套有滑动轴(21)和花键(19)；滑动轴(21)为柱形，花键(19)与滑动轴(21)一体连接并径向连接卡入凹槽中，花键(19)通过花键伸缩杆(22)连接到固定于输出轴(20)后端的接触块II(26)；中心板和侧板的侧面上还固定设置环绕于输出轴(20)的环形接触块I(25)；接触块I、II始终保持接触，接触部分为金属；接触块I(25)连接到控制系统。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述花键伸缩杆(22)为电控液压伸缩杆。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述伸缩杆(17)为电控液压杆，两端开有与花键对应的键槽。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述控制系统为单片机。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述中心板(4)和侧板(1)下方均设置有稳定架(14)；
稳定架为(14)三角形镂空架，稳定架(14)通过嵌套的方式连接到电控液压杆(12)。
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