CN110834686A - 一种能够垂直攀爬台阶的运输机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能够垂直攀爬台阶的运输机器人，涉及运输设备领域；底盘框架、驱动轮组、驱动轮组驱动电机、升降机构、第一辅助轮组、第二辅助轮组、第三辅助轮组和第四辅助轮组；第一辅助轮组和第二辅助轮组安装于底盘框架的两端；第三辅助轮组和第四辅助轮组依次安装在底盘框架的中部；第一辅助轮组、第二辅助轮组、第三辅助轮组和第四辅助轮组用于运输机器人在攀爬台阶时起辅助移动功能；本发明能够垂直攀爬台阶的运输机器人通过垂直升降的设计，使机器人在运输设备的过程中保证了被运输的设备的稳定性，减少了被运输设备的倾斜。

Description

一种能够垂直攀爬台阶的运输机器人

技术领域

本发明涉及运输设备领域，尤其涉及一种能够垂直攀爬台阶的运输机器人。

背景技术

很多实验室为了实现防潮，在实验室的建造阶段都会抬高地面的高度，因此往往会形成室内室外的地面具有高度落差，而一些精密的实验仪器在搬运过程中不能产生倾斜，否则会影响仪器的精度，因此需要一种能够在具有落差的地面上进行水平升降搬运的机器人从而保证仪器的精度。

如中国发明专利CN 108609064A所公开的一种运输用机械人。包括运输用箱体、设置在箱体下方的行走装置、以及设置在箱体两侧的识别装置；行走装置包括对称设置在箱体下方的两个履带行走单元；履带行走单元包括履带、主动轮、从动轮、固定与箱体侧壁的连接板、驱动主动轮运动的行走电机以及控制行走电机的控制器；主动轮设置在箱体的侧壁上，不少于两个的从动轮设置于连接板上，主动轮与从动轮通过履带连接；行走电机以及控制器设置于箱体下部；箱体下部与箱体上部之间设置有隔板。

上述现有技术的运输机器人无法保证在攀爬台阶时实现垂直升降。

发明内容

一、要解决的技术问题

本发明的目的是针对现有技术所存在的上述问题，特提供一种能够垂直攀爬台阶的运输机器人，解决现有机器人无法垂直攀爬台阶。

二、技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种能够垂直攀爬台阶的运输机器人，包括：底盘框架、驱动轮组、驱动轮组驱动电机、升降机构、第一辅助轮组、第二辅助轮组、第三辅助轮组和第四辅助轮组；

第一辅助轮组和第二辅助轮组安装于底盘框架的两端；

第三辅助轮组和第四辅助轮组依次安装在底盘框架的中部；

第一辅助轮组、第二辅助轮组、第三辅助轮组和第四辅助轮组用于运输机器人在攀爬台阶时起辅助移动功能；

驱动轮组与驱动轮组驱动电机驱动连接，并且驱动轮组和驱动轮组驱动电机与升降机构传动连接；

升降机构固定于底盘框架上，升降机构用于驱动驱动轮组和驱动轮组驱动电机在底盘框架上垂直升降运动。

其中，驱动轮组包括驱动轮、驱动轮轴、驱动轮顶板、驱动轮滑杆、驱动轮轴板和驱动轮侧板；

驱动轮套设于驱动轮轴上，驱动轮轴安装于驱动轮轴板上，驱动轮侧板安装于驱动轮轴板两端，使驱动轮轴板和驱动轮侧板围成一个四边形；

驱动轮顶板盖于四边形顶部，驱动轮滑杆竖直安装于四边形四个角落，用于对四边形起到加强筋的作用；

驱动轮组驱动电机安装于驱动轮顶板上。

其中，升降机构包括升降电机、升降主连接板、升降轴、升降螺母、垂直轴承；

升降电机固定于升降主连接板上，升降轴一端固定在驱动轮顶板上，升降螺母套设于升降轴上；

升降螺母与升降电机传动连接；垂直轴承套设于驱动轮滑杆上。

其中，垂直轴承包括第一围板、第二围板、第三围板、第四围板、滚动体和滚连轴；

第一围板和第二围板两两配合组成轴承围框；

第三围板和第四围板互相配合在轴承围框内圈四个角落围成四个独立的驱动轮滑杆孔；

滚动体套设于滚连轴上；

滚连轴安装于驱动轮滑杆孔内，并且滚连轴还用于连接第一围板和第三围板或第二围板和第四围板。

其中，第一辅助轮组和第二辅助轮组均包括端部支架、端部气缸、端部支臂、辅助导轮、第一辅助轴、端部连杆、端部滑杆；

端部支架固定于底盘框架上，端部气缸固定于端部支架上；

辅助导轮安装在端部支臂的前端；

端部连杆与端部支臂的后端固定，端部气缸通过端部滑杆与端部连杆连接；

端部支臂通过第一辅助轴与端部支架活动连接；

且端部气缸用于驱动端部支臂往复平行移动；

端部滑杆和第一辅助轴用于在端部支架上滑动，用于提高端部支臂移动的稳定性。

其中，第三辅助轮组和第四辅助轮组均包括转臂、转臂支架、转臂气缸、转臂滑轴、转臂连杆、转臂轴和辅助导轮；

转臂支架固定于底盘框架上，转臂气缸固定于转臂支架上，转臂后端部通过转臂轴与转臂支架活动连接，转臂连杆第一端与转臂活动连接，转臂连杆第二端通过转臂滑轴与转臂气缸活动连接，且转臂滑轴用于在转臂支架上滑动；

辅助导轮安装于转臂前端部。

其中，升降螺母外套设有第一同步轮，升降电机前出轴上套设有第二同步轮，第一同步轮和第二同步轮之间通过同步带实现传动连接。

其中，滚动体为深沟球轴承。

其中，驱动轮电机与驱动轮之间通过同步带轮实现传动连接。

其中，驱动轮为麦克纳姆轮。

三、本发明的有益效果

与现有技术相比，本发明的能够垂直攀爬台阶的运输机器人具有如下有益效果：

(1)通过垂直升降的设计，使机器人在运输设备的过程中保证了被运输的设备的稳定性，减少了被运输设备的倾斜。

(2)通过板类零部件作为固定连接件的设计，降低了机器人的整体重量，减少了能耗。

(3)通过螺纹传动实现升降的设计，使机器人在垂直升降过程中更加稳定。

(4)通过滚动轴承组装成垂直轴承的设计，进一步提高了垂直升降的稳定性，并且通过方管作为滑动轴的设计，也进一步提高了垂直轴承滑动的稳定性。

(5)通过多组辅助轮的设计，使机器人在攀爬台阶的过程中能够更加平稳的过度。

(6)通过同步带轮的设计，使电机在在传动过程中具有更好的减震效果，进一步提高了机器人运作的稳定性，并且在过载时也能起到过载保护作用。

附图说明

图1为本发明的能够垂直攀爬台阶的运输机器人的整体结构；

图2为本发明的能够垂直攀爬台阶的运输机器人的单个驱动轮组的结构图；

图3为本发明的能够垂直攀爬台阶的运输机器人的单个驱动轮组的爆炸图；

图4为本发明的能够垂直攀爬台阶的运输机器人的升降机构结构图；

图5为本发明的能够垂直攀爬台阶的运输机器人的垂直轴承套设于驱动轮滑杆上的示意图；

图6为本发明的能够垂直攀爬台阶的运输机器人的垂直轴承爆炸图；

图7为本发明的能够垂直攀爬台阶的运输机器人的垂直轴承未安装滚动体和滚连轴的结构图；

图8为本发明的能够垂直攀爬台阶的运输机器人的垂直轴承的围框图；

图9为本发明的能够垂直攀爬台阶的运输机器人的垂直轴承整体结构图；

图10为本发明的能够垂直攀爬台阶的运输机器人的滚动体和滚连轴图；

图11为本发明的能够垂直攀爬台阶的运输机器人的第一辅助轮组或第四辅助轮组整体结构图；

图12为本发明的能够垂直攀爬台阶的运输机器人的第二辅助轮组或第三辅助轮组整体结构图；

图13为本发明的能够垂直攀爬台阶的运输机器人的升降电机和升降螺母结构图；

图14为本发明的能够垂直攀爬台阶的运输机器人的常规状态图；

图15为本发明的能够垂直攀爬台阶的运输机器人的准备爬升状态图；

图16为本发明的能够垂直攀爬台阶的运输机器人的爬升过程状态图；

图中：1为底盘框架；2为驱动轮组；3为驱动轮组驱动电机；4为升降机构；5为第一辅助轮组；6为第二辅助轮组；7为第三辅助轮组；8为第四辅助轮组；21为驱动轮；22为驱动轮轴；23为驱动轮顶板；24为驱动轮滑杆；25为驱动轮轴板；26为驱动轮侧板；41为升降电机；42为升降主连接板；43为升降轴；44为升降螺母；45为垂直轴承；51为端部支架；52为端部气缸；53为端部支臂；54为辅助导轮；55为第一辅助轴；56为端部连杆；57为端部滑杆；71为转臂；72为转臂支架；73为转臂气缸；74为转臂滑轴；75为转臂连杆；76为转臂轴；201为为第一驱动轮组；202为第二驱动轮组；411为第二同步轮；441为第一同步轮；451为第一围板；452为第二围板；453为第三围板；454为第四围板；455为滚动体；456为滚连轴；457为轴承围框；458为驱动轮滑杆孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

实施例一

本实施例的能够垂直攀爬台阶的运输机器人的结构如图1至16所示包括：底盘框架1、驱动轮组2、驱动轮组驱动电机3、升降机构4、第一辅助轮组5、第二辅助轮组6、第三辅助轮组7和第四辅助轮组8；

第一辅助轮组5和第二辅助轮组6安装于底盘框架1的两端；

第三辅助轮组7和第四辅助轮组8依次安装在底盘框架1的中部；

第一辅助轮组5、第二辅助轮组6、第三辅助轮组7和第四辅助轮组8用于运输机器人在攀爬台阶时起辅助移动功能；

驱动轮组2与驱动轮组驱动电机3驱动连接，并且驱动轮组2和驱动轮组驱动电机3与升降机构4传动连接；

驱动轮组2分为第一驱动轮组201和第二驱动轮组202，两者结构相同，均设置有驱动轮组驱动电机3，具有独立动力单元；

升降机构4固定于底盘框架1上，升降机构4用于驱动驱动轮组2和驱动轮组驱动电机3在底盘框架1上垂直升降运动。

在攀爬台阶时，升降机构4启动将机器人底盘整体抬高，打开第一辅助轮组5，第一辅助轮组5与台阶面接触，升降机构4提升第一驱动轮组201使第一辅助轮组5和第二驱动轮组202作为受力点支撑整个机器人，第二驱动轮组202作为动力组件继续行进，使第一驱动轮组201与台阶面接触，与此同时第二辅助轮组6、第三辅助轮组7在行进过程中逐步打开，使机器人保持平衡，当第一辅助轮组5、第二辅助轮组6、第三辅助轮组7均与台阶面接触时，升降机构4提升第二驱动轮组202，第一驱动轮组201作为动力组件继续行进，使第二驱动轮组202与台阶面接触，第一驱动轮组201和第二驱动轮组202同时作为动力组件驱动机器人前进，第一辅助轮组5、第二辅助轮组6、第三辅助轮组7依次收拢，台阶攀爬完成。

驱动轮组2包括驱动轮21、驱动轮轴22、驱动轮顶板23、驱动轮滑杆24、驱动轮轴板25和驱动轮侧板26；

驱动轮21套设于驱动轮轴22上，驱动轮轴22插接安装于驱动轮轴板25上，驱动轮轴板25起轴承作用，驱动轮轴22还安装有同步轮，使驱动轮组驱动电机3与驱动轮21之间通过同步带轮实现传动连接；

驱动轮侧板26安装于驱动轮轴板25两端，使驱动轮轴板25和驱动轮侧板26围成一个四边形；

驱动轮顶板23盖于四边形顶部，驱动轮滑杆24为中空方管竖直安装于四边形的四个角落，方管的两个相邻的面与四边形的两个面紧贴，用于对四边形起到加强筋的作用；

驱动轮组驱动电机3安装于驱动轮顶板23上。

升降机构4包括升降电机41、升降主连接板42、升降轴43、升降螺母44、垂直轴承45；

固定于升降主连接板42上，升降轴43一端固定在驱动轮顶板23上，升降螺母44套设于升降轴43上；

升降螺母44外圆周上套设有第一同步轮441，升降电机41前出轴上装有第二同步轮411，第一同步轮441和第二同步轮411上套设有同步带，

升降螺母44与升降电机41之间通过同步带轮互相配合实现传动连接；

垂直轴承45套设于驱动轮滑杆24上，驱动轮滑杆24能在垂直轴承45内垂直滑动。

垂直轴承45包括第一围板451、第二围板452、第三围板453、第四围板454、滚动体455和滚连轴456；

第一围板451和第二围板452两两配合组成轴承围框457；

第三围板453和第四围板454互相配合在轴承围框457内圈四个角落围成四个独立的驱动轮滑杆孔458；

滚动体455为深沟球轴承，并且套设于滚连轴456上；

滚连轴456安装于驱动轮滑杆孔458内，并且滚连轴456还用于连接第一围板451和第三围板453或第二围板452和第四围板454。

完成上述安装步骤后，四个驱动轮滑杆孔458，就是四个具有四个接触面的直线轴承，这样每个驱动轮组2的四根驱动轮滑杆24插在垂直轴承45内，就有16个接触面，驱动轮组2在上下滑动的过程中可以有效的减少晃动。

第一辅助轮组5和第二辅助轮组6均包括端部支架51、端部气缸52、端部支臂53、辅助导轮54、第一辅助轴55、端部连杆56、端部滑杆57；

端部支架51固定于底盘框架1上，端部气缸52固定于端部支架51上；

辅助导轮54安装在端部支臂53的前端，并且辅助导轮5可以在端部支臂53前端转动；

端部支臂53通过第一辅助轴55活动安装在端部支架51上；

端部连杆56与端部支臂53的后端固定，端部气缸52通过端部滑杆57与端部连杆56连接；

且端部气缸52用于驱动端部支臂53往复平行移动；

端部滑杆57和第一辅助轴55用于在端部支架51滑动，用于提高端部支臂53移动的稳定性。

第三辅助轮组7和第四辅助轮组8均包括转臂71、转臂支架72、转臂气缸73、转臂滑轴74、转臂连杆75、转臂轴76和辅助导轮54；

转臂支架72固定于底盘框架1上，转臂气缸73固定于转臂支架72上，转臂71后端部通过转臂轴76与转臂支架72活动连接，转臂连杆75第一端与转臂71活动连接，转臂连杆75第二端通过转臂滑轴74与转臂气缸73活动连接，且转臂滑轴74用于在转臂支架72上滑动；

辅助导轮54安装于转臂71前端部，且辅助导轮54能在转臂71前端部转动；

完成上述安装步骤后，转臂71、转臂连杆75和转臂气缸73之间形成一个连杆机构，转臂气缸73的运动能使转臂71转动。

在下台阶时，第一辅助轮组5、第二辅助轮组6、第三辅助轮组7全部打开，机器人缓慢后退至第二驱动轮组202悬空，此时第一辅助轮组5、第二辅助轮组6、第三辅助轮组7和第一驱动轮组201的四个受力点仍然在台阶上，因此第二驱动轮组202的悬空不至于使机器人的重心发生倾斜；

第二驱动轮组202悬空后，升降机构4驱动第二驱动轮组202下降使第二驱动轮组202与地面接触受力，此时打开第四辅助轮组8使机器人在地面有两个受力点，进一步提高了机器人的稳定性；

继续后退机器人，使第二辅助轮组6、第三辅助轮组7和第一驱动轮组201悬空，第二辅助轮组6、第三辅助轮组7收拢，升降机构4驱动第一驱动轮组201下降使第一驱动轮组201与地面接触，此时机器人重心全落在地面上，并继续后退使第一辅助轮组5悬空，将第一辅助轮组5收拢，机器人下台阶结束；

本申请的运输机器人两端结构相同，因此在攀爬台阶或下台阶时无需掉头；

实施例二、

运输机器人在转弯时，如果弯度较大，也会引起较大的晃动，不利于被运输的设备的稳定性，因此将驱动轮21设计为麦克纳姆轮，可以使机器人全方向移动，有效的解决了机器人转弯时弯度过大引起的晃动问题。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种能够垂直攀爬台阶的运输机器人，其特征在于,所述能够垂直攀爬台阶的运输机器人包括：底盘框架(1)、驱动轮组(2)、驱动轮组驱动电机(3)、升降机构(4)、第一辅助轮组(5)、第二辅助轮组(6)、第三辅助轮组(7)和第四辅助轮组(8)；

所述第一辅助轮组(5)和所述第二辅助轮组(6)安装于所述底盘框架(1)的两端；

所述第三辅助轮组(7)和所述第四辅助轮组(8)依次安装在所述底盘框架(1)的中部；

所述第一辅助轮组(5)、第二辅助轮组(6)、第三辅助轮组(7)和第四辅助轮组(8)用于所述运输机器人在攀爬台阶时起辅助移动功能；

所述驱动轮组(2)与所述驱动轮组驱动电机(3)驱动连接，并且所述驱动轮组(2)和所述驱动轮组驱动电机(3)与所述升降机构(4)传动连接；

所述升降机构(4)固定于所述底盘框架(1)上，所述升降机构(4)用于驱动所述驱动轮组(2)和所述驱动轮组驱动电机(3)在所述底盘框架(1)上垂直升降运动。

2.如权利要求1所述的能够垂直攀爬台阶的运输机器人，其特征在于，所述驱动轮组(2)包括驱动轮(21)、驱动轮轴(22)、驱动轮顶板(23)、驱动轮滑杆(24)、驱动轮轴板(25)和驱动轮侧板(26)；

所述驱动轮(21)套设于所述驱动轮轴(22)上，所述驱动轮轴(22)安装于所述驱动轮轴板(25)上，所述驱动轮侧板(26)安装于所述驱动轮轴板(25)两端，使驱动轮轴板(25)和驱动轮侧板(26)围成一个四边形；

所述驱动轮顶板(23)盖于所述四边形顶部，所述驱动轮滑杆(24)竖直安装于所述四边形四个角落，用于对所述四边形起到加强筋的作用；

所述驱动轮组驱动电机(3)安装于所述驱动轮顶板(23)上。

3.如权利要求2所述的能够垂直攀爬台阶的运输机器人，其特征在于，所述升降机构(4)包括升降电机(41)、升降主连接板(42)、升降轴(43)、升降螺母(44)、垂直轴承(45)；

所述升降电机(41)固定于所述升降主连接板(42)上，所述升降轴(43)一端固定在所述驱动轮顶板(23)上，所述升降螺母(44)套设于所述升降轴(43)上；

所述升降螺母(44)与所述升降电机(41)传动连接；所述垂直轴承(45)套设于所述驱动轮滑杆(24)上。

4.如权利要求3所述的能够垂直攀爬台阶的运输机器人，其特征在于，所述垂直轴承(45)包括第一围板(451)、第二围板(452)、第三围板(453)、第四围板(454)、滚动体(455)和滚连轴(456)；

所述第一围板(451)和所述第二围板(452)两两配合组成轴承围框(457)；

所述第三围板(453)和所述第四围板(454)互相配合在所述轴承围框(457)内圈四个角落围成四个独立的驱动轮滑杆孔(458)；

所述滚动体(455)套设于所述滚连轴(456)上；

所述滚连轴(456)安装于驱动轮滑杆孔(458)内，并且所述滚连轴(456)还用于连接所述第一围板(451)和所述第三围板(453)或所述第二围板(452)和所述第四围板(454)。

5.如权利要求4所述的能够垂直攀爬台阶的运输机器人，其特征在于，所述第一辅助轮组(5)和第二辅助轮组(6)均包括端部支架(51)、端部气缸(52)、端部支臂(53)、辅助导轮(54)、第一辅助轴(55)、端部连杆(56)、端部滑杆(57)；

所述端部支架(51)固定于所述底盘框架(1)上，所述端部气缸(52)固定于所述端部支架(51)上；

所述辅助导轮(54)安装在所述端部支臂(53)的前端；

所述端部连杆(56)与所述端部支臂(53)的后端固定，所述端部气缸(52)通过所述端部滑杆(57)与所述端部连杆(56)连接；

所述端部支臂(53)通过所述第一辅助轴(55)与所述端部支架(51)活动连接；

且所述端部气缸(52)用于驱动所述端部支臂(53)往复平行移动；

所述端部滑杆(57)和所述第一辅助轴(55)用于在所述端部支架(51)上滑动，用于提高所述端部支臂(53)移动的稳定性。

6.如权利要求5所述的能够垂直攀爬台阶的运输机器人，其特征在于，所述第三辅助轮组(7)和第四辅助轮组(8)均包括转臂(71)、转臂支架(72)、转臂气缸(73)、转臂滑轴(74)、转臂连杆(75)、转臂轴(76)和所述辅助导轮(54)；

所述转臂支架(72)固定于所述底盘框架(1)上，所述转臂气缸(73)固定于所述转臂支架(72)上，所述转臂(71)后端部通过所述转臂轴(76)与转臂支架(72)活动连接，所述转臂连杆(75)第一端与所述转臂(71)活动连接，所述转臂连杆(75)第二端通过所述转臂滑轴(74)与所述转臂气缸(73)活动连接，且所述转臂滑轴(74)用于在所述转臂支架(72)上滑动；

所述辅助导轮(54)安装于所述转臂(71)前端部。

7.如权利要求6所述的能够垂直攀爬台阶的运输机器人，其特征在于，所述升降螺母(44)外圆周上套设有第一同步轮(441)，所述升降电机(41)前出轴上套设有第二同步轮(411)，所述第一同步轮(441)和所述第二同步轮(411)之间通过同步带实现传动连接。

8.如权利要求4所述的能够垂直攀爬台阶的运输机器人，其特征在于，所述滚动体(455)为深沟球轴承。

9.如权利要求2所述的能够垂直攀爬台阶的运输机器人，其特征在于，所述驱动轮组驱动电机(3)与所述驱动轮(21)之间通过同步带轮实现传动连接。

10.如权利要求2所述的能够垂直攀爬台阶的运输机器人，其特征在于，所述驱动轮(21)为麦克纳姆轮。

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