CN112008683A - 一种回转多轨道抓钩式爬楼越障机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种回转多轨道抓钩式爬楼越障机器人，包括结构框架、履带轮机构、升降机构、多轨道抓钩机构和抓手机构；所述履带轮机构连接在结构框架下部的左右两侧，所述升降机构固定连接在机构框架的中部，所述多轨道抓钩机构设置在升降机构底部，所述抓手机构分别对称的设置在多轨道抓钩机构底部的两侧。本发明在爬楼时，抓手机构通过升降机构伸展而接触楼梯，以抓手机构为主要动力驱动机器人爬楼，在平地或崎岖地形行驶时，多轨道抓钩机构通过升降机构收缩而远离地面，避免抓手的磨损和损坏，本发明通过多组抓手机构的回转提供主要动力，克服了履带爬楼坡度小和易磨损楼梯边缘的缺点，具有爬楼坡度大、安全可靠、经济实用等优点。

Description

一种回转多轨道抓钩式爬楼越障机器人

技术领域

本发明涉及运输类机器人技术领域，尤其涉及一种回转多轨道抓钩式爬楼越障机器人。

背景技术

对于部分没有电梯的楼层，楼梯严重限制了各行业特别是运输行业无人化的发展。在仓库码头等可以实现无人化运输，但是由于城市复杂的地形限制，和运输机器人无法爬楼，或者市面上爬楼机器人载重能力不强等缺陷，使得无人化运输机器人无法在城市区域普及。同时本爬楼机器人可应用于爬楼灭火机器人，爬楼室内作战机器人等领域。

目前公开号CN111232081A的发明专利公开了一种全方位水平姿态爬楼机器人机械系统及方法，包括一个前进单元组和一个垂直运动单元组，一个转向机构，以及重心和高度调节机构。爬楼时通过前进单元组与垂直运动单元组交替爬楼，爬楼速度慢，爬楼效率低下。

公开号为CN109178137A的发明专利公开了基于三自由度机械腿的多足机器人，包括机身、电气单元和三自由度机械腿，在爬楼时电机驱动机械腿逐级爬楼，控制复杂，负重能力弱。

公开号为CN104477268A的发明专利公开了一种欠驱动履带式移动越障平台，本发明包括车体组件、支架组件、前摆臂组件、后摆臂组件、同步带组件和履带，该爬楼平台虽然机械结构简单，但是爬楼动力来源于履带，负重能力弱，爬楼高度限制性较大。

目前对于爬楼越障梯机器人的理论研究成果较多且研发的产品多样，并且已经有部分产品上市，但普遍存在载物重量轻、爬楼坡度小、爬楼可靠性低等缺点。对于现有的爬楼越障机器人，尚未出现通过多组抓钩回转提供主要动力、爬楼坡度大的设备，因此，研究一种通过多组抓钩回转提供主要动力、爬楼越障性能好的机器人，主要用在快递、外卖运输行业、救援消防机构，军用领域等。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种回转多轨道抓钩式爬楼越障机器人，克服了履带和行星轮爬楼动力不足和易磨损楼梯边缘的缺点，将爬楼攀附点置于楼梯内侧，有效提升了机器爬楼性能，增加爬楼机器人载重能力和机动性。

本发明采用的技术方案如下：

本发明所提出的一种回转多轨道抓钩式爬楼越障机器人，包括结构框架、履带轮机构、升降机构、多轨道抓钩机构和抓手机构；所述履带轮机构分别通过第一连接板对称连接在结构框架下部的左右两侧，所述升降机构固定连接在机构框架的中部，所述多轨道抓钩机构设置在升降机构底部，所述抓手机构分别对称设置在多轨道抓钩机构底部的两侧。

进一步，所述升降机构包括升降台和电推缸，所述升降台上端的两侧与结构框架中部的两侧固定连接，所述电推缸连接在升降台的正内部。

进一步，所述多轨道抓钩机构包括所述多轨道抓钩机构4包括第二连接板、第二电机、动力辊、无动力辊、连接轴、第一动力链条链轮机构、第二动力链条链轮机构、抓钩轨道组件和外侧护板；所述第二连接板分别对称连接在升降台底部的左右两侧，所述第二电机分别间隔一定距离的连接在两侧第二连接板的中部和后部之间，所述动力辊连接在两侧第二连接板的中部和后部之间，并由第二电机驱动，所述无动力辊连接在两侧第二连接板的前端之间，所述连接轴间隔一定距离的连接在两侧第二连接板的中部；所述第一动力链条链轮机构分别连接在两侧第二连接板的外侧且相互对称，所述第一动力链条链轮机构分别通过其前后两端的链轮分别与无动力辊和动力辊连接；所述第二动力链条链轮机构分别交错连接在两侧第一动力链条链轮机构的外侧且相互对称，所述两侧第二动力链条链轮机构前端的链轮分别与动力辊的两侧连接，所述两侧第二动力链条链轮机构后端的链轮之间通过无动力辊连接；所述抓钩轨道组件分别安装在第一动力链条链轮机构和第二动力链条链轮机构的外侧；所述动力辊、无动力辊和连接轴的两端依次穿过第一动力链条链轮机构、第二动力链条链轮机构以及抓钩轨道组件后与外侧护板连接。

进一步，所述抓钩轨道组件包括前端开设有条形孔的钩形抓钩挡板、抓钩轨道板和轨道连接板；所述抓钩挡板分别安装在第一动力链条链轮机构46和第二动力链条链轮机构的前端，所述抓钩轨道板分别设置在第一动力链条链轮机构和第二动力链条链轮机构内部，所述轨道连接板对称设置在抓钩挡板的左右两侧，用于连接对应的抓钩轨道板和抓钩挡板。

进一步，所述抓手机构包括抓手导向件、抓手连接件、抓手滑动轮、主爪、副爪和副爪小轮；所述抓手导向件分别与第一动力链条链轮机构和第二动力链条链轮机构的链条连接，所述抓手连接件转动连接在抓手导向件的前端，所述抓手滑动轮分别转动连接在抓手连接件抓手导向件的端部上侧，所述主爪转动连接在抓手连接件的前端底部，所述副爪转动连接在主爪的中下部，所述副爪小轮对称转动连接在副爪底部的左右两侧，且所述主爪与抓手连接件和副爪的连接处均设置有扭簧。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明所提出的一种回转多轨道抓钩式爬楼越障机器人，利用多轨道抓钩机构提供辅助的动力，克服了履带爬楼动力不足和易磨损楼梯边缘的缺点，同时多轨道抓钩机构也解决了了机器人爬楼过程中意外下滑的危险性，有效提升了护理机器爬楼性能，具有安全可靠、稳定舒适和经济实用等优点。

附图说明

图1是本发明所提出的一种回转多轨道抓钩式爬楼越障机器人一个实施例的整体结构示意图；

图2是本发明的升降机构与多轨道抓钩机构的结构示意图；

图3是本发明的多轨道抓钩机构的爆炸结构示意图；

图4是本发明的抓手机构在不受外力下展开的结构示意图；

图5是本发明在隐藏其他结构的情况下，一组抓手机构的副爪打开工作时的结构示意图；

图6是本发明在隐藏其他结构的情况下，一组抓手机构的副爪关闭工作时的结构示意图。

其中，附图标记：1-结构框架；2-电控柜；3-升降机构；4-多轨道抓钩机构；5-抓手机构；6-履带轮机构；11-第一连接板；31-升降台；32-电推缸；41-第二连接板；42-第二电机；43-动力辊；44-无动力辊；45-连接轴；46-第一动力链条链轮机构；47-第二动力链条链轮机构；48-抓钩轨道组件、481-抓钩挡板；482-抓钩轨道板；483-轨道连接板；49-外侧护板；51-抓手导向件；52-抓手连接件；53-抓手滑动轮；54-主爪；55-副爪；56-副爪小轮。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

需要说明的是，在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“一侧”、“另一侧”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。

参见图1至图6，给出了本发明所提出的一种回转多轨道抓钩式爬楼越障机器人的一个实施例的具体结构。该机器人包括结构框架1、电控柜2、升降机构3、多轨道抓钩机构4、抓手机构5和履带机构6；所述机构框架1为矩形结构框架，所述电控柜2固定连接在结构框架1顶部的一侧，本实施例中，所述电控柜2的内部由陀螺仪模块和STM32F103单片机连接而成，所述升降机构3设置在结构框架1的中部，且所述升降机构3的上端与结构框架1固定连接，所述多轨道抓钩机构4对称连接在升降机构3底部的两侧，所述抓手机构5分别均布在多轨道抓钩机构4的底部，所述履带机构6分别通过第一连接板11对称连接在结构框架1左右两侧的底部。

本实施例中，所述履带机构6由两个倒梯形的大履带轮构成，且所述履带机构6内置两个独立的第一电机(图中未示出)，为履带机构6提供动力。

所述升降机构3包括设置在结构框架1中部的升降台31，和设置在所述升降台31正内部的电推缸32，所述升降台31顶端与结构框架1固定连接，升降时通过电推缸32提供升降动力；所述多轨道抓钩机构4对称连接在升降台31底部的两侧。

所述多轨道抓钩机构4包括第二连接板41、第二电机42、动力辊43、无动力辊44、连接轴45、第一动力链条链轮机构46、第二动力链条链轮机构47、抓钩轨道组件48和外侧护板49；

所述第二连接板41分别对称连接在升降台31底部的左右两侧，所述第二电机42设置有两个，分别间隔一定距离的连接在两侧第二连接板41的前后两侧之间，所述动力辊43连接在两侧第二连接板41的中部，并由第二电机42驱动，所述无动力辊44连接在两侧第二连接板41的前后两端，所述连接轴45间隔一定距离的连接在两侧第二连接板41的中部；

所述第一动力链条链轮机构46和第二动力链条链轮机构47均由前后两个链轮和连接两个链轮的链条构成；所述第一动力链条链轮机构46分别连接在两侧第二连接板41的外侧且相互对称，所述第一动力链条链轮机构46分别通过其前后两端的链轮与无动力辊44连接；所述第二动力链条链轮机构47分别交错连接在两侧第一动力链条链轮机构46的外侧且相互对称，所述两侧第二动力链条链轮机构47前端的链轮分别与动力辊43的两侧连接，所述两侧第二动力链条链轮机构47后端的链轮之间通过无动力辊44连接；

所述抓钩轨道组件48分别安装在第一动力链条链轮机构46和第二动力链条链轮机构47的外侧，所述抓钩轨道组件48包括前端开设有条形孔的钩形抓钩挡板481、抓钩轨道板482和轨道连接板483；所述抓钩挡板481分别固定连接在第一动力链条链轮机构46和第二动力链条链轮机构47的前端，所述抓钩轨道板482设置在第一动力链条链轮机构46和第二动力链条链轮机构47内部，所述轨道连接板483对称固定连接在抓钩挡板481的左右两侧，用于连接对应的抓钩轨道板482和抓钩挡板481；所述外侧护板49分别设置在第二动力链条链轮机构47的外侧且相互对称，所述动力辊43、无动力辊44和连接轴45的两端依次穿过第一动力链条链轮机构46、第二动力链条链轮机构47以及抓钩轨道组件48后与外侧护板49连接。

所述抓手机构5包括抓手导向件51、抓手连接件52、抓手滑动轮53、主爪54、副爪55和副爪小轮56；所述抓手连接件52转动连接在抓手导向件51的前端，所述抓手滑动轮53转动连接在抓手连接件52的前端上部和抓手导向件51的中上部，所述主爪54转动连接在抓手连接件52的前端底部，所述副爪55转动连接在主爪54的下部，所述副爪小轮56对称转动连接在副爪55底部的左右两侧；所述抓手导向件51与抓手连接件52构成抓手机构5的主体部分，其目的是避免抓手机构5在跟随动力链条链轮机构运动时与台阶干涉而造成设备损坏；所述主爪54和抓手连接件52转动连接，且连接处设置有扭簧(图中未示出)，所述副爪55和主爪54转动连接，且连接处设置扭簧(图中未示出)；本实施例中，所述两侧的第一动力链条链轮机构46的前端底部对称连接有一组抓手机构5，所述两侧的第二动力链条链轮机构47的中底部对称连接有一组抓手机构5，所述抓手导向件51通过连接孔与第一动力链条链轮机构46和第二动力链条链轮机构47上的部分链节连接。

本发明的机器人工作原理在于：在使用本发明平地行驶时，所述电推缸32收缩，调节升降机构3，使多轨道抓钩机构4远离地面，同时调节两个内置于履带轮6内的第一电机的转速可以实现机器人的前进后退或者通过差速实现灵活转向，从而实现在狭小空间的360度灵活转动。

在使用本发明爬楼时，两侧倒梯形的履带轮会攀附上第一台阶，待整体机器人的履带机构6攀附在楼梯上时，所述电控柜2内置的陀螺仪模块会检测出机器人的爬楼状态，此时会反馈给STM32F103单片机，从而控制电推缸32伸长，使多轨道抓钩机构4下降，使得抓手机构5能够有效攀附台阶。

在使用本发明的多轨道抓钩机构4爬楼时，两个独立的所述第二电机42带动动力锟43，驱动第一动力链条链轮机构46和第二动力链条链轮机构47进行运动，从而带动第一动力链条链轮机构46和第二动力链条链轮机构47底部平均间隔分布的两组抓手机构5进行回转式运动，在抓钩轨道板482的作用下，处于多轨道抓钩机构4底部的抓手机构5可以在扭簧的作用下展开，进而攀附楼梯台阶，为爬楼机器人提供爬楼动力；内外两组第一动力链条链轮机构46和第二动力链条链轮机构47由于在前进方向上错开，使得第一动力链条链轮机构46和第二动力链条链轮机构47底部的抓手机构5不是同步运动，使得在攀爬楼梯的过程中有总共4组抓手机构5在攀附至少两节楼梯台阶；当位于内侧的抓手机构5开始回收时，位于外侧的抓手机构5能够有效攀附在台阶上，待其中一组抓手机构5回收完成后，另一组抓手机构5就开始进入抓钩轨道板482的受力范围，开始攀爬工作；在整个攀爬过程，始终有抓手机构5攀附在台阶上，确保了爬楼的平稳性与安全性。

在使用本发明爬楼时，所述抓手导向件51通过两个固定孔分别固定在第一动力链条链轮机构46和第二动力链条链轮机构47的两个链节上，跟随传动链条运动，所述抓手机构5在爬楼时，所述抓手连接件52和抓手导向件51上的两个抓手滑动轮53与抓钩轨道板482底部接触，在与台阶的共同施力下，抓手导向件51在抓手攀附在台阶上时可以实现水平运动，并为爬楼机器人上楼提供主要动力；在抓手机构5靠近抓钩轨道板482尾端时，抓手滑动轮53会逐渐脱离与抓钩轨道板482的接触，在链轮旋转与楼梯台阶的作用下抓手连接件52会与抓手导向件51围绕连接点受迫旋转，避免因为机构干涉造成的损坏；在脱离与楼梯台阶接触以后，抓手机构5在扭簧作用下完全展开；所述抓手机构5到达抓钩轨道板482上方时，所述抓钩挡板481会与副爪小轮56接触，在向前运动过程当中，所述副爪55会压迫主爪54，所述主爪54会逐渐靠近抓手导向件51与抓手连接件52，使抓手机构5在运动到抓钩轨道板482前端时，不会因为抓手机构5的展开而对楼梯台阶干涉造成设备运行不正常或者损坏的情况；在抓手机构5到达预定工作位置即抓手机构5准备开始攀附楼梯台阶时，随着第一动力链条链轮机构46和第二动力链条链轮机构47的运动，所述副爪小轮56脱离与抓钩挡板481的接触，在扭簧作用下主爪54迅速展开，对楼梯台阶进行攀附；当副爪小轮56脱离与抓钩挡板481的接触时，如果此时受台阶限制，所述主爪54展开角度不大，并未完全展开，抓取位置为台阶边缘，对于爬楼过程十分危险，此时由于副爪55在扭簧作用下紧贴主爪54，与台阶接触的是副爪小轮56，在第一动力链条链轮机构46和第二动力链条链轮机构47的运动下，所述主爪54会脱离此台阶，在到达下一台阶之前完全展开，获取对台阶的最大抓取深度；在主爪54完全展开之后，攀附台阶时，所述副爪55会受迫展开，所述主爪54的粗糙接触面部分为主要受力点，避免副爪小轮56对主爪54攀附楼梯的影响。

在使用本发明爬楼即将结束时，本爬楼机器人重心会发生偏移，此过程会被电控柜2内的陀螺仪模块检测到，并反馈给STM32F103单片机，单片机控制电推缸32收缩，使整个升降机构3收缩，使整个多轨道抓钩机构4抬升，抓手机构5远离楼梯，整个爬楼机器人由于重心偏移作用整体移动到楼梯上层的平面上，完成爬楼。

以上所述的实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (5)

1.一种回转多轨道抓钩式爬楼越障机器人，其特征在于：所述机器人包括结构框架、履带轮机构、升降机构、多轨道抓钩机构和抓手机构；所述履带轮机构分别通过第一连接板对称连接在结构框架下部的左右两侧，所述升降机构固定连接在机构框架的中部，所述多轨道抓钩机构设置在升降机构底部，所述抓手机构分别对称设置在多轨道抓钩机构底部的两侧。

2.根据权利要求1所述的一种回转多轨道抓钩式爬楼越障机器人，其特征在于：所述升降机构包括升降台和电推缸，所述升降台上端的两侧与结构框架中部的两侧固定连接，所述电推缸连接在升降台的正内部。

3.根据权利要求1所述的一种回转多轨道抓钩式爬楼越障机器人，其特征在于：所述多轨道抓钩机构包括所述多轨道抓钩机构包括第二连接板、第二电机、动力辊、无动力辊、连接轴、第一动力链条链轮机构、第二动力链条链轮机构、抓钩轨道组件和外侧护板；所述第二连接板分别对称连接在升降台底部的左右两侧，所述第二电机分别间隔一定距离的连接在两侧第二连接板的中部和后部之间，所述动力辊连接在两侧第二连接板的中部和后部之间，并由第二电机驱动，所述无动力辊连接在两侧第二连接板的前端之间，所述连接轴间隔一定距离的连接在两侧第二连接板的中部；所述第一动力链条链轮机构分别连接在两侧第二连接板的外侧且相互对称，所述第一动力链条链轮机构分别通过其前后两端的链轮分别与无动力辊和动力辊连接；所述第二动力链条链轮机构分别交错连接在两侧第一动力链条链轮机构的外侧且相互对称，所述两侧第二动力链条链轮机构前端的链轮分别与动力辊的两侧连接，所述两侧第二动力链条链轮机构后端的链轮之间通过无动力辊连接；所述抓钩轨道组件分别安装在第一动力链条链轮机构和第二动力链条链轮机构的外侧；所述动力辊、无动力辊和连接轴的两端依次穿过第一动力链条链轮机构、第二动力链条链轮机构以及抓钩轨道组件后与外侧护板连接。

4.根据权利要求3所述的一种回转多轨道抓钩式爬楼越障机器人，其特征在于：所述抓钩轨道组件包括前端开设有条形孔的钩形抓钩挡板、抓钩轨道板和轨道连接板；所述抓钩挡板分别安装在第一动力链条链轮机构46和第二动力链条链轮机构的前端，所述抓钩轨道板分别设置在第一动力链条链轮机构和第二动力链条链轮机构内部，所述轨道连接板对称设置在抓钩挡板的左右两侧，用于连接对应的抓钩轨道板和抓钩挡板。

5.根据权利要求3所述的一种回转多轨道抓钩式爬楼越障机器人，其特征在于：所述抓手机构包括抓手导向件、抓手连接件、抓手滑动轮、主爪、副爪和副爪小轮；所述抓手导向件分别与第一动力链条链轮机构和第二动力链条链轮机构的链条连接，所述抓手连接件转动连接在抓手导向件的前端，所述抓手滑动轮分别转动连接在抓手连接件抓手导向件的端部上侧，所述主爪转动连接在抓手连接件的前端底部，所述副爪转动连接在主爪的中下部，所述副爪小轮对称转动连接在副爪底部的左右两侧，且所述主爪与抓手连接件和副爪的连接处均设置有扭簧。

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