CN113247142A - 一种伸缩式高效跨越台阶类机器人 - Google Patents

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Abstract

一种伸缩式高效跨越台阶类机器人，涉及一种物流机器人，为了解决现有的轮式机器人无法适应带台阶地形的问题。本发明的四个底盘轮以两排两列的形式设置在底盘支架底部；框架设有顶杆、支柱和底杆；顶杆水平固定在支柱的顶端，底杆与支柱以滑动连接的方式设置，并且，底杆位于顶杆的下部；支柱的底端固定在底盘支架上；第一气缸的缸体固定在底杆上，第一气缸的气缸杆顶端固定在顶杆上；四个伸缩腿分别通过四个旋转轴设置在底杆前端的左右两侧和后端的左右两侧；第二气缸用于分别驱动四个旋转轴转动；四个辅助轮分别以轴连的方式设置在四个伸缩腿的底端。有益效果为占用空间小、上台阶速度快，适应带台阶的地形。

Description

一种伸缩式高效跨越台阶类机器人
技术领域
本发明涉及一种物流机器人。
背景技术
近些年，电子商务、新零售等商业模式不断发展，智能制造、智能物流需求不断提高，在人工智能、物联网、大数据、云计算技术的日趋完善下，物流机器人蓬勃发展，物流机器人在室内外移动会涉及台阶障碍跨越问题，台阶障碍跨越成为机器人打通室内外通道的必要挑战；而现有的轮式机器人对地形适应能力较差，不适合在有台阶的地形使用。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的轮式机器人无法适应带台阶地形的问题，提出了一种伸缩式高效跨越台阶类机器人。
本发明所述的一种伸缩式高效跨越台阶类机器人包括底盘机构、第一伸缩机构和第二伸缩机构；
所述底盘机构包括四个底盘轮和底盘支架；
四个底盘轮以两排两列的形式设置在底盘支架底部；
所述第一伸缩机构包括框架、第一气缸和第二气缸；
框架设有顶杆、支柱和底杆；
顶杆水平固定在支柱的顶端，底杆与支柱以滑动连接的方式设置，并且，底杆位于顶杆的下部；支柱的底端固定在底盘支架上；第一气缸的缸体固定在底杆上，第一气缸的气缸杆顶端固定在顶杆上；
所述第二伸缩机构包括四个伸缩腿、四个旋转轴和四个辅助轮；
所述四个伸缩腿分别通过四个旋转轴设置在底杆前端的左右两侧和后端的左右两侧；第二气缸用于分别驱动四个旋转轴转动；
所述四个辅助轮分别以轴连的方式设置在四个伸缩腿的底端。
进一步地，该机器人在完整的上台阶过程中，包括以下五个阶段；
第一阶段：机器人于地面行走时，由四个底盘轮提供动力，第一伸缩机构和第二伸缩机构处于初始状态，此时，四个辅助轮处于悬空状态；
第二阶段：当机器人行驶至台阶前时，第一伸缩机构和第二伸缩机构同时触发：通过第一伸缩机构中的第二气缸控制第二伸缩机构中设置在底杆前端的左右两侧的两个伸缩腿旋转，四个伸缩腿均竖直向下后，第一伸缩机构中的第一气缸以及四个伸缩腿同时开始伸长，并伸长至最大长度；此时，四个辅助轮接触地面，并由四个辅助轮提供动力前进，四个底盘轮处于悬空状态；
第三阶段：当机器人移动至前排两个底盘轮接触台阶上表面时，通过第一伸缩机构中的第二气缸控制第二伸缩机构中设置在底杆前端的左右两侧的两个伸缩腿反向旋转；此时机器人的支撑点为：设置在底盘支架底部前端的两个底盘轮和设置在底杆后端的左右两侧的两个伸缩腿底端的两个辅助轮；
第四阶段：机器人继续向前运动，当设置在底盘支架底部后端的两个底盘轮接触台阶上表面时，通过第一伸缩机构中的第二气缸控制第二伸缩机构中设置在底杆后端的左右两侧的两个伸缩腿旋转，此时机器人由四个底盘轮1接触台阶面，机器人完整地登上台阶；
第五阶段：第一伸缩机构和第二伸缩机构恢复初始状态。
进一步地，第一伸缩机构和第二伸缩机构的初始状态是指：第一伸缩机构中的第一气缸处于原始的最短状态，以及第二伸缩机构中的四个伸缩腿处于最短状态，并且位于底杆前端左右两侧的两个伸缩腿处于水平方向和位于底杆后端左右两侧的两个伸缩腿处于竖直方向。
进一步地，在第二阶段中，通过第一伸缩机构中的第二气缸控制第二伸缩机构中设置在底杆前端的左右两侧的两个伸缩腿旋转的转动角度为90度。
进一步地，在第三阶段中，通过第一伸缩机构中的第二气缸控制第二伸缩机构中设置在底杆前端的左右两侧的两个伸缩腿反向旋转的转动角度为90度。
进一步地，在第四阶段中，通过第一伸缩机构中的第二气缸控制第二伸缩机构中设置在底杆后端的左右两侧的两个伸缩腿旋转的转动角度为90度。
进一步地，伸缩腿包括第三气缸、一号铝方管和二号铝方管；
所述二号铝方管的横截面积大于一号铝方管的横截面积，并且一号铝方管的一端嵌套在二号铝方管的一端内；第三气缸设置在一号铝方管内，并且第三气缸的缸体与一号铝方管内壁固连，第三气缸的气缸杆与二号铝方管的内壁固连；二号铝方管的另一端为伸缩腿的底端，一号铝方管的另一端设置有旋转轴。
进一步地，二号铝方管的规格为：40mm×40mm×15cm；一号铝方管的规格为：20mm×20mm×10cm。
进一步地，所述四个底盘轮均采用麦克纳姆轮。
进一步地，所述四个辅助轮均采用橡胶轮。
本发明的有益效果是：该机器人整体抬升过程是先于机器人达到台阶，所以节约大量时间，机器人在前进过程中不停顿，实现零秒上台阶；伸缩腿为伸缩结构，并且第一伸缩机构伸缩的方向是竖直的，因此空间占用小，伸缩腿在机器人内部，不额外占用空间；特别适应带台阶的地形。
附图说明
图1为具体实施方式一所述的一种伸缩式高效跨越台阶类机器人的整体结构示意图；
图2为具体实施方式一中底盘机构的结构示意图；
图3为具体实施方式一中第一伸缩机构的结构示意图；
图4为具体实施方式一中第二伸缩机构的结构示意图；
图5为具体实施方式二中机器人处于第一阶段的结构位置示意图；
图6为具体实施方式二中机器人处于第二阶段的结构位置示意图；
图7为具体实施方式二中机器人处于第三阶段的结构位置示意图；
图8为具体实施方式二中机器人处于第四阶段的结构位置示意图；
图9为具体实施方式二中机器人处于第五阶段的结构位置示意图；
图10为具体实施方式七中伸缩腿的结构示意图；
图11为图10的A-A向剖视图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式所述的一种伸缩式高效跨越台阶类机器人包括底盘机构、第一伸缩机构和第二伸缩机构；
所述底盘机构包括四个底盘轮1和底盘支架2；
四个底盘轮1以两排两列的形式设置在底盘支架2底部；
所述第一伸缩机构包括框架3、第一气缸4和第二气缸5；
框架3设有顶杆3-1、支柱3-2和底杆3-3；
顶杆3-1水平固定在支柱3-2的顶端，底杆3-3与支柱3-2以滑动连接的方式设置，并且，底杆3-3位于顶杆3-1的下部；支柱3-2的底端固定在底盘支架2上；第一气缸4的缸体固定在底杆3-3上，第一气缸4的气缸杆顶端固定在顶杆3-1上；
所述第二伸缩机构包括四个伸缩腿6、四个旋转轴7和四个辅助轮8；
所述四个伸缩腿6分别通过四个旋转轴7设置在底杆3-3前端的左右两侧和后端的左右两侧；第二气缸5用于分别驱动四个旋转轴7转动；
所述四个辅助轮8分别以轴连的方式设置在四个伸缩腿6的底端。
本实施方式中所述的伸缩式高效跨越台阶类机器人为了迎合物流、仓储机器人日益增长的需求，解决轮式机器人对地形适应能力较差的问题，以不占用太多空间的情况下，使机器人实现上台阶的功能。
在本实施方式中，第一伸缩机构通过控制器进行控制，使底盘机构竖直提升，第二伸缩机构也通过控制器进行控制，使四个伸缩腿6进行转动，并使底盘机构在竖直方向上进一步提升。
具体实施方式二：结合图5至图9说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的一种伸缩式高效跨越台阶类机器人进一步限定，在本实施方式中，该机器人在完整的上台阶过程中，包括以下五个阶段；
第一阶段：机器人于地面行走时，由四个底盘轮1提供动力，第一伸缩机构和第二伸缩机构处于初始状态，此时，四个辅助轮8处于悬空状态；第一伸缩机构使底盘机构有250mm的提高；
第二阶段：当机器人行驶至台阶前时，第一伸缩机构和第二伸缩机构同时触发：通过第一伸缩机构中的第二气缸5控制第二伸缩机构中设置在底杆3-3前端的左右两侧的两个伸缩腿6旋转，四个伸缩腿6均竖直向下后，第一伸缩机构中的第一气缸4以及四个伸缩腿6同时开始伸长，并伸长至最大长度；此时，四个辅助轮8接触地面，并由四个辅助轮8提供动力前进，四个底盘轮1处于悬空状态；机器人瞬时抬高400mm；
第三阶段：当机器人移动至前排两个底盘轮1接触台阶上表面时，通过第一伸缩机构中的第二气缸5控制第二伸缩机构中设置在底杆3-3前端的左右两侧的两个伸缩腿6反向旋转；此时机器人的支撑点为：设置在底盘支架2底部前端的两个底盘轮1和设置在底杆3-3后端的左右两侧的两个伸缩腿6底端的两个辅助轮8；
第四阶段：机器人继续向前运动，当设置在底盘支架2底部后端的两个底盘轮1接触台阶上表面时，通过第一伸缩机构中的第二气缸5控制第二伸缩机构中设置在底杆3-3后端的左右两侧的两个伸缩腿6旋转，此时机器人由四个底盘轮1接触台阶面，机器人完整地登上台阶；
第五阶段：第一伸缩机构和第二伸缩机构恢复初始状态；此阶段为复位过程，此时四个伸缩腿6均属于向后偏置90°的状态中，所以只要使设置在底杆3-3后端的左右两侧的两个伸缩腿6均复位至竖直悬垂，再使第一伸缩机构复位，从而使得机器人恢复初始状态。
在本实施方式中，该机器人还包括控制器，控制器用于控制第一气缸4的伸长与缩短，用于通过第二气缸5分别控制四个旋转轴7转动，还用于控制伸缩腿6的伸长与缩短；以实现上述的五个阶段。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式二所述的一种伸缩式高效跨越台阶类机器人进一步限定，在本实施方式中，第一伸缩机构和第二伸缩机构的初始状态是指：第一伸缩机构中的第一气缸4处于原始的最短状态，以及第二伸缩机构中的四个伸缩腿6处于最短状态，并且位于底杆3-3前端左右两侧的两个伸缩腿6处于水平方向和位于底杆3-3后端左右两侧的两个伸缩腿6处于竖直方向。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式三所述的一种伸缩式高效跨越台阶类机器人进一步限定，在本实施方式中，在第二阶段中，通过第一伸缩机构中的第二气缸5控制第二伸缩机构中设置在底杆3-3前端的左右两侧的两个伸缩腿6旋转的转动角度为90度。
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式四所述的一种伸缩式高效跨越台阶类机器人进一步限定，在本实施方式中，在第三阶段中，通过第一伸缩机构中的第二气缸5控制第二伸缩机构中设置在底杆3-3前端的左右两侧的两个伸缩腿6反向旋转的转动角度为90度。
具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式二所述的一种伸缩式高效跨越台阶类机器人进一步限定，在本实施方式中，在第四阶段中，通过第一伸缩机构中的第二气缸5控制第二伸缩机构中设置在底杆3-3后端的左右两侧的两个伸缩腿6旋转的转动角度为90度。
具体实施方式七：结合图10至图11说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的一种伸缩式高效跨越台阶类机器人进一步限定，在本实施方式中，伸缩腿6包括第三气缸6-1、一号铝方管6-2和二号铝方管6-3；
所述二号铝方管6-3的横截面积大于一号铝方管6-2的横截面积，并且一号铝方管6-2的一端嵌套在二号铝方管6-3的一端内；第三气缸6-1设置在一号铝方管6-2内，并且第三气缸6-1的缸体与一号铝方管6-2内壁固连，第三气缸6-1的气缸杆与二号铝方管6-3的内壁固连；二号铝方管6-3的另一端为伸缩腿6的底端，一号铝方管6-2的另一端设置有旋转轴7。
在本实施方式中，一号铝方管6-2和二号铝方管6-3采用内嵌的连接方式，以减小摩擦阻力；考虑到节省空间的问题，伸缩腿6采用三层嵌套的结构设计，最内层是第三气缸6-1，第二层是一号铝方管6-2，第三层是二号铝方管6-3，二号铝方管6-3的长和宽是一号铝方管6-2的长和宽的各2倍。
具体实施方式八：本实施方式是对具体实施方式七所述的一种伸缩式高效跨越台阶类机器人进一步限定，在本实施方式中，二号铝方管6-3的规格为：40mm×40mm×15cm；一号铝方管6-2的规格为：20mm×20mm×10cm。
具体实施方式九：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种伸缩式高效跨越台阶类机器人进一步限定，在本实施方式中，所述四个底盘轮1均采用麦克纳姆轮。
在本实施方式中，四个底盘轮1均采用麦克纳姆轮，便于实现全向移动。
具体实施方式十：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种伸缩式高效跨越台阶类机器人进一步限定，在本实施方式中，所述四个辅助轮9均采用橡胶轮。
在本实施方式中，四个辅助轮9均采用橡胶轮，以增强摩擦力，提高行进速度。

Claims (10)

1.一种伸缩式高效跨越台阶类机器人，其特征在于，该机器人包括底盘机构、第一伸缩机构和第二伸缩机构；
所述底盘机构包括四个底盘轮(1)和底盘支架(2)；
四个底盘轮(1)以两排两列的形式设置在底盘支架(2)底部；
所述第一伸缩机构包括框架(3)、第一气缸(4)和第二气缸(5)；
框架(3)设有顶杆(3-1)、支柱(3-2)和底杆(3-3)；
顶杆(3-1)水平固定在支柱(3-2)的顶端，底杆(3-3)与支柱(3-2)以滑动连接的方式设置，并且，底杆(3-3)位于顶杆(3-1)的下部；支柱(3-2)的底端固定在底盘支架(2)上；第一气缸(4)的缸体固定在底杆(3-3)上，第一气缸(4)的气缸杆顶端固定在顶杆(3-1)上；
所述第二伸缩机构包括四个伸缩腿(6)、四个旋转轴(7)和四个辅助轮(8)；
所述四个伸缩腿(6)分别通过四个旋转轴(7)设置在底杆(3-3)前端的左右两侧和后端的左右两侧；第二气缸(5)用于分别驱动四个旋转轴(7)转动；
所述四个辅助轮(8)分别以轴连的方式设置在四个伸缩腿(6)的底端。
2.根据权利要求1所述的一种伸缩式高效跨越台阶类机器人，其特征在于，该机器人在完整的上台阶过程中，包括以下五个阶段；
第一阶段：机器人于地面行走时，由四个底盘轮(1)提供动力，第一伸缩机构和第二伸缩机构处于初始状态，此时，四个辅助轮(8)处于悬空状态；
第二阶段：当机器人行驶至台阶前时，第一伸缩机构和第二伸缩机构同时触发：通过第一伸缩机构中的第二气缸(5)控制第二伸缩机构中设置在底杆(3-3)前端的左右两侧的两个伸缩腿(6)旋转，四个伸缩腿(6)均竖直向下后，第一伸缩机构中的第一气缸(4)以及四个伸缩腿(6)同时开始伸长，并伸长至最大长度；此时，四个辅助轮(8)接触地面，并由四个辅助轮(8)提供动力前进，四个底盘轮(1)处于悬空状态；
第三阶段：当机器人移动至前排两个底盘轮(1)接触台阶上表面时，通过第一伸缩机构中的第二气缸(5)控制第二伸缩机构中设置在底杆(3-3)前端的左右两侧的两个伸缩腿(6)反向旋转；此时机器人的支撑点为：设置在底盘支架(2)底部前端的两个底盘轮(1)和设置在底杆(3-3)后端的左右两侧的两个伸缩腿(6)底端的两个辅助轮(8)；
第四阶段：机器人继续向前运动，当设置在底盘支架(2)底部后端的两个底盘轮(1)接触台阶上表面时，通过第一伸缩机构中的第二气缸(5)控制第二伸缩机构中设置在底杆(3-3)后端的左右两侧的两个伸缩腿(6)旋转，此时机器人由四个底盘轮(1)接触台阶面，机器人完整地登上台阶；
第五阶段：第一伸缩机构和第二伸缩机构恢复初始状态。
3.根据权利要求2所述的一种伸缩式高效跨越台阶类机器人，其特征在于，第一伸缩机构和第二伸缩机构的初始状态是指：第一伸缩机构中的第一气缸(4)处于原始的最短状态，以及第二伸缩机构中的四个伸缩腿(6)处于最短状态，并且位于底杆(3-3)前端左右两侧的两个伸缩腿(6)处于水平方向和位于底杆(3-3)后端左右两侧的两个伸缩腿(6)处于竖直方向。
4.根据权利要求3所述的一种伸缩式高效跨越台阶类机器人，其特征在于，在第二阶段中，通过第一伸缩机构中的第二气缸(5)控制第二伸缩机构中设置在底杆(3-3)前端的左右两侧的两个伸缩腿(6)旋转的转动角度为90度。
5.根据权利要求4所述的一种伸缩式高效跨越台阶类机器人，其特征在于，在第三阶段中，通过第一伸缩机构中的第二气缸(5)控制第二伸缩机构中设置在底杆(3-3)前端的左右两侧的两个伸缩腿(6)反向旋转的转动角度为90度。
6.根据权利要求2所述的一种伸缩式高效跨越台阶类机器人，其特征在于，在第四阶段中，通过第一伸缩机构中的第二气缸(5)控制第二伸缩机构中设置在底杆(3-3)后端的左右两侧的两个伸缩腿(6)旋转的转动角度为90度。
7.根据权利要求1所述的一种伸缩式高效跨越台阶类机器人，其特征在于，伸缩腿(6)包括第三气缸(6-1)、一号铝方管(6-2)和二号铝方管(6-3)；
所述二号铝方管(6-3)的横截面积大于一号铝方管(6-2)的横截面积，并且一号铝方管(6-2)的一端嵌套在二号铝方管(6-3)的一端内；第三气缸(6-1)设置在一号铝方管(6-2)内，并且第三气缸(6-1)的缸体与一号铝方管(6-2)内壁固连，第三气缸(6-1)的气缸杆与二号铝方管(6-3)的内壁固连；二号铝方管(6-3)的另一端为伸缩腿(6)的底端，一号铝方管(6-2)的另一端设置有旋转轴(7)。
8.根据权利要求7所述的一种伸缩式高效跨越台阶类机器人，其特征在于，二号铝方管(6-3)的规格为：40mm×40mm×15cm；一号铝方管(6-2)的规格为：20mm×20mm×10cm。
9.根据权利要求1所述的一种伸缩式高效跨越台阶类机器人，其特征在于，所述四个底盘轮(1)均采用麦克纳姆轮。
10.根据权利要求1所述的一种伸缩式高效跨越台阶类机器人，其特征在于，所述四个辅助轮(9)均采用橡胶轮。
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CN113815747A (zh) * 2021-10-12 2021-12-21 烟台清科嘉机器人联合研究院有限公司 Agv机器人及其实施方法
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