CN113386875B - 能够爬台阶的轮式搬运机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种能够爬台阶的轮式搬运机器人，涉及越障机器人技术领域，解决了现有轮式搬运机器人结构较为复杂且爬越台阶时料箱易滑落的技术问题，其技术方案要点是增加了前抬升辅助结构和后抬升辅助结构，针对台阶这类地形实现了快速攀登这一动作；通过自平衡结构使载于其中的料箱通过重力保持水平，防止料箱倾倒，且组件中的两组滚轮通过拉伸弹簧连接，确保了自平衡结构及整体结构的稳定性；设计了自平衡结构与前抬升辅助结构间的联动机构，进一步保证了在底盘攀登台阶的过程中装载的料箱的水平。

Description

能够爬台阶的轮式搬运机器人
技术领域
本公开涉及越障机器人技术领域，尤其涉及一种能够爬台阶的轮式搬运机器人。
背景技术
机器人是可自主进行工作的机械装置，随着社会经济的发展和科学技术的进步，许多危险或重复作业的岗位都逐渐由机器人代替人工进行作业。在物流搬运行业中，机器人常被用于运输、取货等作业。
目前已开发出的一些移动机器人，包括轮式、履带式、腿式等移动机器人。部分机器人的底盘结构已相对优越，可适用于复杂的地势环境。其中行星轮式底盘结构较大、负重比高；履带式底盘机构支撑面积大、地形适应能力强，运动平稳；腿式底盘运动灵活，地形适应能力强，但不可用于负重。但针对例如台阶结构这样非平面的地形，上述机器人的底盘结构和控制系统显得过于复杂。且针对料箱装载的零散物品运输时，目前各类越障机器人在爬越台阶过程中，存在料箱倾斜导致物品滑落或多个堆叠的料箱因倾斜滑移而跌落的风险。
发明内容
本公开提供了一种能够爬台阶的轮式搬运机器人，其技术目的是简化轮式搬运机器人的架构，且该轮式搬运机器人在爬越台阶的过程中，能够降低因料箱倾斜而导致的滑落风险。
本公开的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种能够爬台阶的轮式搬运机器人，包括前抬升辅助结构、后抬升辅助结构、自平衡结构和铝方管底盘，所述前抬升辅助结构、后抬升辅助结构和自平衡结构均设置在所述铝方管底盘上；所述铝方管底盘为方形，其底部设有四个麦克纳姆轮，每个所述麦克纳姆轮都通过弹簧避震器与所述铝方管底盘连接；
所述前抬升辅助结构和所述后抬升辅助结构都通过连接板(4)固定在所述铝方管底盘上；
所述前抬升辅助机构和所述自平衡结构通过联动机构连接；
所述自平衡结构包括两个自平衡导轨，所述自平衡导轨为弧形且以铆接的形式固定在所述铝方管底盘上，每个所述自平衡导轨上都设有通过拉伸弹簧连接的两组滚轮，在不同的所述自平衡导轨上的对应的滚轮都通过杆轴连接；
所述联动机构包括弹簧、钢索和滑轮，所述钢索的一端与所述弹簧连接、另一端与所述滑轮连接，所述滑轮与滚轮连接，所述弹簧与所述前抬升辅助结构连接。
本公开的有益效果在于：
(1)本申请增加了前抬升辅助结构和后抬升辅助结构，针对台阶这类地形实现了快速攀登这一动作；
(2)通过自平衡结构使载于其中的料箱通过重力保持水平，防止料箱倾倒，且组件中的两组滚轮通过拉伸弹簧连接，确保了自平衡结构及整体结构的稳定性；
(3)设计了自平衡结构与前抬升辅助结构间的联动机构，进一步保证了在底盘攀登台阶的过程中装载的料箱的水平。
附图说明
图1为本申请整体结构的示意图；
图2为本申请整体结构的侧视图；
图3为本申请铝方管底盘的结构示意图；
图4为本申请前抬升辅助结构的立体图；
图5为本申请前抬升辅助结构的俯视图；
图6为本申请前抬升辅助结构中抬升辅助前爪的形状图；
图7为本申请后抬升辅助结构结构的立体图；
图8为本申请后抬升辅助结构的俯视图；
图9为本申请后抬升辅助结构中抬升辅助后爪的形状图；
图10为本申请自平衡结构的示意图；
图11为本申请所述轮式搬运机器人攀登台阶的动作流程图；
图中：1-铝方管底盘；2-麦克纳姆轮；3-弹簧避震器；4-连接板；5-角接件；6-抬升辅助前爪；7-T型轴承座；8-前部顶升轴；9-顶升夹片；10-膜片型单节式联轴器；11-涡轮减速直流电机；12-电机座；13-键；14-抬升辅助后爪；15-后部顶升轴；16-膜片型双节式联轴器；17-自平衡导轨；18-滚轮；19-杆轴；20-弹簧；21-钢索；22-滑轮；23-拉伸弹簧。
具体实施方式
下面将结合附图对本公开技术方案进行详细说明。
图1、图2为本申请所述轮式搬运机器人整体结构的示意图，如图1和图2所示，该轮式搬运机器人包括前抬升辅助结构、后抬升辅助结构、自平衡结构和铝方管底盘1，所述前抬升辅助结构、后抬升辅助结构和自平衡结构均设置在所述铝方管底盘1上。
所述铝方管底盘1为方形，其底部设有四个麦克纳姆轮2，每个所述麦克纳姆轮2都通过弹簧避震器3与所述铝方管底盘1连接。铝方管底盘1由若干数量的铝方管搭接而成，铝方管之间由一定形状的角接件5连接，并通过铆接的方式进行固定，用于保证整个结构的稳定性，如图3所示。
所述前抬升辅助结构和所述后抬升辅助结构都通过连接板4固定在所述铝方管底盘1上，用于辅助铝方管底盘1进行抬升动作。
所述前抬升辅助机构和所述自平衡结构通过联动机构连接。
自平衡结构的示意图如图10所示，该自平衡结构包括两个自平衡导轨17，所述自平衡导轨17为弧形且以铆接的形式固定在所述铝方管底盘1上，每个所述自平衡导轨17上都设有通过拉伸弹簧23连接的两组滚轮18，在不同的所述自平衡导轨17上的对应的滚轮18都通过杆轴19连接。
所述联动机构包括弹簧20、钢索21和滑轮22，所述钢索21的一端与所述弹簧20连接、另一端与所述滑轮22连接，所述滑轮22与滚轮18连接，所述弹簧20与所述前抬升辅助结构连接。
图4、图5为前抬升辅助结构的示意图，如图4、图5所示，所述前抬升辅助结构包括左右对称的前左抬升装置和前右抬升装置，所述左抬升装置和所述右抬升装置分别固定在所述连接板4上。
所述前左抬升装置和所述前右抬升装置都包括抬升辅助前爪6、两个T型轴承座7、前部顶升轴8、两个顶升夹片9、膜片型单节式联轴器10和涡轮减速直流电机11；所述涡轮减速直流电机11通过电机座12固定在所述连接板4上；所述抬升辅助前爪6设在远离对称轴的一端，所述涡轮减速直流电机11设在靠近对称轴的一端。
抬升辅助前爪6的示意图如图6所示，抬升辅助前爪6整体为长条形，其中间凹陷处四周设有4个圆孔，用于与前部顶升轴8的连接固定，上端的圆孔则用于与弹簧20的连接，另一端则与台阶面接触。
所述前部顶升轴8贯穿所述抬升辅助前爪6、两个所述T型轴承座7、两个所述顶升夹片9和所述膜片型单节式联轴器10；所述前部顶升轴8的一端通过膜片型单节式联轴器10与涡轮减速直流电机11实现轴向和径向的固定、另一端通过两个所述T型轴承座7与连接板4实现固定。
两个所述T型轴承座7之间设有两个所述顶升夹片9和所述抬升辅助前爪6，所述抬升辅助前爪6设在两个所述顶升夹片9之间，所述顶升夹片9通过螺栓与所述抬升辅助前爪6固定，所述顶升夹片9和抬升辅助前爪6通过键13实现径向固定。
图7、图8为后抬升辅助结构的示意图，如图7、图8所示，所述后抬升辅助结构包括左右对称的后左抬升装置和后右抬升装置，所述后左抬升装置和所述后右抬升装置通过膜片型双节式联轴器16连接并固定在所述连接板4上。
所述后左抬升装置和所述后右抬升装置都包括抬升辅助后爪14、两个所述T型轴承座7、后部顶升轴15、两个所述顶升夹片9、所述膜片型单节式联轴器10和所述涡轮减速直流电机11；所述涡轮减速直流电机11通过所述电机座12固定在所述连接板4上；所述抬升辅助后爪14设在靠近对称轴的一端，所述涡轮减速直流电机11设在远离对称轴的一端。
抬升辅助后爪14的示意图如图9所示，如图9所示，该抬升辅助后爪14整体呈一个大概的半圆形，其一端凹陷处四周设有4个圆孔，用于与后部顶升轴15的连接固定，另一端则与台阶面接触。
所述后部顶升轴15贯穿所述抬升辅助后爪14、两个所述T型轴承座7、两个所述顶升夹片9和所述膜片型单节式联轴器10；所述后部顶升轴15的一端通过膜片型单节式联轴器10与涡轮减速直流电机11实现轴向和径向的固定、另一端通过两个所述T型轴承座7与连接板4实现固定。
两个所述T型轴承座7之间设有两个所述顶升夹片9和所述抬升辅助后爪14，所述抬升辅助后爪14设在两个所述顶升夹片9之间，所述顶升夹片9通过螺栓与所述抬升辅助后爪14固定，所述顶升夹片9和所述抬升辅助后爪14通过键13实现径向固定。
图11为本申请所述轮式搬运机器人攀登台阶的动作流程图，攀登台阶的具体过程包括：(1)抬升辅助前爪6的涡轮减速直流电机11旋转并通过前部顶升轴8将扭矩传递给抬升辅助前爪6，抬升辅助前爪6旋转并接触上台阶面；(2)涡轮减速直流电机11旋转将车身抬起，同时铝方管底盘1后轮前进使得铝方管底盘1的前半部分登上台阶；(3)抬升辅助后爪14的涡轮减速直流电机11旋转使抬升辅助后爪14与上台阶面接触；(4)涡轮减速直流电机11驱动抬升辅助后爪14将后半车身抬起，同时铝方管底盘1前轮驱动，使得底盘登上台阶。
从图11中可以看出自平衡结构保持水平的过程，自平衡结构保持平衡的原理为：自平衡导轨17固定在铝方管底盘1上，当铝方管底盘1因攀爬动作发生倾斜时，滚轮18在自平衡导轨17上做滚动并保持在重力势能最低处，以此实现自平衡。在抬升辅助前爪6向前旋转时，经由钢索21和滑轮22，向自平衡导轨17上的滚轮18传递了一个向下的力，进一步保证了自平衡的实现，以此实现攀登台阶和自平衡两个动作的联动。同时连接钢索21的弹簧20具有一定的缓冲功能，可防止杆轴19在极限位置时钢索21拉伸力过大而断裂。
以上为本申请示范性实施例，本申请的保护范围由权利要求书及其等效物限定。

Claims (2)

1.一种能够爬台阶的轮式搬运机器人，其特征在于，包括前抬升辅助结构、后抬升辅助结构、自平衡结构和铝方管底盘，所述前抬升辅助结构、后抬升辅助结构和自平衡结构均设置在所述铝方管底盘(1)上；所述铝方管底盘(1)为方形，其底部设有四个麦克纳姆轮(2)，每个所述麦克纳姆轮(2)都通过弹簧避震器(3)与所述铝方管底盘(1)连接；
所述前抬升辅助结构和所述后抬升辅助结构都通过连接板(4)固定在所述铝方管底盘(1)上；
所述前抬升辅助结构和所述自平衡结构通过联动机构连接；
所述自平衡结构包括两个自平衡导轨(17)，所述自平衡导轨(17)为弧形且以铆接的形式固定在所述铝方管底盘(1)上，每个所述自平衡导轨(17)上都设有通过拉伸弹簧(23)连接的两组滚轮(18)，在不同的所述自平衡导轨(17)上的对应的滚轮(18)都通过杆轴(19)连接；
所述联动机构包括弹簧(20)、钢索(21)和滑轮(22)，所述钢索(21)的一端与所述弹簧(20)连接、另一端与所述滑轮(22)连接，所述滑轮(22)与滚轮(18)连接，所述弹簧(20)与所述前抬升辅助结构连接；
其中，所述前抬升辅助结构包括左右对称的前左抬升装置和前右抬升装置，所述前左抬升装置和所述前右抬升装置分别固定在所述连接板(4)上；
所述前左抬升装置和所述前右抬升装置都包括抬升辅助前爪(6)、两个T型轴承座(7)、前部顶升轴(8)、两个顶升夹片(9)、膜片型单节式联轴器(10)和涡轮减速直流电机(11)；所述涡轮减速直流电机(11)通过电机座(12)固定在所述连接板(4)上；所述抬升辅助前爪(6)设在远离对称轴的一端，所述涡轮减速直流电机(11)设在靠近对称轴的一端；
所述前部顶升轴(8)贯穿所述抬升辅助前爪(6)、两个所述T型轴承座(7)、两个所述顶升夹片(9)和所述膜片型单节式联轴器(10)；所述前部顶升轴(8)的一端通过膜片型单节式联轴器(10)与涡轮减速直流电机(11)实现轴向和径向的固定、另一端通过两个所述T型轴承座(7)与连接板(4)实现固定；
两个所述T型轴承座(7)之间设有两个所述顶升夹片(9)和所述抬升辅助前爪(6)，所述抬升辅助前爪(6)设在两个所述顶升夹片(9)之间，所述顶升夹片(9)通过螺栓与所述抬升辅助前爪(6)固定，所述顶升夹片(9)和抬升辅助前爪(6)通过键(13)实现径向固定。
2.如权利要求1所述轮式搬运机器人，其特征在于，所述后抬升辅助结构包括左右对称的后左抬升装置和后右抬升装置，所述后左抬升装置和所述后右抬升装置通过膜片型双节式联轴器(16)连接并固定在所述连接板(4)上；
所述后左抬升装置和所述后右抬升装置都包括抬升辅助后爪(14)、两个所述T型轴承座(7)、后部顶升轴(15)、两个所述顶升夹片(9)、所述膜片型单节式联轴器(10)和所述涡轮减速直流电机(11)；所述涡轮减速直流电机(11)通过所述电机座(12)固定在所述连接板(4)上；所述抬升辅助后爪(14)设在靠近对称轴的一端，所述涡轮减速直流电机(11)设在远离对称轴的一端；
所述后部顶升轴(15)贯穿所述抬升辅助后爪(14)、两个所述T型轴承座(7)、两个所述顶升夹片(9)和所述膜片型单节式联轴器(10)；所述后部顶升轴(15)的一端通过膜片型单节式联轴器(10)与涡轮减速直流电机(11)实现轴向和径向的固定、另一端通过两个所述T型轴承座(7)与连接板(4)实现固定；
两个所述T型轴承座(7)之间设有两个所述顶升夹片(9)和所述抬升辅助后爪(14)，所述抬升辅助后爪(14)设在两个所述顶升夹片(9)之间，所述顶升夹片(9)通过螺栓与所述抬升辅助后爪(14)固定，所述顶升夹片(9)和所述抬升辅助后爪(14)通过键(13)实现径向固定。
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