CN116001927A - 一种爬楼越障跟随行李车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种爬楼越障跟随行李车，其主要结构包括车体系统，爬楼系统，跟随避障系统；所述爬楼系统包括履带轮机构、支撑机构、防滑机构，其中履带轮机构安置在车身两侧通过减速电机驱动，所述支撑机构安装于从动轮轴上，与轴同步转动并依靠舵机提供攀爬扭矩，使行李车能够翻越障碍。所述防滑机构位于车身底部，使得车体在爬楼时防止滑下。所述跟随避障系统主要用于主动跟随以及避开障碍物。本发明跟随行李车的运动机构操作简单，省时省力，设计简单，负载能力好，运载货物方便，实用性强，可适用于家庭、商场、仓库、矿场、救援现场等多种场所的货物以及物资运输，有效降低了操作者的劳动量，为货物搬运工作带来了巨大便利。

Description

一种爬楼越障跟随行李车

【技术领域】

本发明属于跟随行李车领域，特指一种能爬楼越障的跟随行李车。

【背景技术】

随着现代人们生活质量的提高，人们出行频率越来越高，如买菜、购物、旅游等，在出行的同时，难免会携带各种物品，这些物品给人们的出行带来了不变，不仅要时刻盯着物品，同时影响外出心情，人们通常会选择背包，手提袋或者旅行箱来装这些物品，虽然在一定程度上方便了许多，但是背包旅行箱不仅装不了多少物品，容易丢失，而且当人们携带的物品较多时，传统行李箱需要人工拉动才能前进，这会给人们带来更大的负担，使旅人陷入高度疲惫的状态，极不符合现代人对高科技舒适生活的需求，特别是背负这些行李在路程中行走时遇到上楼梯，崎岖道路等复杂地形的情况时，这是相当耗费体力以及影响出行心情的。

这时，一种具有能够解放双手，高负载能力，自动跟随，爬楼越障功能的小车是有必要的。

【发明内容】

本发明目的在于提供一种爬楼越障跟随行李车，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种爬楼越障跟随行李车，其特征在于：包括车体系统，爬楼系统，跟随避障系统；

所述车体系统包括车身主体，车身顶部具有储物箱，储物箱上部有状态灯、急停开关，车身前方具有照明车灯，车身后方具有警报扬声器，车体内部有减速电机、联轴器、舵机、驱动器、主控芯片、蓄电池、充电口、轴承座；

所述爬楼系统包括履带轮机构、支撑机构、防滑机构。履带轮机构位于车体两侧，履带轮机构由驱动轮、轮板、驱动轮轴、从动轮、法兰、从动轮轴、履带、承重板、承重轮、托轮、托轮架构成。

支撑机构由支撑杆及缓冲轮构成。两个支撑杆位于车体履带轮的两侧，其顶端安装缓冲轮。

防滑机构位于车身底部，由电动推杆、棘轮架、止动爪、棘轮、棘轮摇杆、扭转弹簧、防滑轮、橡胶防滑垫构成。

所述跟随避障系统包括UWB模块、GPS定位模块、蓝牙模块、摄像模块、超声波模块。两个UWB模块分别位于车身主体两侧内壁，与主控芯片相连。跟随装置主要利用UWB技术，UWB模块可以确定使用者的相对位置，进而通过主控芯片控制爬楼越障跟随行李车的运动。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.本爬楼越障跟随行李车中采用履带轮式结构，橡胶履带，其抓地性能优异，同时重量集中在车底部，可有效降低跟随爬楼越障跟随行李车的重心，在崎岖道路工作和上楼梯过程中重心波动小，运动十分平稳，在用户体验上优于普通类型的橡胶轮；

2.本爬楼越障跟随行李车中摄像模块位于车身前方，当摄像模块识别到较高或者较低的台阶时，支撑杆会在舵机的带动下转动，从而支撑起车身，使爬楼越障跟随行李车能够平稳的驶上较高的台阶或坡路；

3.当爬楼越障跟随行李车处于爬楼模式时，车底安置两个爬楼装置会弹出工作，两个带棘轮和橡胶垫的爬楼轮不仅可以防止爬楼越障跟随行李车滑下楼梯，而且可以防止由于爬楼越障跟随行李车内部货物放置不均导致重心偏移或楼梯本身结构存在问题等多种情况所造成的爬楼过程中出现爬楼越障跟随行李车偏移等情况；

4.本爬楼越障跟随行李车车体内安装UWB定位模块、超声波模块以及可与手机信号连接的蓝牙模块，可以通过蓝牙模块与手机连接，通过蓝牙模块、UWB定位模块等元器件的工作，便于准确的计算车体与手机信号之间的距离，实现用户通过手机设置爬楼越障跟随行李车的速度等级、跟随距离，实现爬楼越障跟随行李车可控制性的“跟随”性能；

5.本爬楼越障跟随行李车内置GPS定位模块以及警报单元，通过比对定位算法算出的距离与手机主人设置的距离来控制是否触发，一旦距离超过用户设置距离，则警报扬声器响起，主控芯片驱动内置GPS实时向用户手机发送当前位置；

6.四个超声波模块分别安装在安装在车身四周，用于检测车身周围的障碍物；

【附图说明】

图1为本发明爬楼越障跟随行李车某一视觉角度下的结构示意图；

图2为爬楼越障跟随行李车另一视觉角度下的结构示意图；

图3为爬楼越障跟随行李车履带轮结构示意图；

图4为爬楼越障跟随行李车防滑机构结构示意图；

图5为爬楼越障跟随行李车防滑机构另一视觉角度下结构示意图；

图6为爬楼越障跟随行李车车体内部结构示意图；

图7为爬楼越障跟随行李车车体内部另一视觉角度结构示意图；

图8为爬楼越障跟随行李车车体开始越过楼梯台阶状态时示意图；

图9为爬楼越障跟随行李车处于支撑机构撑起车体状态时的结构示意图；

图10为爬楼越障跟随行李车处于越过第一级台阶状态时的结构示意图；

图11为爬楼越障跟随行李车处于越过楼梯台阶状态时的结构示意图；

其中，在图中，各个数字标号分别指代如下的具体含义、元件和/或部件。

图中：1.车体系统、1001.车身主体、1002.照明车灯、1003.储物箱、1004.状态灯、1005.急停开关、1006.警报扬声器、1007.减速电机、1008.联轴器、1009.舵机、1010.驱动器、1011.主控芯片、1012.蓄电池、1013.充电口、1014.轴承座、2.爬楼系统、21.履带轮机构、22.支撑机构、23.防滑机构、2101.履带、2102.驱动轮、2103.从动轮、2104.承重板、2105.承重轮、2106.托轮、2107.托轮架、2108.驱动轮轴、2109.从动轮轴、2110.轮板、2111.法兰、2201.支撑杆、2202.缓冲轮、2301.电动推杆、2302.棘轮架、2303.防滑轮、2304.止动爪、2305.棘轮摇杆、2306.扭转弹簧、2307.棘轮、2308.橡胶防滑垫、3.跟随避障系统、3001.摄像模块、3002.超声波模块、3003.UWB模块、3004.GPS定位模块、3005.蓝牙模块.

【具体实施方式】

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详细说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明能够以很多不同于以下描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。除非另有定义，以下所使用的所有技术和科学术语与本发明所属技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式而非在限制本发明。

如图1、图2所示，本发明提供的一种爬楼越障跟随行李车，包括车体系统1，爬楼系统2以及跟随避障系统3。所述车体系统包括车身主体1001、车身顶部安置储物箱1003、储物箱上部有状态灯1004、急停开关1005、车身前方安置照明车灯1002、车身后方设有警报扬声器1006。如图6、图7所示，车体内部安置减速电机1007、联轴器1008、舵机1009、驱动器1010、主控芯片1011、蓄电池1012、充电口1013、轴承座1014。其中车身主体1001用于支撑整个车体。所述储物箱1003用于装载货物。所述状态灯1004用于显示当前运行状态。当机器遇到紧急情况下可通过扬声器1006提醒并可用急停开关1005快速停止设备。所述照明车灯1002可在爬楼越障跟随行李车进入照明不良环境下开启，所述蓄电池1012为整个车体系统1供电。

如图3、图4、图5所示，所述爬楼系统2包括履带轮机构21、支撑机构22、防滑机构23。所述履带轮机构21，安装在车身主体1001两侧，由驱动轮2102、轮板2110、驱动轮轴2108、从动轮2103、从动轮轴2109、履带2101、承重板2104、承重轮2105、托轮2106、托轮架2107、法兰2111构成。承重轮2105安装在承重板2104之下，数量共11个；减速电机1007通过联轴器1008与驱动轮轴2108连接，从而带动履带轮机构21转动，驱动爬楼越障跟随行李车。为了防止外界环境的灰尘碎石等杂物进入履带轮机构21，履带轮机构21外侧安装有轮板2110，设有双孔，其前端穿过从动轮轴2109，后端通过螺栓固定在驱动轮轴2108上，因此可保证整个轮板2110不脱落。

所述支撑机构22由支撑杆2201及缓冲轮2202构成。两个支撑杆2201位于车体履带轮机构21的两侧，通过从动轮轴2109与从动轮2103串联，其后端为方形孔，套入末端同样为方形的从动轮轴2109并用螺栓紧固，从动轮轴2109通过联轴器1008与舵机1009相接，从而支撑杆2201可随从动轮轴2109同步转动，依靠舵机1009提供攀爬扭矩，使爬楼越障跟随行李车能够翻越障碍。支撑机构22顶端安装缓冲轮2202，并用螺栓固定。

所述防滑机构位于车身底部，如图4、图5所示，由电动推杆2301、棘轮架2302、止动爪2304、棘轮2307、棘轮摇杆2305、扭转弹簧2306、防滑轮2303、橡胶防滑垫2308构成。电动推杆2301后端与车底部铰接，前端安装棘轮架2302。棘轮架2302内安装棘轮摇杆2305，棘轮摇杆2305另一端安装在车底部，内部设置棘轮2307，止动爪2304与防滑轮2303。棘轮2307焊接在防滑轮2303上，扭转弹簧2306使止动爪2304压紧棘轮2307，从而使防滑轮2303单向转动，无法回转，同时防滑轮2303的三个轮脚底部均安装橡胶防滑垫2308，进一步提高爬楼越障跟随行李车攀爬楼梯时的防滑性能。

当爬楼越障跟随行李车处于正常行驶模式时，电动推杆2301收缩，将棘轮摇杆2305牵引至与车底平行，从而收起防滑轮2303。当爬楼越障跟随行李车处于攀爬楼梯时，电动推杆2301伸出，推动棘轮摇杆2305，在棘轮摇杆2305转动牵引下防滑轮2303露出车底，每越过一级台阶，防滑轮2303便转动60°，轮脚便可夹住台阶面，使爬楼越障跟随行李车无法滑下楼梯，进而实现攀爬。

如图6所示，所述跟随避障系统包括UWB模块3003、GPS定位模块3004、蓝牙模块3005、摄像模块3001、超声波模块3002，具有判断路面情况、测定周围障碍物距离、获取位置信息避免碰撞等作用。

所述爬楼越障跟随行李车的跟随控制方法如下：

使用者使用手机上的APP，通过蓝牙绑定所述爬楼越障跟随行李车，设置好跟随位置以及距离，手机通过蓝牙发送指令给主控芯片1011，箱体内蓝牙模块3005接收指令并与主控芯片1011通信，主控芯片1011根据用户设置的行李箱跟随位置并根据uwb模块3003传输的数据，主控芯片1011判断信源手机的方位，并结合所述爬楼越障跟随行李车当前所处的位置，计算跟随运动的方向，控制减速电机1007运转使爬楼越障跟随行李车运行到指定位置并与人保持距离，实现对信源的跟随。

具体地，在检测到运动路线需要改变后，通过改变由主控芯片1011控制的两部减速电机1007的转速以调整运动速度，转向时可经由内置主控芯片1011发送的信号通过两部减速电机1007的差速运动实现转向移动。

具体地，如图8、图9、图10所示，以常见的人行楼梯为例，楼梯由多级台阶组成，其台阶尺寸为踏面×踢面＝30×20mm，则爬楼越障跟随行李车的履带轮机构21的长度需要大于三段台阶斜面的长度，即履带轮机构21大于

同时支撑机构22的长度也不小于三段台阶斜面的长度，以保证爬楼越障跟随行李车能够顺利爬上第一级台阶。在摄像模块3001检测到需要爬上台阶时，爬楼越障跟随行李车行驶至台阶旁，支撑机构22在舵机1009的带动下升起，使支撑杆2201高度超过台阶，爬楼越障跟随行李车往前行驶至支撑杆2201搭在台阶的踏面上，如图8所示，此时舵机1009带动支撑机构22向下转动撑起车体，爬楼越障跟随行李车继续向前行驶至极限位置，即缓冲轮2202接触台阶踢面，如图9所示。之后支撑机构22缓慢回放，车体与支撑机构22的扭矩开始变小，车体质心下降，使得履带轮机构21的前部搭上第一级台阶，如图10所示，此时爬楼越障跟随行李车已具备跨越台阶的条件；之后重复上述动作，完成跨越台阶的动作，最终使爬楼越障跟随行李车的履带轮机构21完全与各级台阶接触，爬楼越障跟随行李车便可驶上台阶。

如图11所示，当爬楼越障跟随行李车行驶上楼梯后，支撑杆2201抬升，防止与各级楼梯台阶接触，电动推杆2301启动并伸出，推动棘轮摇杆2305，在棘轮摇杆2305转动牵引下防滑轮2303露出车底，从而防止车体下滑倒退与方向偏转。

当爬楼越障跟随行李车即将爬完所有台阶后进入平整路面时，电动推杆2301启动并缩回，回拉棘轮摇杆2305，在棘轮摇杆2305转动牵引下防滑轮2303收回车底，此时在履带轮机构21前端悬空一半，车体会由于收到重力作用而向台阶顶面倾倒，极易摔砸从而导致运载物体及车内器件损坏。因此舵机1009会启动并带动支撑机构22向下转动至缓冲轮2202接触地面，之后待车身平稳后缓慢回转，最终轻轻放下车底，完成整个爬楼过程。

具体地，在在摄像模块3001检测到需要下台阶时，爬楼越障跟随行李车行驶至台阶旁，支撑机构22向下转动，使其减小与地面间的距离，爬楼越障跟随行李车往前行驶，当行驶至相应距离时，支撑机构22缓慢回正，爬楼越障跟随行李车即可平稳地下台阶。

在需要结束跟随功能时，使用者通过手机APP即可解除绑定，结束跟随功能，同时，当爬楼越障跟随行李车电量不足时，使用者可通过充电口1013给其充电。

本发明的一种爬楼越障跟随行李车设计简单，操作容易，省时省力，负载能力好，运动平稳，运载货物方便，操作简单，成本低廉，实用性强。日常保养维护简单易行，可适用于家庭、商场、仓库、矿场、救援现场等多种场所的货物以及物资运输，有效降低了操作者的劳动量，为货物搬运工作带来了巨大便利，便于在产业上推广和使用。

上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，并非是对本发明做其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或或改型为等同变化的等效实施方式。但凡是未脱离本发明方式所作的任何简单修改、等同变化与改型，皆应落入本发明的专利保护范围。

Claims (3)

1.一种爬楼越障跟随行李车，其特征在于，包括：车体系统(1)，爬楼系统(2)，跟随避障系统(3)；所述车体系统(1)包括车身主体(1001)、车身顶部安置储物箱(1003)，储物箱上部设有状态灯(1004)、急停开关(1005)、车身前方安置照明车灯(1002)、车身后方设有警报扬声器(1006)，车体内部安置两个用于驱动履带轮机构(21)的减速电机(1007)、联轴器(1008)、舵机(1009)、驱动器(1010)、主控芯片(1011)、蓄电池(1012)；

所述爬楼系统(2)包括安装在车身两侧提供动力的履带轮机构(21)、支撑机构(22)、防滑机构(23)；两个履带轮机构(21)分别安装在车身主体(1001)两侧，由驱动轮(2102)、轮板(2110)、驱动轮轴(2108)、从动轮(2103)、从动轮轴(2109)、法兰(2111)、履带(2101)、承重板(2104)、承重轮(2105)、托轮(2106)、托轮架(2107)构成，驱动轮(2102)通过减速电机(1007)驱动，同时从动轮(2103)安装在从动轮轴(2109)上，并用法兰(2111)紧固，通过舵机(1009)驱动；承重轮(2105)安装在承重板(2104)之下，减速电机(1007)通过联轴器(1008)与驱动轮轴(2108)连接，从而带动履带轮机构(21)转动，驱动行李车；

所述支撑机构(22)由支撑杆(2201)及缓冲轮(2202)构成，其顶端安装缓冲轮(2202)，两个支撑杆(2201)位于车体履带轮机构(21)的两侧，通过从动轮轴(2109)与从动轮(2103)串联，其后端为方形孔，套入末端同样为方形的从动轮轴(2109)并用螺栓紧固，从动轮轴(2109)通过联轴器(1008)与舵机(1009)相接，从而支撑杆(2201)可随从动轮轴(2109)同步转动，依靠舵机(1009)提供攀爬扭矩，使行李车能够翻越障碍及爬楼；

所述防滑机构(23)位于车身底部，由电动推杆(2301)、棘轮架(2302)、止动爪(2304)、棘轮(2307)、棘轮摇杆(2305)、扭转弹簧(2306)、防滑轮(2303)、橡胶防滑垫(2308)构成，电动推杆(2301)后端与车底部铰接，前端安装棘轮架(2302)；棘轮架(2302)内安装棘轮摇杆(2305)，棘轮摇杆(2305)另一端安装在车底部，内部设置棘轮(2307)，止动爪(2304)与防滑轮(2303)；棘轮(2307)焊接在防滑轮(2303)上，扭转弹簧(2306)使止动爪(2304)压紧棘轮(2307)，从而使防滑轮(2303)单向转动，无法回转，推动棘轮摇杆(2305)，在棘轮摇杆(2305)转动牵引下防滑轮(2303)露出车底，每越过一级台阶，防滑轮(2303)便转动60°，轮脚便可夹住台阶面，使车体无法滑下楼梯，进而实现攀爬。

2.根据权利要求1所述的一种爬楼越障跟随行李车，其特征在于，所述跟随避障系统(3)包括安装在车身内部的两个UWB模块(3003)、GPS定位模块(3004)、蓝牙模块(3005)、摄像模块(3001)、四个安置在车身四周的超声波模块(3002)，具有判断路面情况、测定周围障碍物距离、获取位置信息避免碰撞等作用。

3.根据权利要求1所述的一种爬楼越障跟随行李车，其特征在于，所述防滑机构(23)中防滑轮(2303)的三个轮脚底部均安装橡胶防滑垫(2308)，进一步提高行李车攀爬楼梯时的防滑性能与防偏转性能。

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