CN117901975A - 爬楼装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种爬楼装置，包括第一运动部和第二运动部，第一运动部设置有多个第一轮，第二运动部设置有多个第二轮；第一运动部和第二运动部之间设置有连接部，连接部的第一端通过第一连接组件连接至第一运动部，连接部的第二端通过第二连接组件连接至第二运动部；第一连接组件与第二连接组件均为铰接组件，且第一连接组件与第二连接组件的中至少一个为万向连接组件。本发明的爬楼装置的转弯半径较小，能够在狭窄的楼梯上转弯。

Description

爬楼装置

技术领域

本发明涉及机器人的技术领域，具体的，涉及一种可以上下楼梯并转弯的爬楼装置。

背景技术

随着机器人技术的发展，日常生活以及工业生产中大量使用各种各样的机器人，其中，能够在上下楼梯的爬楼装置是应用广泛的机器人。现有的爬楼装置大多为车形结构，设置有一个车形的主体部分，并且在主体部分的下方设置多个轮组，常见的爬楼装置采用三角轮系的结构，如公开号为CN107161237A的中国发明专利申请公开的四驱爬楼梯移动机器人。然而，现有的这种机器人需要使用的轮组数量较多，结构较为复杂。

由于爬楼装置通常应用在狭窄的楼梯上，为此，现有的爬楼装置主要通过减小体积的方式来满足狭窄楼梯上使用的需求。现有的爬楼装置通常为单节的结构，也就是没有分成多段，使得爬楼装置的结构尽量紧凑。

由于上下楼梯的过程中往往需要转弯，例如居民楼的楼梯通常有转弯平台，由于楼梯较为狭窄，相应的转弯平台面积不大。为了满足爬楼装置的转弯需求，现有大部分的爬楼机器人使用四轮驱动、差速控制的方式进行转弯，例如公开号为CN107953937A的中国发明专利申请所公开的机器人，这种机器人可以实现原地转弯。

但是，由于爬楼装置在爬楼的过程中通常并不是原地转弯，而是行进中转弯，由于现有的爬楼装置都是单节结构，导致爬楼装置的转弯半径非常大。对于转弯平台较小的场景，这种爬楼机器人将难以实现行进中转弯的功能，导致爬楼装置难以在居民楼的楼梯上下，影响爬楼装置的使用。

另外，现有的一些爬楼机器人采用履带结构，但两个轮子之间的履带部分通常脚软，如果采用履带结构的机器人在楼梯上行走，履带自身反而影响到轮子的前进，将导致爬楼装置难以在楼梯上爬行，影响爬楼装置的使用。

发明内容

为了解决上述的问题，本发明的目的是提供一种能够在狭窄空间内转弯的爬楼装置。

为实现本发明的目的，本发明提供的爬楼装置包括第一运动部和第二运动部，第一运动部设置有多个第一轮，第二运动部设置有多个第二轮；第一运动部和第二运动部之间设置有连接部，连接部的第一端通过第一连接组件连接至第一运动部，连接部的第二端通过第二连接组件连接至第二运动部；第一连接组件与第二连接组件均为铰接组件，且第一连接组件与第二连接组件的中至少一个为万向连接组件；第一运动部的多个第一轮包括第一轮组以及第二轮组，第一轮组与第二轮组分别位于第一运动部的第一侧与第二侧，第一运动部转弯时，第一轮组的转速不同于第二轮组的转速；第二运动部的多个第二轮包括第三轮组以及第四轮组，第三轮组与第四轮组分别位于第二运动部的第一侧与第二侧，第二运动部转弯时，第三轮组的转速不同于第四轮组的转速。

由上述方案可见，爬楼装置为三节的结构，具体的，第一运动部为第一节，连接部为第二节，第二运动部为第三节，这样，三节结构的爬楼装置的转弯半径较小，能够在狭窄的转弯平台上转弯。并且，由于两个连接组件中的至少一个是万向连接组件，在爬楼并且转弯的过程中，万向连接组件能够在绕不同的轴线转动，当第一运动部与第二运动部不在相同水平面时，仍能够顺畅的转弯。

并且，本发明通过差速的方式对第一运动部和第二运动部的两组轮组进行控制实现第一运动部、第二运动部的转弯，而不需要设置复杂的转向机构带动各个轮子转向，使得爬楼装置的结构更加简单。

优选的方案是，第一连接组件与第二连接组件均为万向连接组件；或者第一连接组件与第二连接组件中的一个为万向连接组件，第一连接组件与第二连接组件中的另一个为平面铰接组件。

由此可见，通过使用万向连接组件，能够满足爬楼装置灵活转弯的需求。另一方面，平面铰接组件的可靠性更高，且生产成本较低，有利于降低爬楼装置的生产成本。

进一步的方案是，平面铰接组件的转动轴心垂直于连接部的延伸方向。

进一步的方案是，第一运动部的第一轮组由第一驱动组件驱动，第二轮组由第二驱动组件驱动。

由此可见，第一轮组与第二轮组是独立控制的，这样，方便独立的对两组轮组的转速进行控制，使得两组轮组的转速控制更加灵活。

进一步的方案是，第一运动部内设置有控制器，控制器根据第一运动部的转弯方向向第一驱动组件与第二驱动组件发送控制信号，使得第一轮组与第二轮组的转速不同。

可见，控制器能够根据第一运动部的转弯方向来控制第一驱动组件与第二驱动组件的工作，使得两组轮组的转速不同，从而使得第一运动部能够按照预设的方向转弯。

进一步的方案是，第一轮组中，位于端部的第一爬升轮的下端面在铅锤方向上高于其他轮的下端面；和/或第二轮组中，位于端部的第二爬升轮的下端面在铅锤方向上高于其他轮的下端面。

这样，第一运动部需要向上爬上楼梯时，位于端部的第一爬升轮和第二爬升轮最先接触上一级的楼梯，由第一爬升轮和第二爬升轮向上运动并带动第一运动部向上爬升，从而使得第一运动部能够沿楼梯向上爬升。

更进一步的方案是，第二运动部的第三轮组由第三驱动组件驱动，第四轮组由第四驱动组件驱动。

由于第二运动部的两组轮组也是独立驱动的，这样，两个运动部可以根据实际运行情况独立的控制四组轮组的转速。

更进一步的方案是，该控制器还根据第一运动部的转弯信息确定第二运动部的转弯方向，根据第二运动部的转弯方向向第三驱动组件与第四驱动组件发送控制信号，使得第三轮组与第四轮组的转速不同。

可见，控制器还能够确定第二运动部的转弯方向，使得第一运动部与第二运动部联动，使得爬楼装置的转弯操作更加顺畅。

更进一步的方案是，第三轮组中，位于端部的第三爬升轮的下端面在铅锤方向上高于其他轮的下端面；和/或第四轮组中，位于端部的第四爬升轮的下端面在铅锤方向上高于其他轮的下端面。

由于第二运动部需要向上爬上楼梯时，位于端部的第三爬升轮和第四爬升轮最先接触上一级的楼梯，由第三爬升轮和第四爬升轮向上运动并带动第二运动部向上爬升，从而使得第二运动部能够沿楼梯向上爬升。

更进一步的方案是，第二运动部上设置有载物位。这样，货物或者椅子等可以放置在载物位上，使得爬楼装置可以实现载物或者载人的功能。

附图说明

图1是本发明实施例第一视角的结构图。

图2是本发明实施例第二视角的结构图。

图3是本发明实施例的结构分解图。

图4是本发明实施例的第一运动部与连接部的结构图。

图5是本发明实施例的第一运动部与连接部的结构分解图。

图6是本发明实施例的第一运动部第一视角的结构图。

图7是本发明实施例的第一运动部第二视角的结构图。

图8是本发明实施例的第二运动部与连接部的结构图。

图9是本发明实施例的第二运动部与连接部的结构分解图。

图10是本发明实施例的第二运动部隐藏座椅后与连接部的结构图。

图11是本发明实施例的第二运动部隐藏座椅后与连接部的结构分解图。

图12是本发明实施例的第二运动部隐藏座椅后第一视角的结构图。

图13是本发明实施例的第二运动部隐藏座椅后第一视角的结构图。

图14是本发明实施例转弯时的结构示意图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

本发明提供的爬楼装置为三节结构的爬楼装置，即设置有第一运动部、第二运动部和连接部，连接部位于第一运动部和第二运动部之间，且连接部与第一运动部、第二运动部均是铰接。本发明的爬楼装置由于采用三节结构，因此转弯半径较小，能够在狭窄的楼梯上运动，尤其是转弯平台较小的居民楼梯内实现转弯。

参见图1至图3，本实施例的爬楼装置具有第一运动部100、第二运动部200和连接部300，其中，连接部300设置在第一运动部100和第二运动部200之间。并且，第一运动部100与连接部300之间铰接，第二连接部200连接部300之间也是铰接。这样，第一运动部100与第二运动部200的相对位置关系并不是固定的，尤其是第一运动部100的前进方向与第二运动部200的前进方向不一定相同，这就为爬楼装置的转弯提供了便利。

参见图4至图7，第一运动部100包括一个架体101，在架体101上设置有控制箱102，控制箱102内设置有电池以及控制电路板，在控制箱102的下方设置有两个电机，控制电路板上设置有控制器，控制器可以向两个电机发出控制信号以控制电机的工作。另外，电池可以向电机供电，为电机提供电源。

在架体101的下方设置有多个第一轮，其中，第一轮包括两组轮组，具体的，包括第一轮组110和第二轮组120，第一轮组110和第二轮组120分别设置在第一运动部100的两侧，例如设置在前进方向上的左右两侧。第一轮组110包括多个轮子，如图6和图7所示，第一轮组110包括有四个轮子，其中，位于端部的一个轮子为第一爬升轮111，第一轮组110还包括其他三个轮子112。第一轮组110的四个轮子均由第一驱动组件驱动，本实施例中，第一驱动组件包括设置在控制箱102下方的一个电机，还包括驱动齿轮和驱动链条，例如包括驱动链条115。电机带动驱动齿轮转动，由驱动齿轮带动驱动链条转动，并由驱动链条带动第一轮组110的各个轮子转动。因此，第一轮组110的各个轮子是同步转动的，且转动速度也是相同的。

从图6和图7可见，当第一运动部100在水平的地面上时，在铅锤方向上，第一爬升轮111的下端面高于其他三个轮子112的下端面，并且，其他三个轮子112的直径相等，且三个轮子112的下端面在同一平面上。这样，第一运动部100在水平的地面行走时，第一爬升轮111并不与地面接触。

在需要爬上楼梯时，第一运动部100运动至第一级楼梯上，第一爬升轮111将抵接到第一级楼梯上，当电机带动第一爬升轮111转动时，将带动第一运动部100在楼梯上爬上，进而带动第一运动部100爬上楼梯。

第二轮组120也包括有四个轮子，其中，位于端部的一个轮子为第二爬升轮121，第二轮组120还包括其他三个轮子122。其中，当第一运动部100在水平的地面上时，在铅锤方向上，第二爬升轮121的下端面高于其他三个轮子122的下端面。并且，第二轮组120的四个轮子均由第二驱动组件驱动，本实施例中，第二驱动组件包括设置在控制箱102下方的另一个电机，还包括驱动齿轮和驱动链条，例如包括驱动链条125等。电机带动驱动齿轮转动，由驱动齿轮带动驱动链条转动，并由驱动链条带动第二轮组120的各个轮子转动。因此，第二轮组120的各个轮子是同步转动的，且转动速度也是相同的。

本实施例中，第一轮组110由第一驱动组件驱动，而第二轮组120由第二驱动组件驱动，也就是两组轮组的驱动电机是不同的，这样，可以单独的对两组轮组的转速进行控制。在第一运动部100需要转弯时，控制器需要确定第一运动部100的转弯方向，例如向左转90°，然后，控制器根据转弯方向来确定第一轮组110和第二轮组120的转速，并且根据第一轮组110和第二轮组120的转速计算出两个电机各自的转速，并且向第一驱动组件和第二驱动组件输出控制信号，从而控制两个电机输出不同的转速，使得两组轮组的转速不同，这样，两组轮组在不同的转速下实现前进方向的改变，从而使得第一运动部100转弯。因此，第一运动部100上并不需要设置用于控制每个轮子转向的转向机构，使得第一运动部100的结构非常简单，能够降低第一运动部100的生产成本。

此外，第一轮组110的各个轮子与第二轮组120的各个轮子一一对应的设置，第一轮组110的一个轮子与对应的第二轮组120的轮子之间设置有转轴135，例如一个轮子112与对应的轮子122之间设置有转轴135，轮子112通过轴承套设在转轴135的第一端，轮子122通过轴承套设在转轴135的第二端，使得轮子112、122各自可以相对于转轴135转动，且能够以不同的速度转动。

本实施例并没有采用履带结构，第一轮组110和第二轮组120的多个轮子是直接与地面接触，且通过第一爬升轮111、第二爬升轮121爬升到第一级楼梯，由轮子直接与楼梯接触，这样的设计能够让第一运动部100爬上楼梯，避免因设置了履带而导致第一运动部难以爬上楼梯的问题。

连接部300包括主体部310，并且在第一端设置有第一连接组件320，本实施例中，第一连接组件320为铰接组件，优选的，第一连接组件320为万向连接组件，其包括一个万向节322，万向节322连接有第一连接杆321和第二连接杆323，其中，第二连接杆323固定在主体部310上，第一连接杆321为活动端，第一连接杆321可以相对于第二连接杆323在任意方向上自由活动。

在第一运动部100的架体101上设置有连接座105，连接座105上设置有插孔，第一连接杆321可以插入到连接座105的插孔内。通过设置万向连接组件，第一运动部100与连接部300可以绕万向节322在任意方向上转动。

参见图8与图9，第二运动部200具有架体201，在架体201上设置有控制箱202，控制箱202内设置有电池以及控制电路板，在控制箱202的下方设置有两个电机，电机可以接收设置在第一运动部100上的控制器发送的信号，即控制器还可以向两个电机发出控制信号以控制电机的工作。

在架体201的下方设置有多个第二轮，其中，第二轮包括两组轮组，具体的，包括第三轮组210和第四轮组220，第三轮组210和第四轮组220分别设置在第二运动部200的两侧，例如设置在前进方向上的左右两侧。第三轮组210包括多个轮子，具体的，第三轮组210包括有五个轮子，其中，位于端部的一个轮子为第三爬升轮211，第三轮组210还包括其他四个轮子212。第三轮组210的五个轮子均由第三驱动组件驱动，本实施例中，第三驱动组件包括设置在控制箱202下方的一个电机，还包括驱动齿轮和驱动链条，例如包括驱动链条215。电机带动驱动齿轮转动，由驱动齿轮带动驱动链条转动，并由驱动链条带动第三轮组210的各个轮子转动。因此，第三轮组210的各个轮子是同步转动的，且转动速度也是相同的。

参见图10至图13，当第二运动部200在水平的地面上时，在铅锤方向上，第三爬升轮211的下端面高于其他四个轮子212的下端面，并且，其他四个轮子212的直径相等，且四个轮子212的下端面在同一平面上。这样，第二运动部200在水平的地面行走时，第三爬升轮211并不与地面接触。

在需要爬上楼梯时，第二运动部200运动至第一级楼梯上，第三爬升轮211将抵接到第一级楼梯上，当电机带动第三爬升轮211转动时，将带动第二运动部200在楼梯上爬上，进而带动第二运动部200爬上楼梯。

与第三轮组相应的，第四轮组220也包括有五个轮子，其中，位于端部的一个轮子为第四爬升轮221，第四轮组220还包括其他四个轮子222。其中，当第二运动部200在水平的地面上时，在铅锤方向上，第四爬升轮221的下端面高于其他四个轮子222的下端面。并且，第四轮组220的五个轮子均由第四驱动组件驱动，本实施例中，第四驱动组件包括设置在控制箱202下方的另一个电机，还包括驱动齿轮和驱动链条，例如包括驱动链条225等。电机带动驱动齿轮转动，由驱动齿轮带动驱动链条转动，并由驱动链条带动第四轮组220的各个轮子转动。

本实施例中，第三轮组210由第三驱动组件驱动，而第四轮组220由第四驱动组件驱动，也就是两组轮组的驱动电机是不同的，也就是四组轮组都是单独控制的。在第二运动部200需要转弯时，控制器控制两个电机输出不同的转速，使得第三轮组210和第四轮组220的转速不同，这样，两组轮组在不同的转速下实现前进方向的改变，从而使得第二运动部200转弯。因此，第二运动部200上并不需要设置用于控制每个轮子转向的转向机构。

另外，为了协调第一运动部100和第二运动部200的转弯，控制器还根据第一运动部100的转弯位置、转弯角度等信息来确定第二运动部200的转弯位置与转弯角度。优选的，第一运动部100的运动轨迹应该与第二运动部200的运动轨迹相同，因此，控制器控制第二运动部200的转弯位置与转弯角度应该与第一运动部100的转弯位置、转弯角度相同。

控制器确定第二运动部200的转弯位置、转弯角度后，向第三驱动组件和第四驱动组件发送控制信号，使得第二运动部200的两个电机以不同的转速工作，从而带动第三轮组210和第四轮组220以不同的转速运动，从而实现第二运动部200的转弯。

连接部300的第二端设置有第二连接组件330，本实施例中，第二连接组件330为铰接组件，并且是平面铰接组件。参见图11，第二连接组件330包括一个铰接件332，在铰接件332上设置一根铰轴331，铰轴331自上而下的穿过铰接件332。

在第二运动部200的架体201上设置有铰接座260，铰接座260，铰接座260与铰接件332对接，在铰接座260上设置有一个插孔261，铰轴331可以插入到插孔261内。这样，铰接座260与铰接件332可以绕铰轴331转动。优选的，铰轴331的轴线垂直于连接部300的延伸方向，也就是垂直于连接部300的轴线。具体的，当第二运动部200放置在水平的地面时，铰轴331垂直于水平面，这样，第二运动部200与连接部300只能够在水平面上转动。

在爬楼装置上下楼梯并进行转弯时，第一运动部100与第二运动部200的前进方向不相同，并且在空间上形成夹角。如图14所示，当爬楼装置在楼梯的转弯平台时，第一运动部100、连接部300和第二运动部200并不在同一直线上，也就是第一运动部100、连接部300和第二运动部200三者的前进方向并不相同。由于第一运动部100与连接部300之间设置有万向连接组件，且第二运动部200与连接部300之间也设置有连接组件，因此，在爬楼转置转弯的过程中，三者的前进方向可以各不相同。

具体的，第一连接组件构成爬楼装置的第一转折位置，第二连接组件构成爬楼装置的第二转折位置，这样，爬楼装置在转弯的时候形成两个转置位置，使得爬楼装置的转弯半径很小，能够在狭窄的楼梯的转弯平台上进行转弯。另外，由于控制器能够协调第一运动部100和第二运动部200的转弯操作，使得爬楼装置转弯过程中，第一运动部100和第二运动部更加协调，更有利于在狭窄的转弯平台上转弯。

此外，在爬楼装置上下楼梯的过程中，第一运动部100和第二运动部200往往不在同一水平面上，例如第一运动部100已经沿楼梯向上抬升，但第二运动部200仍在转弯平台上，此时，第二运动部200的前进方向是平行于水平面的，但第一运动部的前进方向相对于水平面倾斜。如果第一连接组件和第二连接组件均是平面铰接组件，且铰轴均是垂直于水平面，则会导致第二运动部200跟随第一运动部100向上抬升，影响第二运动部200的前进。

为此，本实施例中，将第一连接组件设计成万向连接组件，也就是设置一个万向节，这样，第一运动部100可以相对于连接部300倾斜向上的运动，使得第一运动部100向上爬升的时候，能够相对于连接部300的轴线倾斜向上，此时，第二运动部200仍能够沿水平方向运动，因此，第一运动部100与第二运动部200的转弯工作各自不影响，爬楼装置的转弯非常灵活。

本实施例的爬楼装置可以用于载物或者载人，为此，在第二运动部200上设置一个载物位，参见图9，载物位上设置有座椅250，座椅250的下方设置有支撑架251，支撑架251上设置有升降机构252，座椅250固定在升级机构252上，通过调节升级机构252的高度可以对座椅250的高度进行调节。优选的，座椅250下方还可以设置弹簧等避震机构。在支撑架251的一端还设置有踏板256，踏板256设置在座椅250的前方。可见，本实施例的爬楼装置可以作为具有爬楼功能的轮椅使用。

当然，在其他实施例中，载物位可以是一块平板或者具有开口的箱子，需要运载的物品可以放置在该平板或者箱子内，此时，爬楼装置可以作为具有爬楼功能的运载小车。此外，在其他实施例中，第一连接组件和第二连接组件均是万向连接组件，也就是连接部两端均设置有万向节。

以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，上述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何熟悉本技术领域的技术人员在不脱离本发明所揭露的技术范围内，可以在实施的形式以及细节上做出任何的修改与变化，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.爬楼装置，其特征在于，包括：

第一运动部和第二运动部，所述第一运动部设置有多个第一轮，所述第二运动部设置有多个第二轮；

所述第一运动部和所述第二运动部之间设置有连接部，所述连接部的第一端通过第一连接组件连接至所述第一运动部，所述连接部的第二端通过第二连接组件连接至所述第二运动部；

所述第一连接组件与所述第二连接组件均为铰接组件，且所述第一连接组件与所述第二连接组件的中至少一个为万向连接组件；

所述第一运动部的多个所述第一轮包括第一轮组以及第二轮组，所述第一轮组与所述第二轮组分别位于所述第一运动部的第一侧与第二侧，所述第一运动部转弯时，所述第一轮组的转速不同于所述第二轮组的转速；

所述第二运动部的多个所述第二轮包括第三轮组以及第四轮组，所述第三轮组与所述第四轮组分别位于所述第二运动部的第一侧与第二侧，所述第二运动部转弯时，所述第三轮组的转速不同于所述第四轮组的转速。

2.根据权利要求1所述的爬楼装置，其特征在于：

所述第一连接组件与所述第二连接组件均为万向连接组件；或者

所述第一连接组件与所述第二连接组件中的一个为万向连接组件，所述第一连接组件与所述第二连接组件中的另一个为平面铰接组件。

3.根据权利要求2所述的爬楼装置，其特征在于：

所述平面铰接组件的转动轴心垂直于所述连接部的延伸方向。

4.根据权利要求1至3任一项所述的爬楼装置，其特征在于：

所述第一轮组由第一驱动组件驱动，所述第二轮组由第二驱动组件驱动。

5.根据权利要求4所述的爬楼装置，其特征在于：

该爬楼装置还设置有控制器，所述控制器根据所述第一运动部的转弯方向向所述第一驱动组件与所述第二驱动组件发送控制信号，使得所述第一轮组与所述第二轮组的转速不同。

6.根据权利要求4所述的爬楼装置，其特征在于：

所述第一轮组中，位于端部的第一爬升轮的下端面在铅锤方向上高于其他轮的下端面；和/或

所述第二轮组中，位于端部的第二爬升轮的下端面在铅锤方向上高于其他轮的下端面。

7.根据权利要求5所述的爬楼装置，其特征在于：

所述第三轮组由第三驱动组件驱动，所述第四轮组由第四驱动组件驱动。

8.根据权利要求7所述的爬楼装置，其特征在于：

所述控制器还根据所述第一运动部的转弯信息确定所述第二运动部的转弯方向，根据所述第二运动部的转弯方向向所述第三驱动组件与所述第四驱动组件发送控制信号，使得所述第三轮组与所述第四轮组的转速不同。

9.根据权利要求7所述的爬楼装置，其特征在于：

所述第三轮组中，位于端部的第三爬升轮的下端面在铅锤方向上高于其他轮的下端面；和/或

所述第四轮组中，位于端部的第四爬升轮的下端面在铅锤方向上高于其他轮的下端面。

10.根据权利要求1至3任一项所述的爬楼装置，其特征在于：

所述第二运动部上设置有载物位。