CN212243612U - 一种自适应升降式爬楼梯机器人 - Google Patents

Abstract

本实施例提供了一种自适应升降式爬楼梯机器人，其包括机体、安装在机体上的前支撑结构和后支撑结构，所述机体上安装有抬升结构。所述前支撑结构和后支撑结构在抬升结构的作用下相对于所述机体做行升降运动，两套支撑结构交替支承、平移，机器人能够平稳、快速、高效地实现多级台阶的连续抬升或下降，所述机体在底盘驱动轮的驱动下做水平运动，因此所述机体在前支撑结构、后支撑结构、抬升结构以及底盘驱动的作用下完成上下楼梯的功能。前支撑结构和后支撑结构的前后支脚上设有光电传感器，通过多个光电传感器的配合调节可实现自适应调节攀登阶梯宽度和高度。本发明结构简单、紧凑，控制方便，上下楼梯的动作简洁、高效。

Description

一种自适应升降式爬楼梯机器人

技术领域

本实施例涉及机器人技术领域，尤其涉及的是一种自适应升降式爬楼梯机器人。

背景技术

随着科学技术水平的日益提升，机器人产业呈现蓬勃发展的趋势。现在有越来越多的机器人出现在了人们的日常生活中，机器人已经成为了现代生活不可或缺的一部分。楼梯是日常生活中常见的一类障碍，具有攀爬楼梯功能的机器人在日常生活具有广泛的应用。

目前爬楼梯机器人主要有步进式、履带式、星轮式、四连杆式和六轮式等类型，在不同领域有广泛的实际应用。现有的爬楼梯机器人在功能上虽然相对成熟，但却仍有一定的局限性。例如常见的履带式和星轮式爬楼梯机器人，爬梯过程中机器人机身会倾斜，不利于在餐饮配送与物流等行业的应用；传统的步进式爬楼梯机器人则存在动作复杂，爬楼梯速度较慢的问题。因此针对目前爬楼梯机器人在攀爬楼梯方面的问题，急需研制一种具有高效、稳定爬梯功能的爬楼梯机器人。

因此，现有技术有待于进一步的改进。

实用新型内容

鉴于上述现有技术中的不足之处，本实施例的目的在于提供一种自适应升降式爬楼梯机器人，克服现有技术中爬楼梯机器人在爬梯时不能自适应调节爬楼梯的高度与步长的缺陷。

本实施例提供了一种自适应升降式爬楼梯机器人，其中，包括：机体、设置所述机体上的前支撑结构和后支撑结构；

所述机体包括：机架、底盘驱动轮、用于驱动所述底盘驱动轮转动的第一电机、光轴和抬升结构；

所述前支撑结构包括：第一直线轴承、设置在所述第一直线轴承上的前支撑前支脚、前支撑后支脚、设置在所述前支撑前支脚上用于调节爬梯高度的第一丝杆模组和设置在所述前支撑后支脚上用于调节爬梯步长的第二丝杆模组；

所述后支撑结构包括：第二直线轴承、设置在所述第二直线轴承上的后支撑前支脚、后支撑后支脚和设置在所述后支撑前支脚上用于调节爬梯高度的第三丝杆模组；

所述光轴与第一直线轴承组成第一移动副、所述光轴与所述第二直线轴承组成第二移动副，所述抬升结构带动所述第一移动副或第二移动副做升降运动，以及第一电机驱动所述底盘驱动轮带动所述机体做水平面运动。

可选的，所述抬升结构包括：第一直线传送系统和第二直线传送系统；所述第一直线传送系统包括：第一同步带、第一同步轮和驱动所述第一同步轮转动带动所述第一同步带运动的第二电机；所述第二直线传送系统包括：第二同步带、第二同步轮和驱动所述第二同步轮转动带动所述第二同步带运动的第三电机。

可选的，所述前支撑结构还包括：

设置在所述前支撑前支脚末端的前支撑驱动轮、设置在所述前支撑前支脚上的第一传感器和第二传感器、设置在所述前支撑后支脚末端的前支撑从动轮、设置在所述前支撑后支脚上的第三传感器、用于驱动所述前支撑从动轮转动的第四电机、用于驱动控制第一丝杆模组伸缩的第五电机，以及用于驱动控制第二丝杆模组伸缩的第六电机。

可选的，所述后支撑结构还包括：

设置在所述后支撑前支脚末端的后支撑从动轮、设置在所述后支撑前支脚上的第四传感器和第五传感器、设置在所述后支撑后支脚上的第四传感器、设置在所述后支撑后支脚末端的后支撑驱动轮、用于驱动控制所述第三丝杆模组伸缩的第七电机，以及驱动控制所述后支撑驱动轮转动的第八电机。

可选的，所述机架包括：机架上框和机架下框；

所述第一同步轮和第二同步轮均固定在机架下框上，且所述第一同步带与前支撑结构之间、所述第二同步带与后支撑结构之间均通过同步带夹片相连接，所述第一同步带用于带动前支撑结构同步运动、所述第二同步带用于带动后支撑结构同步运动。

可选的，还包括与所述第一传感器电连接的主控板；所述前支撑高度调节丝杆设置在所述前支撑前支脚上；

所述主控板用于接收所述前支撑前置传感器发送的检测信息，并根据检测信息控制前支撑高度调节丝杆调节所述前支撑前支脚的长度。

可选的，所述第一丝杆模组、第二丝杆模组和第三丝杆模组均包括滚珠丝杆、丝杆螺母、直线导轨和导轨滑块。

可选的，所述机架上还设置有电源，所述电源分别与第一电机、第二电机、第三年电机、第四电机、第五电机、第六电机、第七电机和第八电机电连接，用于为各个电机提供电能。

可选的，所述光轴还包括支撑杆和卧式支架；

所述支撑杆通过所述卧式支架固定到所述机架上。

可选的，所述机体尾部安装有用于增加后支撑结构后支脚直线约束的滑靴。

有益效果，本实施例提供了一种自适应升降式爬楼梯机器人，其包括机体、安装在机体上的前支撑结构和后支撑结构，所述机体上安装有抬升结构。所述前支撑结构和后支撑结构在抬升结构的作用下相对于所述机体做行升降运动，两套支撑结构交替支承、平移，机器人能够平稳、快速、高效地实现多级台阶的连续抬升或下降，所述机体在底盘驱动轮的驱动下做水平运动，因此所述机体在前支撑结构、后支撑结构、抬升结构以及底盘驱动的作用下完成上下楼梯的功能。前支撑结构和后支撑结构的前后支脚上设有光电传感器，通过多个光电传感器的配合调节可实现自适应调节攀登阶梯宽度和高度。本发明结构简单、紧凑，控制方便，上下楼梯的动作简洁、高效。

附图说明

图1是本实施例所提供的爬楼梯机器人的结构示意图；

图2是本实施例所提供的爬楼梯机器人的左视图；

图3是本实施例所提供的爬楼梯机器人中前支撑结构的结构示意图；

图4是本实施例所提供的爬楼梯机器人中后支撑结构的结构示意图；

图5是本实施例所提供的爬楼梯机器人中机体的结构示意图；

图6是本实施例所提供的爬楼梯机器人中支撑结构的高度与楼阶梯高度的布局示意图；

图7是本实施例所提供的爬楼梯机器人中机器人的整体高度与楼阶梯高度的布局示意图；

图8是本实施例所述爬楼梯机器人上传感器的布局示意图；

图9～图18是本实施例所述爬楼梯机器人上楼梯步骤中第一步至第十步的状态示意图；

图19～图28是本实施例所述爬楼梯机器人下楼梯步骤中第一步至第十步的状态示意图；

图29～图36是本实施例中所述爬楼梯机器人自适应图一至图八的示意图。

具体实施方式

为使本实施例的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实施例进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实施例，并不用于限定本实施例。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本实施例提供的第一实施例为一种自适应升降式爬楼梯机器人，如图1 至图5所述，包括：机体1、设置所述机体上的前支撑结构20、后支撑结构40，所述前支撑结构20和后支撑结构40分别位于机体1的两侧。

所述机体包括：机架、底盘驱动轮2、用于驱动所述底盘驱动轮2转动的第一电机4、光轴10和抬升结构。所述底盘驱动轮2和所述第一电机4 均位于所述机架的底部。

结合图3所示，所述前支撑结构20包括：第一直线轴承12、设置在所述第一直线轴承12上的前支撑前支脚23、前支撑后支脚24、设置在所述前支撑前支脚23上用于调节爬梯高度的所述第一丝杆模组25和设置在所述前支撑后支脚24上用于调节爬梯步长的第二丝杆模组26；

结合图4所示，所述后支撑结构40包括：第二直线轴承15、设置在所述第二直线轴承15上的后支撑前支脚43、后支撑后支脚44和设置在所述后支撑前支脚43上用于调节爬梯高度的第三丝杆模组45。

所述光轴10与第一直线轴承12组成第一移动副、所述光轴10与所述第二直线轴承15组成第二移动副，所述抬升结构带动所述第一移动副或第二移动副做升降运动，以及第一电机4驱动所述底盘驱动轮2带动所述机体做水平面运动。

为了实现所述前支撑结构或后支撑结构在抬升结构的控制下实现相对于机体做升降运动，可利用移动连接件将支撑结构与机体相连接，通过移动连接件带动前支撑结构或后支撑结构与机体之间的升降运动，具体的，本实施例中将前支撑结构上的第一直线轴承与光轴组成第一移动副，所述第一移动副用于实现前支撑结构与机体之间的升降运动。采用后支撑结构上的第二直线轴承与光轴组成第二移动副，实现后支撑结构与机体之间的升降运动。机体中的第一同步带、第二同步带也分别与前支撑结构、后支撑结构通过同步带夹板进行连接，所以在电机的驱动下，前、后支撑结构可分别相对于机体进行上下直线滑动。移动副可根据具体需求替换成其它滑动导轨式或滚动导轨式的移动副。

结合图1和图2所示，所述抬升结构均与两组支撑结构连接，用于控制支撑结构的上升和下降，以及使用电机驱动前支撑驱动轮或后支撑驱动轮，以使得所述前支撑驱动轮或后支撑驱动轮转动，带动机体向前或向后运动。因此本实施例提供的爬楼机器人通过抬升结构实现上下楼梯，通过第一电机驱动底盘驱动轮转动，带动机体前行或后退，从而实现升降式的爬楼梯。

所述抬升结构可以为直线传送装置也可以为滚动传送装置，在具体实施时，所述传送装置可以为由同步轮和同步带组成的两组直线传送装置组成，所述抬升结构还可以为由蜗轮和蜗杆组成的蜗轮蜗杆传送装置或者为由齿轮和齿条组成的齿轮齿条传送装置。

进一步的，结合图5所示，所述抬升结构包括：第一直线传送系统和第二直线传送系统；所述第一直线传送系统包括：第一同步带7、第一同步轮9和驱动所述第一同步轮9转动带动所第一同步带7运动的第二电机5；所述第二直线传送系统包括：第二同步带8、第二同步轮(其所在位置与第一同步轮9相对称)和驱动所述第二同步轮转动带动所第二同步带8运动的第三电机6。所述机架包括：机架上框和机架下框；所述第一同步轮9和第二同步轮均固定在机架下框上，且所述第一同步带7与前支撑结构之间、所述第二同步带8与后支撑结构之间均通过同步带夹片相连接，所述第一同步带7用于带动前支撑结构同步运动、所述第二同步带8用于带动后支撑结构同步运动。

所述第二电机5驱动第一同步带7、第三电机6驱动第二同步带8。第一同步带7用于带动前支撑结构20、第二同步带8用于带动后支撑结构40。

具体的，结合图1、图2和图3所示，所述前支撑结构20还包括：设置在所述前支撑前支脚23末端的前支撑驱动轮21、设置在所述前支撑前支脚21上的第一传感器30和第二传感器31、设置在所述前支撑后支脚24末端的前支撑从动轮22、设置在所述前支撑后支脚24上的第三传感器32、用于驱动所述前支撑从动轮22转动的第四电机27、用于驱动控制第一丝杆模组25伸缩的第五电机28，以及用于驱动控制第二丝杆模组26伸缩的第六电机29。

所述第一丝杆模组25和第二丝杆模组26均由滚珠丝杆、丝杆螺母、直线导轨、导轨滑块以及若干结构件组成，能够将第一电机的回转运动转化为直线运动，并且能够自锁。第一传感器30检测前方、第二传感器31 检测下方。

所述第四电机27通过联轴器驱动前支撑驱动轮21转动，第五电机28 驱动控制第一丝杆模组25伸缩，调节前支撑前支脚23的长度，从而使支撑结构前后高度差等于台阶高度，实现高度自适应。

结合图4所示，所述后支撑结构40还包括：

设置在所述后支撑前支脚43末端的后支撑从动轮42、设置在所述后支撑前支脚43上的第四传感器48和第五传感器49，设置在所述后支撑后支脚44上的第六传感器50、设置在所述后支撑后支脚44末端的后支撑驱动轮41、用于驱动控制所述第三丝杆模组45伸缩的第七电机46，以及驱动控制所述后支撑驱动轮41转动的第八电机47。第七电机46通过驱动控制第三丝杆模组45伸缩，调节后支撑前支脚43的长度。第八电机47通过联轴器驱动后支撑驱动轮41。位于后支撑前支脚43上的第四传感器48用于检测前方、第五传感器49用于检测下方。

所述机架1上还设置有电源3，所述电源3分别与第一电机4、第二电机5、第三电机6、第四电机27、第五电机28、第六电机29、第七电机46 和第八电机47电连接，用于为各个电机提供电能。所述机体尾部安装有用于增加后支撑结构后支脚直线约束的滑靴11。

所述光轴10还包括支撑杆和卧式支架；所述支撑杆通过所述卧式支架固定到所述机架1上。

具体的，当爬楼梯机器人开启的功能为水平面上移动时，升降机构控制位于前端的前支撑结构提升一定高度，而位于后端的后支撑结构则下降到其支撑驱动轮接触地面或水平面，机体上的底盘驱动轮也同时处于接触地面或水平面，因此四个驱动轮(后支撑结构的支撑驱动轮和两个设置在机架上的底盘驱动轮)处于同一平面上，此时电机通过控制四个驱动轮转动的速度来控制爬楼梯机器人的移动方向和移动速度。

可以想的是，为了满足爬楼梯的要求，结合图6，其中，L1：高度可调节范围；L2：宽度可调节范围；A2:可适应的最大台阶高度；A3:可适应的最小台阶高度；B1：适应最窄台阶尺寸；B2：适应最宽台阶尺寸。前支撑结构与后支撑结构的前支脚均需要通过设计滚珠丝杆机构调节，可以通过丝杆机构调节前支脚，使支撑结构前后高度差等于所需要攀爬楼梯的台阶高度。可调节范围覆盖国标要求的一级台阶高度尺寸以适应所有环境。具体的，所述前支撑结构的前支脚通过第一丝杆模组进行高度调节，所述后支撑结构的前支脚通过第三丝杆模组进行高度调节，而前支撑前支脚与前支撑后支脚之间距离可以通过第二丝杆模组进行宽度调节。

所述前支撑结构与后支撑结构之间的距离大于一个预设台阶宽度和小于两个预设台阶宽度，所述前支撑结构与后支撑结构之间的高度差至少为一个预设台阶高度。前支撑结构和后支撑结构的结构尺寸大致相同，前、后支撑结构前后均具有高度差、并且高度差恰好为一级台阶的高度。支撑结构的前后跨度大于一级的台阶宽度、小于两级的台阶宽度。结合图7所示，其中，a为楼梯台阶宽度；b为楼梯台阶高度；S为支撑结构前后宽度； L为前支撑结构前支脚和后支撑结构后支脚的间距；M为前支撑结构后支脚和后支撑结构前支脚的间距；H为支撑结构升降高度范围。前支撑结构和后支撑结构在机体上前后布置，前后距离要略小于一级台阶宽度；前支撑结构的后支脚和后支撑结构的前支脚的距离要略小于一级台阶宽度；当机体被抬升时，抬升高度要略大于两级台阶高度。

较佳的，各个支撑驱动轮和各个底盘驱动轮均为电机独立控制。便于根据爬楼机器人在爬行时的状态对任何一个驱动轮的转速进行调整。

本发明采用了前后具有高度差的可调节支撑结构作为组成的主要元素，使得机器人具备了自适应调节的能力，对于所有按照国家规定的行业标准设计的楼梯，其宽度均在260-340mm之间，高度均在120-200mm之间，本发明可以根据传感器反馈的信息自行进行调整以适应不同尺寸的楼梯台阶，因此可以攀爬行业标准设计下的所有楼梯。而其他的譬如步进式和星轮式的机器人，则是由于其爬梯形式的限制，无法可以同时适应多种尺寸的楼梯。

机身水平抬升。目前的爬梯机器人大都采用星轮式或者履带式，这类机器人由于其形式的限制，在爬梯过程中机身是倾斜的，而本发明的爬梯机构基于升降机构的设计，在爬楼梯的过程中的运动轨迹是垂直上升以及水平前移，不存在角度的变化，因此在爬梯过程中能够保持机器自身水平，不需要增加额外的机构进行水平校正。而对于大部分的餐饮配送及物流配送行业，均要求所配送物品保持竖直向上不发生倾斜，因此，本发明的存在可以解决爬梯过程中配送物品发生倾斜的痛病。

运行平稳、高效。本发明的爬梯机构采用了两组前后具有高度差的支撑结构，使得无论是在爬梯过程还是平地运行过程，均保证了至少4个轮子同时接触地面或台阶面，因此运行过程中机体平稳，不容易翻车或者是倾斜。两组支撑结构交替攀爬使得机体抬升上楼，动作简洁、高效，相对于传统的步进式爬楼梯装置具有速度及效率上的优势。

质量轻、载物空间大。本发明的爬梯结构体积较小，用于爬梯使用的两组支撑结构分别位于机体的两侧，在机体中央空余出了大量的空间，能用于载物或安装其它机构以实现拓展功能。

下面具体的对本实施例提供的爬楼梯机器人在进行上下楼时的爬行过程进行详细的说明。

结合图8所示，在机体、前支撑结构和后支撑结构上设置有六个传感器，设置在前支撑前支脚上的第一传感器30和第二传感器31、设置在前支撑后支脚上的第三传感器32。设置在后支撑前支脚上的第四传感器48和第五传感器49，以及设置在后支撑后支脚上的第六传感器50，通过上述六个传感器配合自适应调节攀登阶梯宽度和高度，实现全自动的上下楼梯。

(1)当机器人来到楼梯边缘，并完成高度自适应后，如图9-10所示，降下前支撑结构和后支撑结构，使机体相对于地面被抬升，抬升高度≥台阶高度的两倍，然后机器人向前(上楼梯方向)移动。

(2)当第一传感器检测到下一级台阶，即前支撑前支脚靠近下一级台阶时，前支撑结构抬升，抬升高度≥台阶高度。如图11-12所示，机器人继续向前移动。

(3)当第四传感器检测到下一级台阶，即后支撑结构前支脚靠近下一级台阶时，前支撑结构抬下降，使机体与后支撑结构相对地面被抬升，如图 13-14所示，此时机器人完成一级台阶攀爬。机器人继续向前移动。

(4)当第一传感器再次检测到下一级台阶时，此时机器人状态与图11 相同。如图15-16所示，之后机器人循环步骤(2)、(3)，就能完成多级台阶的连续攀爬。

(5)当第一传感器检测到前方再无台阶，即抵达楼梯上方时。如图17-18 所示，机器人向前移动，在第六传感器检测到调节边缘时，将前支撑结构升起一级台阶高度，机器人继续前进，在第三传感器检测到台阶边缘时，将前、后支撑结构都抬升到初始位置，使机器人降落在楼梯顶部，恢复非爬楼梯状态，完成上楼梯。

下楼梯运动：

(1)当机器人来到楼梯处且第三传感器检测到台阶边缘，使后支撑结构降下一级台阶高度，此时后支撑结构后支脚支撑在台阶面上。如图19和图20所示，机器人向前(下楼梯方向)移动。

(2)如图21-22所示，当第六传感器检测到台阶边缘时，将前支撑结构降下一级台阶高度，机器人继续向前移动。

(3)当第三传感器检测到台阶边缘使，将后支撑结构再下降一级台阶高度，如图23和图24所示，此时后支撑结构相对机体下降了两倍台阶高度。机器人继续向前移动。

(4)当第六传感器再次检测到楼梯台阶边缘，将前支撑结构再降下降一级台阶高度，如图25和图26所示，此时前支撑结构相对机体下降了两倍台阶高度。机器人继续向前移动。

(5)当第三传感器检测到台阶边缘时，此时机器人的状态与图23相同，之后机器人循环步骤(3)、(4)，就能完成多级台阶的连续攀爬。

(6)当第二传感器检测到台阶边缘，则表示前方再无台阶，结合图27 和图28所示，机器人已到达楼梯下方，将前、后支撑结构都抬升至初始位置，使机器人降落再地面上，恢复非爬楼梯状态，完成下楼梯动作。

下面以本实施例所提供的爬楼梯机器人的自适应过程进行分析，以对本实施例做进一步更加详细的说明。

上楼梯自适应

适应高度

非爬梯状态下，前、后支撑结构的前支脚都处于收缩状态，即支撑结构前后高度差最大。结合图29和图30所示，当机器人来到楼梯边缘进行楼梯攀爬时，通过第二传感器31检测楼梯台阶面，伸长前支撑结构前支脚，前支撑驱动轮接触台阶面，此时前支撑结构的前后支脚高度差刚好等于台阶高度。第五电机驱动控制第一丝杆模组伸缩，第七电机驱动控制第三丝杆模组伸缩，使得前支撑前支脚和后支撑前支脚同时伸长至同样的位置，完成高度自适应。

适应宽度

非爬梯状态下，前支撑后支脚处于与前支脚间距最大的位置。结合图 31，当机器人攀爬上第一级台阶，并且第五传感器已经检测到下一级台阶，如果第三传感器没有检测到第一级台阶边缘，即表示前支撑结构后支脚没有支撑在台阶面。则进行宽度自适应。

结合图32所示，通过调节第二丝杆模组将前支撑后支脚向前支脚方向移动，直到第三传感器检测到台阶边缘，即前支撑后支脚支撑在台阶面上。完成宽度自适应。

下楼梯自适应

适应高度

开始下楼梯时，当后支撑结构降下，且第三传感器检测到台阶时，结合图33所示，通过第五传感器检测地面，伸长后支撑结构前支脚，直到后支撑结构从动接触台阶面，此时后支撑结构的前后支脚高度差刚好等于台阶高度。结合图34所示，然后通过控制系统使后支撑结构前支脚也伸长至同样的位置。完成高度自适应。

适应宽度

当前、后支撑结构都降下，且第三传感器检测到台阶边缘时，结合图 35所示，如果第五传感器仍能够检测到地面，即表示后支撑结构前支脚仍然支撑在地面，则进行宽度自适应。

通过调节第二丝杆模组将前支撑结构后支脚向前支脚前移动，同时，机器人也以同样的速度向相反方向移动，使前支撑结构后支脚保持相对地面静止，直到第五传感器检测不到地面，即后支撑结构前支脚悬空，结合图36所示，完成宽度自适应。

可以想到的是，本实施例提供的爬楼梯机器人可以开启三种不同的运动模式，上楼梯模式、下楼梯模式和水平运动模式，当开始上楼梯模式时，则由前支撑结构和后支撑结构上安装的上楼传感器进行台阶检测，并由升降机构根据台阶检测情况控制前支撑结构和后支撑结构相对于机体做升降运动，同时由控制机构控制支撑驱动轮向前运动。当开始下楼梯模式时，则由前支撑结构和后支撑结构上安装的下楼传感器进行无台阶检测，并由升降机构根据台阶检测情况控制前支撑结构和后支撑结构相对于机体做升降运动，同时由控制机构控制支撑驱动轮向后运动。当开始水平运动模式，则控制前支撑结构抬升，控制机构的电机驱动机体上的底盘驱动轮与后支撑结构的后支撑驱动轮在水平面上运行。

本实施例所公开的自适应升降式爬梯机器人，具有高效、平稳、载物水平、自适应台阶等功能，可以实施应用在生活中常见的需要攀爬楼梯的及其上，如爬楼梯轮椅融合本发明的自适应爬梯装置后，可以颠覆以往爬梯过程中车身倾斜、不平稳的弊端。楼道清洁机器人融合本发明的新型自适应爬梯装置后，可以适应各式各样的工作情景，不同高度和宽度的台阶均可使用一台机器完成，以最小的付出得到最大的收益。

进一步的，本实施例中所提供的爬楼梯机器人在平地上运动时，前、后支撑结构都处于收起的状态，此时后支撑驱动轮和底盘驱动轮同时着地，四个驱动轮共同驱动机器人运动。通过控制每个轮子的速度可使机器人进行前进、后退、拐弯的运动。当四个轮子同向等速旋转时，机器人可以前后平移，当左右两边轮子差速旋转时可以拐弯(，当左右两边轮子反向旋转时，机器人可以原地自转。

本实施例提供了一种自适应升降式爬楼梯机器人通过两组支撑结构在其支撑驱动轮的驱动、支撑从动轮和升降机构的带动下相对于机体做爬楼梯运动，或者所述支撑驱动轮和底盘驱动轮在电机的驱动下，相对于地面做水平面运动。本实施例提供的所述爬楼梯机器人由一种具有前后高度差的可升降支撑结构组成，支撑结构下降的同时抬升机器人，被抬升的机器人在轮组的驱动下进行前后水平运动，两套升降机构交替支承、平移，能够平稳、快速、高效地实现多级台阶的连续抬升或下降，完成上下楼梯的功能。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实施例的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实施例所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种自适应升降式爬楼梯机器人，其特征在于，包括：机体、设置所述机体上的前支撑结构和后支撑结构；

所述机体包括：机架、底盘驱动轮、用于驱动所述底盘驱动轮转动的第一电机、光轴和抬升结构；

所述前支撑结构包括：第一直线轴承、设置在所述第一直线轴承上的前支撑前支脚、前支撑后支脚、设置在所述前支撑前支脚上用于调节爬梯高度的第一丝杆模组和设置在所述前支撑后支脚上用于调节爬梯步长的第二丝杆模组；

所述后支撑结构包括：第二直线轴承、设置在所述第二直线轴承上的后支撑前支脚、后支撑后支脚和设置在所述后支撑前支脚上用于调节爬梯高度的第三丝杆模组；

所述光轴与第一直线轴承组成第一移动副、所述光轴与所述第二直线轴承组成第二移动副，所述抬升结构带动所述第一移动副或第二移动副做升降运动，以及第一电机驱动所述底盘驱动轮带动所述机体做水平面运动。

2.根据权利要求1所述的自适应升降式爬楼梯机器人，其特征在于，所述抬升结构包括：第一直线传送系统和第二直线传送系统；所述第一直线传送系统包括：第一同步带、第一同步轮和驱动所述第一同步轮转动带动所述第一同步带运动的第二电机；所述第二直线传送系统包括：第二同步带、第二同步轮和驱动所述第二同步轮转动带动所述第二同步带运动的第三电机。

3.根据权利要求1所述的自适应升降式爬楼梯机器人，其特征在于，所述前支撑结构还包括：

设置在所述前支撑前支脚末端的前支撑驱动轮、设置在所述前支撑前支脚上的第一传感器和第二传感器、设置在所述前支撑后支脚末端的前支撑从动轮、设置在所述前支撑后支脚上的第三传感器、用于驱动所述前支撑从动轮转动的第四电机、用于驱动控制第一丝杆模组伸缩的第五电机，以及用于驱动控制第二丝杆模组伸缩的第六电机。

4.根据权利要求1所述的自适应升降式爬楼梯机器人，其特征在于，所述后支撑结构还包括：

设置在所述后支撑前支脚末端的后支撑从动轮、设置在所述后支撑前支脚上的第四传感器和第五传感器、设置在所述后支撑后支脚上的第六传感器、设置在所述后支撑后支脚末端的后支撑驱动轮、用于驱动控制所述第三丝杆模组伸缩的第七电机，以及驱动控制所述后支撑驱动轮转动的第八电机。

5.根据权利要求2所述的自适应升降式爬楼梯机器人，其特征在于，所述机架包括：机架上框和机架下框；

所述第一同步轮和第二同步轮均固定在机架下框上，且所述第一同步带与前支撑结构之间、所述第二同步带与后支撑结构之间均通过同步带夹片相连接，所述第一同步带用于带动前支撑结构同步运动、所述第二同步带用于带动后支撑结构同步运动。

6.根据权利要求2所述的自适应升降式爬楼梯机器人，其特征在于，所述前支撑结构与后支撑结构对称设置在所述机体上。

7.根据权利要求1-6任一项所述的自适应升降式爬楼梯机器人，其特征在于，所述第一丝杆模组、第二丝杆模组和第三丝杆模组均包括滚珠丝杆、丝杆螺母、直线导轨和导轨滑块。

8.根据权利要求2所述的自适应升降式爬楼梯机器人，其特征在于，所述机架上还设置有电源，所述电源分别与第一电机、第二电机、第三电机、第四电机、第五电机、第六电机、第七电机和第八电机电连接，用于为各个电机提供电能。

9.根据权利要求1所述的自适应升降式爬楼梯机器人，其特征在于，所述光轴还包括支撑杆和卧式支架；

所述支撑杆通过所述卧式支架固定到所述机架上。

10.根据权利要求1或9所述的自适应升降式爬楼梯机器人，其特征在于，所述机体尾部安装有用于增加后支撑结构后支脚直线约束的滑靴。

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