行走装置及清洁机器人的制作方法

本实用新型涉及机器人技术领域，特别是涉及行走装置及清洁机器人。

背景技术：

清洁机器人是为人类服务的特种机器人，主要从事家庭卫生的清扫等清洁工作。地面清洁机器人能做到平整地面的灰尘清洁工作，但对于楼宇楼梯的台阶清洁，传统的清洁机器人在台阶上较难做到横向运动及在狭窄楼道拐角处转向，使清洁机器人于楼梯处的清洁效果不佳。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述问题，提供一种行走装置，其可以实现多个运动方向的切换，切换过程中主轮无需转动运动方向，可以横向运动及在狭窄的空间拐角处转向。

一种行走装置，包括行走驱动器、连接行走驱动器的传输组件及连接传输组件的全向轮，全向轮包括主轮及活动安装于主轮的周部的第一副轮组与第二副轮组，第一副轮组与第二副轮组间隔设置，第一副轮组及第二副轮组的旋转方向与主轮的旋转方向相异，行走驱动器用于通过传输组件驱动主轮旋转进而带动全向轮沿主轮的旋转方向运动。

上述行走装置，行走时，行走驱动器驱动传输组件，进而驱动主轮旋转，第一副轮组及第二副轮组为从动部件，应用于运动设备如机器人后，由运动设备的运动组件驱动行走；由于主轮的旋转方向与第一副轮组及第二副轮组的旋转方向不同，使全向轮可以往多个方向运动，当主轮旋转时，第一副轮组及第二副轮组不旋转，往主轮的旋转方向运动；当第一副轮组及第二副轮组旋转时，主轮不旋转，往第一副轮组及第二副轮组旋转的方向运动，无需全向轮扭转方向即可实现多个运动方向的切换，减去了设备转身切换运动方向所需要占用的空间，使得本实用新型的行走装置可以在狭窄的空间拐角处可以转向；例如假设主轮的运动方向为横向，则第一副轮组及第二副轮组的运动方向为异于横向的其他方向，第一副轮组及第二副轮组的最底部抵接地面，启动行走驱动器，通过传输组件带动主轮旋转，第一副轮组及第二副轮组随着主轮的转动以主轮的轴心为圆心做圆周运动，进而全向轮横向运动，当切换运动方向时，主轮停止转动，抵接地面的第一副轮组及第二副轮组旋转，并带动主轮移动，进而全向轮往第一副轮组及第二副轮组旋转的方向运动；本实用新型行走装置可以切换多个方向，且不占用切换空间，行走通畅，适用于需要横向运动及在狭窄拐角处转向的运动设备如清洁机器人等。

在其中一个实施例中，第一副轮组包括多个间隔设置的第一副轮，第一副轮活动安装于主轮的周部；第二副轮组包括若干间隔设置的第二副轮，第二副轮活动安装于主轮的周部；第一副轮及第二副轮均为从动轮，且第一副轮及第二副轮的旋转方向与主轮的旋转方向相异。

在其中一个实施例中，主轮的周部设有若干活动槽，每一活动槽内设有副轮转轴，每一第一副轮通过副轮转轴安装于一活动槽内，每一第二副轮通过副轮转轴安装于一活动槽内。

在其中一个实施例中，传输组件包括二行走同步轮、行走同步带及传动轴，行走同步带连接二行走同步轮，其中一行走同步轮连接行走驱动器，另一行走同步轮连接传动轴，传动轴连接主轮。

本实用新型还提供了一种清洁机器人，包括：

上述任一项的行走装置；

底盘，行走装置安装于底盘上；

爬升装置，爬升装置安装于底盘；以及

清扫装置，清扫装置安装于底盘。

在其中一个实施例中，底盘包括基板，行走装置安装于基板上，全向轮位于基板的下方；爬升装置包括第一支腿及第二支腿，第一支腿与第二支腿安装于底盘上，并呈前后设置，第一支腿与第二支腿均能够相对地面移动或爬升。

在其中一个实施例中，第一支腿包括第一升降组件、第一连接板及第一运动组件，第一升降组件安装于基板，第一升降组件远离基板的部分连接第一连接板；第二支腿包括第二升降组件、第二连接板及第二运动组件，第二升降组件安装于基板，第二升降组件远离基板的部分连接第二连接板；第一升降组件用于驱动第一支腿相对地面爬升，第一运动组件用于驱动第一支腿相对地面移动；第二升降组件用于驱动第二支腿相对地面爬升，第二运动组件用于驱动第二支腿相对地面移动；第一升降组件与第二升降组件能够将底盘相对地面升高。

在其中一个实施例中，第一支腿还包括第一导向组件，第一导向组件安装于底盘，且第一导向组件的两侧分别连接第一运动组件及第一连接板；第二支腿还包括第二导向组件，第二导向组件安装于底盘上，且第二导向组件的两侧分别连接第二运动组件及第二连接板。

在其中一个实施例中，行走装置的数量为至少两个。

在其中一个实施例中，底盘包括基板及安装于基板底部的若干万向轮。

附图说明

图1为本实用新型清洁机器人的一较佳实施例的示意图；

图2为图1清洁机器人中的第一支腿的示意图；

图3为图1清洁机器人中的第二支腿的示意图；

图4为图1清洁机器人中的底盘与行走装置的示意图；

图5为图4中的行走装置的示意图；

图6为图5行走装置中的万向轮的分解示意图；

图7为图1清洁机器人中的清扫装置的示意图；

图8-16为图1清洁机器人的攀爬和行走示意图。

附图标记说明：

10—底盘，11—基板，12—万向轮；20—爬升装置；30—行走装置，31—行走驱动器，32—传输组件，324—行走同步轮，325—行走同步带，33—全向轮，34—主轮，35—第一副轮，36—第二副轮，37—活动槽，38—副轮转轴；40—清扫装置，41—电动毛刷辊，42—吸尘罩，43—收集箱，44—吸尘风机；50—第一支腿，51—第一升降组件，512—第一步进电机，513—第一丝杆，52—第一连接板，55—第一运动组件，551—第一轴承座，552—第一伺服电机，553—第一运动同步轮，554—第一运动同步带，550—第一运动转轴，556—第一运动轮，56—第一导向组件，561—第一导向杆，562—第一导向套；60—第二支腿，61—第二升降组件，612—第二步进电机，613—第二丝杆，62—第二连接板，65—第二运动组件，651—第二轴承座，652—第二伺服电机，653—第二运动同步轮，654—第二运动同步带，655—第二运动转轴，656—第二运动轮，66—第二导向组件，661—第二导向杆，662—第二导向套；70—距离传感器；100—清洁机器人。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将对本实用新型进行更全面的描述。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

请参阅图1至图7，为本实用新型一较佳实施例的清洁机器人100，可以攀爬台阶，并在台阶上顺畅的横向行走及在狭窄楼道拐角处转向，节省了清洁机器人100的转向空间，提高清洁效果。所述清洁机器人100包括底盘10及安装于底盘10上的爬升装置20、行走装置30与清扫装置40。

如图1及图4所示，底盘10包括基板11，爬升装置20、行走装置30与清扫装置40均安装于基板11上。

一个实施例中，底盘10还包括若干万向轮12，若干万向轮12安装于基板11的底部，且分别设于基板11的两侧，与行走装置30配合使用。

请一并参阅图2及图3，爬升装置20包括第一支腿50及第二支腿60，第一支腿50与第二支腿60均安装于底盘10，并呈前后设置，相当于清洁机器人100的两腿，第一支腿50与第二支腿60均能够相对地面移动或爬升，采用第一支腿50与第二支腿60的配合实现攀爬台阶。

上述清洁机器人100的行走方法包括以下步骤：

假设，清洁机器人100位于第一台阶，欲爬升至第二台阶，第一支腿50与第二支腿60将底盘10相对第一台阶升高；

第一支腿50的底端相对底盘10升高；

第二支腿60朝第二台阶的方向移动，到达预设位置，第一支腿50搭至第二台阶；

第二支腿60的底端相对底盘10升高，第一支腿50朝所需方向移动，到达预设位置，第二支腿60搭至第二台阶，完成一次爬升。

一个实施例中，第一支腿50包括第一升降组件51、第一连接板52及第一运动组件55，第一升降组件51安装于基板11，第一升降组件51远离基板11的部分连接第一连接板52。第二支腿60包括第二升降组件61、第二连接板62及第二运动组件65，第二升降组件61安装于基板11，第二升降组件61远离基板11的部分连接第二连接板62。第一升降组件51用于驱动第一支腿50相对地面爬升，第一运动组件55用于驱动第一支腿50相对地面移动。第二升降组件61用于驱动第二支腿60相对地面爬升，第二运动组件65用于驱动第二支腿60相对地面移动；第一升降组件51与第二升降组件61能够将底盘10相对地面升高。

第一升降组件51与第二升降组件61可同时带动底盘10相对于第一连接板52与第二连接板62上升，第一连接板52与第二连接板62的位置不变，则相当于带动底盘10相对于地面上升，达到举高底盘10的效果，使底盘10可以上升一个台阶；底盘10上升后，第一升降组件51动作，将第一运动组件55提高，相当于抬起第一支腿50，使第一支腿50可以上升一个台阶，清洁机器人100往前方行走一定距离，并带动第二运动组件65行走，第二升降组件61动作，将第二运动组件65提高，抬起第二支腿60，第二支腿60也上升一个台阶，清洁机器人100继续往前方行走，完成一个台阶的攀爬。

其中一个实施例中，第一升降组件51包括第一步进电机512及第一丝杆513，第一步进电机512安装于基板11，第一丝杆513的两端分别连接第一运动组件55与第一连接板52。第一步进电机512运作，使自身沿着第一丝杆513上升或下降，上升时，带动底盘10上升，下降时，使第一丝杆513往远离地面的方向运动，进而提高第一运动组件55。第二升降组件61包括第二步进电机612及第二丝杆613，第二步进电机612安装于基板11，第二丝杆613的两端分别连接第二运动组件65与第二连接板62。第二步进电机612运作，使自身沿着第二丝杆613上升或下降，上升时与第一步进电机512同时启动，共同将底盘10提高，下降时，使第二丝杆613往远离地面的方向运动，进而提高第二运动组件65。步进电机和丝杆的配合使用上升和下降的距离更准确、容易控制和容易导向。

一个实施例中，第一步进电机512与第一丝杆513的连接处采用空心轴螺纹套结构，通过第一步进电机512的转子转动带动空心轴螺纹套转动，实现第一丝杆513相对第一步进电机512上升或下降运动。同样地，第二步进电机612与第二丝杆613的连接处采用空心轴螺纹套结构，实现第二丝杆613相对第二步进电机612上升或下降运动。

一个实施例中，第一运动组件55包括第一轴承座551、第一伺服电机552、二第一运动同步轮553、第一运动同步带554、第一运动转轴550及第一运动轮556，第一导向杆53远离第一连接板52的一端连接第一轴承座551，第一伺服电机552及第一运动转轴安装于第一轴承座551，第一运动同步带554连接二第一运动同步轮553，其中一第一运动同步轮553连接第一伺服电机552，另一第一运动同步轮553连接第一运动转轴550，第一运动轮556连接第一运动转轴550。

第二运动组件65包括第二轴承座651、第二伺服电机652、二第二运动同步轮653、第二运动同步带654、第二运动转轴650及第二运动轮656，第二导向杆63远离第二连接板62的一端连接第二轴承座651，第二伺服电机652及第二运动转轴650安装于第二轴承座651，第二运动同步带654连接二第二运动同步轮653，其中一第二运动同步轮653连接第二伺服电机652，另一第二运动同步轮653连接第二运动转轴650，第二运动轮656连接第二运动转轴650。在一个较佳的实施例中，第一运动轮556和第二运动轮656的数量分别为多个，第一支腿50和第二支腿60站立更稳。

一个实施例中，第一支腿50还包括第一导向组件56，第一导向组件56安装于底盘10，且第一导向组件56的两侧分别连接第一运动组件55及第一连接板52。

一个实施例中，第一导向组件56包括第一导向杆561及套设于第一导向杆561的第一导向套562，第一导向杆561的两端分别连接第一升降组件51与第一运动组件55。

一个实施例中，第二支腿60还包括第二导向组件66，第二导向组件66安装于底盘10上，且第二导向组件66的两侧分别连接第二运动组件65及第二连接板62。一个实施例中，第二导向组件66包括第二导向杆661及套设于第二导向杆661上的第二导向套662，第二升降组件61及第二导向套662安装于基板11，第二升降组件61远离基板11的部分连接第二连接板62，第二导向杆661的两端分别连接第二升降组件61与第二运动组件65。

底盘10上升时，第一导向套562随着底盘10沿着第一导向杆561上升，第二导向套662随着底盘10沿着第二导向杆661上升，第一导向套562与第一导向杆561，及第二导向套662与第二导向杆661的配合对底盘10的上升主要起到导向和支撑的作用。第一导向杆561与第二导向杆661还分别使得第一连接板52与第二连接板62具有固定高度，确定底盘10的运动距离限度，从而可大概估算清洁机器人100可以攀爬的台阶高度。

一个实施例中，第一支腿50与第二支腿60呈中心对称设置，即第一丝杆513与第二丝杆613沿着第一支腿50与第二支腿60的分布方向分别设于底盘10的两侧，当抬高底盘10时，底盘10的受力平衡，不会产生倾斜的问题。

如图4及图5所示，行走装置30包括行走驱动器31、连接行走驱动器31的传输组件32及连接传输组件32的全向轮33，全向轮33包括主轮34及活动安装于主轮34的周部的第一副轮组与第二副轮组，第一副轮组及第二副轮组的旋转方向与主轮34的旋转方向相异，行走驱动器31用于通过传输组件32驱动主轮34旋转进而带动全向轮33沿主轮34的旋转方向运动。

行走驱动器31驱动传输组件32，进而驱动主轮34旋转，第一副轮组及第二副轮组为从动部件，应用于运动设备如机器人后，由运动设备的运动组件驱动行走。由于主轮34的旋转方向与第一副轮组及第二副轮组的旋转方向不同，使全向轮33可以往多个方向运动，当主轮34旋转时，第一副轮组及第二副轮组不旋转，往主轮的旋转方向运动。当第一副轮组及第二副轮组旋转时，主轮34不旋转，往第一副轮组及第二副轮组旋转的方向运动，无需全向轮33扭转方向即可实现多个运动方向的切换，减去了设备转身切换运动方向所需要占用的空间，使得本实用新型的行走装置可以在狭窄的空间拐角处可以转向。例如假设主轮34的运动方向为横向，则第一副轮组及第二副轮组的运动方向为异于横向的其他方向，第一副轮组及第二副轮组的最底部抵接地面，启动行走驱动器31，通过传输组件32带动主轮34旋转，第一副轮组及第二副轮组随着主轮34的转动以主轮34的轴心为圆心做圆周运动，进而全向轮33横向运动，当切换运动方向时，主轮34停止转动，抵接地面的第一副轮组及第二副轮组旋转，并带动主轮34移动，进而全向轮33往第一副轮组及第二副轮组旋转的方向运动。本实用新型行走装置30可以切换多个方向，且不占用切换空间，行走通畅。

一个实施例中，第一副轮组包括多个间隔设置的第一副轮35，第一副轮35活动安装于主轮34的周部，第一副轮35具有第一工作面，部分第一工作面凸出主轮34，主轮34具有转动中心轴线，所有第一副轮35凸出主轮34部分的第一工作面形成第一顶圆，第一顶圆的转动中心轴线与主轮34的转动中心轴线重合，若干第一副轮35的旋转方向与主轮34的旋转方向相异。

一个实施例中，第二副轮组包括若干间隔设置的第二副轮36，第二副轮36活动安装于主轮34的周部，第二副轮36与第一副轮35间隔设置，第二副轮36具有第二工作面，部分第二工作面凸出主轮34，所有第二副轮36凸出主轮34部分的第二工作面形成第二顶圆，第二顶圆的转动中心轴线与主轮34的转动中心轴线重合，第二副轮36的旋转方向与主轮34的旋转方向相异。

第一副轮35及第二副轮36均为从动轮，且第一副轮35及第二副轮36的旋转方向与主轮34的旋转方向相异。一般地，第一副轮35及第二副轮36由第一支腿50和/或第二支腿60带动旋转，即第一支腿50和/或第二支腿60的移动驱动第一副轮35及第二副轮36的旋转。

一个实施例中，第一副轮组与第二副轮组呈相对间隔设置，且相互平行，则最底部的第一副轮351与第二副轮352的运动方向平行，转向更通畅。

一个实施例中，第一副轮35与第二副轮36为鼓形结构，第一副轮35的鼓形结构的弧形半径等于第二副轮36的鼓形结构的弧形半径。

一个实施例中，主轮34的周部设有若干活动槽37，每一活动槽37内设有副轮转轴38，每一第一副轮35通过副轮转轴38安装于一活动槽37内，每一第二副轮36通过副轮转轴38安装于一活动槽37内。

一个实施例中，传输组件32包括二行走同步轮324、行走同步带325及传动轴，行走同步带325连接二行走同步轮324，其中一行走同步轮324连接行走驱动器31，另一行走同步轮324连接传动轴，传动轴连接主轮34。

一个实施例中，一个清洁机器人100含有行走装置30的数量不少于二，且所有行走装置30呈平行设置。

如图1所示，清扫装置40安装于基板11。较优地，清扫装置40的数量为二，或者更多，可同时打扫，增加有效打扫面积，提高工作效率。

一个实施例中，如图6所示，清扫装置40包括电动毛刷辊41、吸尘罩42、收集箱43、吸尘风机44，吸尘罩42安装于基板11，电动毛刷辊41安装于吸尘罩42内，吸尘罩42设有吸尘口，吸尘罩42通过吸尘口连通吸尘风机44及收集箱43。电动毛刷辊41扫动地面，使灰尘或其他垃圾物品扬起或松动，吸尘风机44工作产生负压把灰尘其他垃圾物品通过吸尘口吸入收集箱43。

一个实施例中，清洁机器人100还包括距离传感器70，距离传感器70安装于底盘10，距离传感器70可采用超声波传感器，主要用于感应清洁机器人100相距障碍物或待清扫台阶的距离，以做出相应的反应，如转向或攀爬台阶。

清洁机器人100攀爬台阶的步骤为：

如图8至16所示，依次为步骤1至9的示意图；

步骤1：假设清洁机器人100此时在第一台阶，欲攀爬至第二台阶，第一支腿50位于靠近第二台阶的位置，第二支腿60位于远离第二台阶的位置，启动清洁机器人100；

步骤2：第一升降组件51与第二升降组件61动作，第一步进电机512沿着第一丝杆513往靠近第一连接板52的方向运动，第二步进电机612沿着第二丝杆613往靠近第二连接板62的方向运动，同时将底盘10抬高至高于第二台阶的高度；

步骤3：第一伺服电机552和/或第二伺服电机652启动，驱动第一运动轮556和/或第二运动轮656运动，带动清洁机器人100往靠近第二台阶的方向运动，底盘10靠近前方位的部分搭至第二台阶，距离传感器70感应第一支腿50相距第二台阶之间的距离，至预设距离时，第一伺服电机552和/或第二伺服电机652停止动作；

步骤4：第一步进电机512动作，使第一丝杆513相对于第一步进电机512运动，将第一运动组件55提高，相当于抬起第一支腿50；

步骤5：第二运动组件65动作，往第二台阶的方向运动，使第一支腿50搭至第二台阶，并大半部分的底盘10位于第二台阶，距离传感器70感应第二支腿60相距第二台阶的距离，至预设距离时，第二运动组件65停止动作；

步骤6：第二步进电机612动作，使第二丝杆613相对于第二步进电机612运动，将第二运动组件65提高，相当于抬起第二支腿60；

步骤7：第一运动组件55动作，往前方位的方向运动，使第二支腿60搭至第二台阶，清洁机器人100完成攀爬一个台阶；

步骤8：行走驱动器31动作，使全向轮33沿着第二台阶横向运动，并带动底盘10的万向轮12横向运动，横向清扫第二台阶；

步骤9：横扫完第二台阶，于转角处转向，行走驱动器31停止，第一运动组件55和/或第二运动组件65带动全向轮33往第一副轮35及第二副轮36的旋转方向运动，完成转角处转向，继续攀爬台阶时，保持第一支腿50在前方，第二支腿60在后方的攀爬顺序。

多个台阶的攀爬可循环上述步骤2至9的操作。

本实用新型清洁机器人100在使用时可以连接外接电源，或者清洁机器人100内部设有蓄电电池，其中，内部设蓄电电池可在较大范围内运动，不受电源连接线的长度限制。

本实用新型清洁机器人100可以实现多个运动方向的切换，切换过程中清洁机器人无需转身以转换运动方向，节省了运动空间，可以横向运动及在狭窄的空间拐角处转向，且攀爬台阶有序顺畅，可有效清洁楼梯处。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。