专利名称：路、山全能机器人的制作方法
技术领域：
本发明属于公路、爬坡、上下楼行走的机器人，适用于行动不便的人群，属于机器人 领域。
背景技术：
机器人具有稳定、方便、轻巧、污染少等优点。社会已逐步进入老年化，对于独生子 女家庭而言照顾老人将成为一大难题，老弱病残上下楼行动不便。因此开发研制一种极为 方便的机器人而增强这一群体的自立能力是非常有必要的。 实用新型内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种既可以在坡路、楼梯又可以在平地使用的机 器人。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是路、山全能机器人的机器人，其特征在 于包括机体，机体的底盘上安装驾驶座，机体两侧设置履带，两侧履带分别通过驱动轮连 接驱动电机，底盘前后两端分别设置有可缩放前桥和后桥，可缩放式前桥和后桥分别与液 压控制装置连接，液压控制装置和驱动电机分别连接操纵装置。
操纵装置既可以是人工式的操作按键，操作按键和手控柄安装在机体上部(扶手上)； 也可以是遥控装置，按照普通技术方式设置为遥控形式。
驾驶者通过操作按键或遥控器切换机器人的运动方式。当前桥和后桥处于收缩状态， 履带着地驱动电机通过驱动轮带动履带运行，使机器人为履带运行方式，该方式非常适合 爬坡，上下楼。当前桥和后桥伸出，车轮着地，并且抬起底盘，使得履带脱离地面，可縮 放式前桥的前轮为主动轮，由电机带动机器人运行，机器人变为车轮运行方式，该方式非 常适合在平地上行驶。
其中优选的方案是
履带安装在机体前端的导向轮和后端的驱动轮上，机体下部履带通过支撑轮固定。所 述的縮放式后桥分别包括左右后轮、轮轴、支撑油缸、推销油缸、推出油缸、滑槽、套管 和锁钩，滑槽固定在机体上，轮轴通过套管固定在滑键上，滑键安装在滑槽内呈滑动配合，
4滑键固定连接推出油缸的顶杆，推出油缸固定连接在机体上，后轮固定在轮轴的一端，锁 钩固定在轮轴的另一端，并与推销油缸顶端固定的推销相适应，支撑油缸安装在机体上， 其顶杆顶部设置拔齿，锁钩设置有销孔和钩子，上端固定连接轮轴，销孔与推销相适应， 钩子与支撑油缸的顶杆顶部拔齿相配合。机体两侧设置轮腔，轮腔与后轮相适应，后轮可 以放置在轮腔内部。
轮轴通过推出，拔齿将锁钩带动向下运动，轮轴完成翻转，后轮由向上状态转为向下 着地。当支撑油缸的顶杆支撑到位，后轮也到位，此时锁钩的锁孔正对推销油缸顶杆固定 的推销。推销油缸动作，推销插入销孔，完成对后轮的锁定。当转换为履带运动时，支撑 油缸回位，同时后桥的推销通过推销油缸收回，后轮由于机体的重力作用反弹，然后通过 推出油缸将后轮收回轮腔，以便于切换使用履带行进。
所述的縮放式前桥包括减震器、转向电机、涡轮减速机、桥架、轮叉和前轮，转向电 机输出轴连接涡轮减速机，涡轮减速机的输出轴穿过桥架固定连接轮叉，轮叉固定有前轮， 桥架通过减震器固定连接在机体前端。转向电机与涡轮减速机控制轮叉与前轮的转向，从 而使得整体在行进过程进行转向。减震器的油缸推动桥架上下运动，实现前轮的升高与降 低配合后轮的收缩和放出，以便于切换使用履带和车轮行进。前轮采用外转子直流电动车 车轮。
所述的机体前后重心一侧或者两侧设置缓冲器，用于下楼时支撑机体平衡，防止突然 下倾。所述的缓冲器包括油缸、油箱、推杆、折型轨道和滑轮，油缸和油箱固定在机体上， 油箱设置在油缸上方，油缸和油箱之间的油管上设置开关，油缸的顶杆顶端设置弧形滑键， 弧形滑键的末端连接推杆，折型轨道末端固定在机体上，内设有滑槽，滑槽与弧形滑键滑 动配合，折型轨道顶端底部设置滑轮。下楼机体探出楼层平台，将要下倾时，通过推杆将 折型轨道推下，在推力作用下油缸的顶杆由于弧形滑键拉动下行，油箱内的油进入油缸。 此时，关闭油管上的开关。机体下倾后，滑轮抵住下台阶地面，在油缸处获得支撑力，倾 角较小。然后微微打开开关，油缸的内的油由于顶杆的反向推力，缓缓流回油箱，同时机 体缓缓下倾，直至机体下平面与楼梯台阶平行。然后机体安全下行。
本发明的驾驶座采用吊式变形座椅，下部设置大小便设施。增加残疾人的使用功能， 并且可以保持驾驶者的平稳坐姿。所述吊式变形坐椅包括油缸，吊臂、椅背，座板，腿板， 踏脚和固定架。椅背，座板，腿板，踏脚依次转动连接组成座椅结构。椅背和座板两侧通 过油缸固定连接，油缸固定在座板上，其顶杆固定在椅背上。腿板和踏脚两侧通过油缸固 定连接，油缸固定在腿板上，其顶杆固定在踏脚上。固定油缸固定在机体中部，其
5顶杆连接腿板后部。座板中部转动连接吊臂，下部设置固定架，固定架内便于放置蓄电池。 吊臂的下部固定在固定架上，上部与座板轴式连接，同时上部与扶手轴式连接。在扶手和 吊臂之间连接弹簧，起到减震作用。
本发明液压控制装置为与各油缸连接的控制元件，包括与油缸前端和后端连接的两个 电磁阀，换向器，油泵和油箱。油箱的出油管路通过油泵分别连接换向器的两个腔。换向 器的两个回油管路连接油箱。换向器的两个腔分别通过前端电磁阀和后端电磁阀连接油缸 的前端和后端。油缸的顶杆收缩和伸出通过控制两个电磁阀即可。信号控制元件包括电源 和按键以及相关的线路。按键控制电磁阀和油泵的通断。每个油缸的控制相同。按键和手 控柄(或称十字开关，与驱动电机、转向电机连接)设置在座椅两侧。机体设置遥控装置， 智力低下的人可由护理人员操控全部功能。
本发明机器人所具有的有益效果是通过在底盘上设置有縮放式前桥和后桥，底盘 两侧设置履带，并且与控制装置、动力装置连接，使得驾驶者可以方便的切换整体的运行 方式，上山上楼等坡度较大的道路时，采用履带运行，平地或者坡度较小的路面时，采用 车轮运行，使得使用者驾驶出行方便。通过增加设置吊式变形座椅和大小便设施，使得更 加方便残疾人使用。本发明是坡路、楼梯、平地行走的多功能机器人。
图l是本发明的结构示意图2是本发明的俯视结构示意图3是本发明可縮放式后桥打开状态参考图4是本发明可缩放式后桥结构示意图5是本发明后桥推出装置结构示意图6是本发明后桥锁定装置结构示意图7是图5的A-A视图8是本发明可縮放式前桥结构示意图9是本发明减震器结构示意图IO是本发明吊式变形座椅的结构示意图11是本发明控制油路的结构示意图12是本发明限位装置的结构示意图13是图12的B-B视图14是本发明缓冲器的结构示意图。其中1、扶手 2、椅背 3、油缸 4、手控柄 5、座板 6、手刹 7、护 盖 8、机体 9、前桥 10、导向轮 11、后轮 12、轮腔 13、支撑轮 14、 履带 15、驱动轮 16、悬吊弹簧 17、轮轴 18、支撑油缸 19、推销油缸20、 拨齿 21、滑槽 22、套管 23、推出油缸 24、锁钩 25、推销 26、滑键 27、 转向电机 28、桥架 29、涡轮减速机 30、导向叉 31、导向管 32、连接器 33、 轮叉 34、前轮 35、顶杆 36、油缸 37、减震弹簧 38、限位装置 39、吊臂 40、腿板41、油缸42、踏脚 43、油缸44、固定架45、油缸46、 52
电磁阀47、换向器48、按键49、电源50、油箱51、油泵52、驱动电机 53、减震器54、电压表55、调速器 56、轴承57、拨齿58、拨块 59、 万向节60、杆61、转轴62、定位块63、连接块64、油箱65、推杆 66、 折型轨道67、滑轮68、弧形滑键70、油箱。
具体实施例方式
下面结合实施例附图对本发明作进一步描述-
如图l、图2所示，本发明包括安装在机体8底盘上的驾驶座。底盘上设置有可缩放 式前桥和后桥。机体两侧分别设置履带14，履带14通过驱动轮15连接驱动电机52 (采 用直流电动机)，驱动电机52带动履带运行，并通过使一侧的驱动电机运转另一侧的电机 不运转而发生转向。履带14安装在机体前端的导向轮10和后端的驱动轮15上，下部履 带14通过支撑轮13固定，上部履带14设置护盖7，护盖7固定在机体8上。后桥的后轮 11可以锁进在机体8两侧的轮腔12内。驾驶座包括吊式变形座板5、椅背2、油缸3，椅 背2与座板5通过油缸3连接，座板5下部是大小便设施和蓄电池。座板5两侧设置扶手 l和手控柄4、手刹6、悬吊弹簧16。机体8前后重心一侧或者两侧设置缓冲器。在机体8 前后重心一侧或者两侧设置缓冲器，用于下楼时支撑机体平衡，防止突然下倾。
如图3-7所示，缩放式后桥包括后轮ll、轮轴17、支撑油缸18、推销油缸19、推出 油缸23、滑槽21、套管22和锁钩24。机体8两侧设置轮腔12，轮腔12与后轮11相适 应，后轮11可收缩在轮腔内，后轮11固定设置在轮轴17 —端，锁钩24固定在轮轴17 另一端，与推销油缸19顶端固定的推销25相适应。支撑油缸18的顶杆顶部设置拨齿20。
轮轴17通过套管22固定在滑键26上。滑键26固定在滑槽21内成滑动配合。滑键 26固定连接推出油缸23的顶杆。推出油缸23固定连接机体8。推出油缸23主要作用在 于接到信号后，负责将轮轴17推出，从而达到将车轮11推出轮腔12的目的，同时也负 责收回。锁钩24设置有销孔和钩子，上端固定连接轮轴17，销孔与推销25相适应，钩子与支 撑油缸18的顶杆顶部拨齿20相配合。当后轮11推出轮腔12后，锁钩24随轮轴17运动 至拨齿20下方，然后支撑油缸18顶杆推出。在机体8推起的同时拨齿20将锁钩24带动 向下运行，轮轴17完成翻转，后轮11由向上状态转为向下着地。当支撑油缸18的顶杆 支撑到位，后轮ll也到位，此时锁钩24的销孔正对推销油缸19顶杆固定的推销25。推 销油缸19动作，推销25插入销孔。锁钩24固定于机体8。
如图8所示，缩放式前桥9包括减震器、转向电机27、涡轮减速机29、桥架28、轮 叉33和前轮34。转向电机27的输出轴连接涡轮减速机29，涡轮减速机29的输出轴穿过 桥架28固定连接轮叉33。轮叉33固定前轮34。桥架28通过减震器略倾斜安装固定连接 在机体8前端，并且通过限位装置38限位固定。
转向电机27由涡轮减速机29控制轮叉33与前轮34的转向，从而使得整体在行进过 程行进过程进行转向。前轮34采用外转子直流电动车车轮，使用车轮行进时提供前进动 力。
如图12、 13所示提供了限位装置38的一种实现形式。限位装置38包括轴承56、拨 齿57、拨块58、万向节59、杆60、转轴61、定位块62和连接块63，定位块62固定连 接在机体8上，定位块62中部设置槽，槽中嵌有连接块63，定位块62和连接块63通过 转轴61固定在一起，连接块63可以在转抽61的作用下转动，定位块62外侧通过转轴61 固定连接拨块58，连接块63顶端设置轴承56。轴承56即桥架28的限位块。拨块58为 弧形，与另一弧形拨齿57相互配和。拨齿57通过万向节59连接杆60。旋转杆60时，万 向节59可以在任何方向实现对连接块63的调整，使连接块63带动轴承56旋转，当前桥 带动前轮伸出，前轮着地时，轴承56将前桥限位锁定，使前桥不再翻转，当转换为履带 运行时，旋转杆60将轴承56收回，前桥翻转。
如图9所示，减震器包括导向叉30、导向管31、减震弹簧37、连接器32和油缸36。 连接器32上部固定两个导向管31。导向管31内设置有减震弹簧37，两个导向管31分别 对应U型导向叉30的两个插脚，插脚安装在导向管31中。导向叉30的横梁中间固定连 接油缸36的顶杆35。
使用时，连接器32连接在缩放式前桥的桥架28上，油缸36固定连接机体8的前端。 油缸36可以推动整个减震器带动前桥9向上运动，当使用车轮行进时油缸36处于收缩状 态。转换行进方式时，减震器的油缸36推动桥架28向上运动，桥架28 —边向外运动一 边向下运动，并且将机体8前端顶起脱离地面，此时，桥架28靠紧限位装置38的限位块(即轴承56),实现前桥9伸出前轮34限位固定。然后前轮34通过转向电机27控制转向 成为前进状态，配合后轮11放出，以便于切换使用车轮行进。切换使用履带行进时，通 过限位装置38将限位块(即轴承56)收回，同时减震器的油缸36推动桥架28向上运动， 由于轴承的限位作用使得桥架28相对与机体8实现倾斜向里运动。同时前轮34通过转向 电机27控制转向成为与地面平行状态，完成前桥收回。然后配合后轮收回，以便于切换 履带行进。
如图10所示，吊式变形座椅包括油缸3、油缸41、油缸43，吊臂39、椅背2，座板 5，腿板40，踏脚42和固定架44。椅背2,座板5，腿板40，踏脚42依次转动连接(按 照公知技术结构)组成座椅结构。椅背2和座板5两侧通过油缸3固定连接，油缸3固定 在座板5上，其顶杆固定在椅背2上。腿板40踏脚42两侧通过油缸41固定连接，油缸 41固定在腿板40上，其顶杆固定在踏脚42上。固定油缸43固定在机体8中部，其顶杆 连接腿板40后部。座板5中部转动连接吊臂39，下部设置固定架44，固定架44内设置 蓄电池，吊臂39的下部固定在固定架上，上部与座板5轴式连接，同时上部与扶手l轴 式连接。在扶手和吊臂之间连接弹簧16，起到减震作用。
油缸3、油缸41、油缸43处于收缩状态时，椅背2，座板5，腿板40和踏脚42成座 椅状态；油缸3、油缸41、油缸43处于伸出状态时，椅背2，座板5，腿板40和踏脚42 之间的夹角很小，呈床状态。由于重心靠下，当驾驶者坐在座椅上时，无论机体8处于 什么倾斜角度，由于吊臂39的作用，座椅总保持正常乘坐角度。
如图11所示，液压控制装置为与各油缸连接的控制元件，包括油缸45，电磁阀46、 52，换向器47 ,油泵51和油箱50。油箱50的出油管路通过油泵51分别连接换向器47 的两个油腔。换向器47的两个腔分别通过电磁阀46、52连接油缸45的前端和后端。油 缸45的顶杆收縮和伸出通过控制电磁阀46、 52即可。信号控制装置包括电源49和按键 48以及相关的线路。按键48控制电磁阀46、 52和油泵51防的通断。
以上控制油路的组成方式根据需要分别设置在縮放式前、后桥，吊式变形座椅两侧， 吊式变形座椅底部便盆开口的控制。信号控制装置的按键48 (图2所示的1、 2、 3、 4和 1' 2 '3' 4 '对应，设定一个是进，如1为进，另一个是退，如1'为退)和手控柄5, 设置在座椅5两侧，也可以根据需要转换为遥控装置。
如图14所示，本发明缓冲器的结构示意图。所述的缓冲器包括油缸69、油箱64、推 杆65、折型轨道66和滑轮67，油缸69和油箱64固定在机体8上，油箱64设置在油缸
9上方，油缸69和油箱64之间的油管上设置开关70，油缸的顶杆顶端设置弧形滑键68， 弧形滑键68的末端连接推杆65，折型轨道66末端固定在机体8上，内设有滑槽，滑槽与 弧形滑键68滑动配合，折型轨道66顶端底部设置滑轮67。
下楼机体8探出楼层平台，将要下倾时，通过推杆65将折型轨道66推下，在推力作 用下油缸69的顶杆由于弧形滑键68拉动下行，油箱64内的油进入油缸69。此时，关闭 油管上的开关70。机体8下倾后，滑轮67抵住下台阶地面，在油缸69处获得支撑力，倾 角较小。然后微微打开开关70，油缸69的内的油由于顶杆的反向推力，缓缓流回油箱64， 同时机体8缓缓下倾，直至机体8下平面与楼梯台阶平行，然后机体8安全下行。推杆65 通过手动操作。
工作过程使用履带14爬坡时，前桥9和后桥处于收縮状态，履带14着地，直流电 动机通过驱动轮15带动履带14运转。
权利要求
1、一种路、山全能机器人，其特征在于包括机体(8)，机体(8)的底盘上安装驾驶座，机体两侧设置履带(14)，两侧履带(14)分别通过驱动轮(15)连接驱动电机(52)，底盘前后两端分别设置有可缩放前桥和后桥，可缩放式前桥和后桥分别与液压控制装置连接，液压控制装置和驱动电机(52)分别连接操纵装置。
2、 根据权利要求1所述的路、山全能机器人，其特征在于所述操纵装置为操作按键 (48)和手控柄(4)，操作按键和手控柄安装在机体上部。
3、 根据权利要求l所述的路、山全能机器人，其特征在于所述操纵装置为遥控装置。
4、 根据权利要求1所述的路、山全能机器人，其特征在于所述履带(14)安装在机 体前端的导向轮(10)和后端的驱动轮(15)上，机体下部履带通过支撑轮(13)固定。
5、 根据权利要求1所述的路、山全能机器人，其特征在于所述的缩放式后桥分别包 括左右后轮(11)、轮轴(17)、支撑油缸(18)、推销油缸(19)、推出油缸(23)、滑槽(21)、套管(22)和锁钩(24)，滑槽(21)固定在机体上，轮轴(17)通过套管(22) 固定在滑键(26)上，滑键(26)安装在滑槽(21)内呈滑动配合，滑键(26)固定连接 推出油缸(23)的顶杆，推出油缸(23)固定连接在机体上，后轮(11)固定在轮轴(17) 的一端，锁钩(24)固定在轮轴(17)的另一端，并与推销油缸(19)顶端固定的推销(25) 相适应，支撑油缸(18)安装在机体上，其顶杆顶部设置拔齿(20)，锁钩(24)设置有 销孔和钩子，上端固定连接轮轴(17)，销孔与推销(25)相适应，钩子与支撑油缸(18) 的顶杆顶部拔齿(20)相配合，机体两侧设置轮腔(12),轮腔(12)与后轮(11)相适 应。
6、 根据权利要求l所述的路、山全能机器人，其特征在于所述的縮放式前桥(9)包 括减震器、转向电机(27)、涡轮减速机(29)、桥架(28)、轮叉(33)和前轮(34)，转 向电机(27)输出轴连接涡轮减速机(29)，涡轮减速机(29)的输出轴穿过桥架(28) 固定连接轮叉(33)，轮叉(33)固定有前轮(34)，桥架(28)通过减震器固定连接在机 体(8)前端。
7、 根据权利要求6所述的路、山全能机器人，其特征在于所述减震器包括导向叉(30)、 导向管(31)、减震弹簧(37)、连接器(32)和油缸(36)，连接器(32)上部固定两个 导向管(31)，导向管(31)内设置有减震弹簧(37),两个导向管(31)分别对应U型导向叉(30)的两个插脚，插脚安装在导向管(31)中，导向叉(30)的横梁中间固定连接 油缸(36)的顶杆(35)。
8、 根据权利要求6所述的路、山全能机器人，其特征在于所述桥架(28)与限位装 置(38)配合，限位装置(38)包括轴承(56)、拨齿(57)、拨块(58)、万向节(59)、 杆(60)、转轴(6D、定位块(62)和连接块(63)，定位块(62)固定连接在机体(8)上，定位 块(62)中部设置槽，槽中嵌有连接块(63),定位块(62)和连接块(63)通过转轴(61)固定在 一起，定位块(62)外侧通过转轴(61)固定连接拨块(58)，连接块(63)顶端设置轴承(56)， 拨块(58)为弧形，与另一弧形拨齿(57)相互配和,拨齿(57)通过万向节(59)连接杆(60)。
9、 根据权利要求1所述的路、山全能机器人，其特征在于所述机体前后重心一侧或 者两侧设置缓冲器，该缓冲器包括油缸(69)、油箱(64)、推杆(65)、折型轨道(66) 和滑轮(67)，油缸(69)和油箱(64)固定在机体(8)上，油箱(64)设置在油缸(69) 上方，油缸和油箱之间的油管上设置开关(70),油缸的顶杆顶端设置弧形滑键(68)，弧 形滑键的末端连接推杆(65)，折型轨道(66)末端固定在机体上，内设有滑槽，滑槽与 弧形滑键(68)滑动配合，折型轨道顶端底部设置滑轮(66)。
10、 根据权利要求l所述的路、山全能机器人，其特征在于所述驾驶座采用吊式变形 座椅，该吊式变形坐椅包括油缸、吊臂(39)、椅背(2)、座板(5)、腿板(40)、踏脚(42) 和固定架(44)，椅背(2)，座板(5)，腿板(40)和踏脚(42)依次转动连接组成座椅 结构，椅背和座板两侧通过油缸(3)固定连接，油缸(3)固定在座板(5)上，其顶杆 固定在椅背(2)上，腿板(40)和踏脚(42)两侧通过油缸(41)固定连接，油缸(41) 固定在腿板(40)上，其顶杆固定在踏脚(42)上，固定油缸(43)固定在机体中部，其 顶杆连接腿板(40)后部，座板中部与吊臂(39)转动连接，座板(5)下部设置固定架(44)，吊臂(39)的下部固定在固定架(44)上，上部与座板(5)轴式连接，同时顶部 与扶手(1)轴式连接。
全文摘要
路、山全能机器人，包括机体，机体的底盘上安装驾驶座，机体两侧设置履带，两侧履带分别通过驱动轮连接驱动电机，底盘前后两端分别设置有可缩放前桥和后桥，可缩放式前桥和后桥分别与液压控制装置连接，液压控制装置和驱动电机分别连接操纵装置。驾驶者通过操作按键或遥控器切换机器人的运动方式。当前桥和后桥处于收缩状态，履带着地，驱动电机通过驱动轮带动履带运行，使机器人为履带运行方式，非常适合爬坡，上下楼。当前桥和后桥伸出，车轮着地，并且抬起底盘，使得履带脱离地面，可缩放式前桥的前轮为主动轮，机器人变为车轮运行方式，该方式非常适合在平地上行驶。本发明还通过增加设置吊式变形座椅，使得更加方便残疾人使用。
文档编号B62D57/00GK101665127SQ200810139720
公开日2010年3月10日 申请日期2008年9月2日 优先权日2008年9月2日
发明者乔东岳, 乔鲁刚, 亓传国, 侯树德, 刘连旺, 刘鲁闽, 夏国华, 李富文, 李新军, 杨荣杰, 王占岺, 谷和长, 忠 邓, 韩克礼, 韩宪桐 申请人:侯树德;韩克礼