一种智能攀爬机器人的制作方法

本实用新型涉一种智能攀爬机器人，属机器人技术领域。

背景技术：

在当今社会，虽然电梯已经用得比较普遍了，但是，也还有很多地方，如层数不高的楼房、老旧的住宅楼房、还有许多旅游景点以及一些山路阶梯等等，基本上没有安装电梯。这对于这些地方的人们、特别是老年人、腿部有残疾的人出行非常不便，而且运送重物也非常困难。

很多年来，人们总在不断地研究爬楼的机械和设备等，到目前为止，这些研究有的是在实验阶段，只能观赏。有的虽然已造出样机，但使用方面还难以达到预期效果。这些样品有的缺乏智能性，有的需要人工辅助才能完成爬楼，基本不能投入实际运用或使用时操作困难，工作效率低下，安全性及可靠性相对较差。

针对以上问题，迫切需要开发设计一种具有触觉、视觉，受智能化控制的智能攀爬机器人设备。用于实现攀爬楼道、坡地，其工作过程中不需人工辅助，能够自行上下阶梯，以满足实际使用的需要，并创造出极大的社会效益和经济效益。

技术实现要素：

为了解决现有分类技术上的一些不足，本实用新型提供一种智能攀爬机器人。

为了实现上面提到的效果，提出了一种智能攀爬机器人及使用方法，其包括以下步骤：

一种智能攀爬机器人，包括E型机架、U型机架、载物箱、升降抬举机构、行走机构、水平滑移机构、制动交换机构以及动力和智能电气控制系统，其中E型机架、U型机架同轴分布，且U型机架嵌于E型机架前端面并与E型机架间通过水平滑移机构相互连接，水平滑移机构分别与E型机架、U型机架同轴分布，并与水平面平行分布，升降抬举机构至少四个，分别嵌于E型机架四个顶角位置，且升降抬举机构轴线与水平面垂直分布，制动交换机构共有两组，分别安装在U形机架的两侧，并与行走机构相互连接，行走机构至少三个，分别安装在E型机架、U型机架下端面，其中U型机架下端面设至少两个行走机构并与制动交换机构连接，E型机架下端面设至少一个行走机构，载物箱安装在U型机架上端面并与U型机架同轴分布，智能电气控制系统包括视觉传感器、触觉传感器、驱动电源及控制电路，其中视觉传感器、触觉传感器均若干个，其中一个视觉传感器和一个触觉传感器构成一个工作组，各工作组中其中E型机架、U型机架的前端面底部和下端面前部均设至少一个工作组，且各工作组内的视觉传感器、触觉传感器轴线均分别与其所在的端面垂直分布，其中E型机架下端面工作组中的触觉传感器嵌于升降抬举机构下端面，驱动电源及控制电路均安装在E型机架外表面，其中控制电路分别与升降抬举机构、行走机构、水平滑移机构、制动交换机构以及动力和智能电气控制系统的视觉传感器、触觉传感器、驱动电源电气连接。

进一步的，所述的升降抬举机构包括升降丝杆、升降丝套、蜗杆机构及升降电机，其中所述的升降丝套嵌于E型机架内，并包覆在升降丝杆外，且所述的升降丝杆与升降丝套间相互啮合，所述的蜗杆机构及升降电机均安装在E型机架上，且所述的升降电机通过蜗杆机构与升降丝套相互连接，所述的升降电机与智能电气控制系统的控制电路电气连接。

进一步的，所述的水平滑移机构包括丝杆、分合丝套、分合电机、延伸套管、导柱、扇形齿轮组，其中所述的分合丝套和延伸套管均嵌于U型机架内，其中所述的分合丝套与U型机架同轴分布，并包覆在丝杆外且与丝杠相互啮合，所述的延伸套管以分合丝套轴线对称分布，并与分合丝套轴线平行分布，所述的延伸套管包覆在导柱外并与导柱间滑动连接，所述的丝杆和导柱末端均与E型机架后端面相互连接，其中所述的丝杆末端位于E型机架后端面外并通过扇形齿轮组与分合电机相互连接，所述的分合电机和扇形齿轮组均安装在E型机架后端，其中分合电机与智能电气控制系统的控制电路电气连接。

进一步的，所述的制动交换机构包括棘齿、棘爪、推拉杆、电磁铁，其中所述的棘齿与行走机构的轮轴相互连接并同轴分布，所述的棘爪与U型机架铰接，且末端通过推拉杆与电磁铁相互连接，所述的棘爪与U型机架间另设压紧弹簧，且所述的压紧弹簧分别与棘爪和U型机架连接，所述的电磁铁与智能电气控制系统的控制电路电气连接。

进一步的，所述的载物箱下端面均布至少四个导向轮，并通过导向轮与E型机架上端面连接。

进一步的，所述的导向轮对应的E型机架上端面设导向轨。

进一步的，所述的控制电路为基于工业单片机或可编程控制器中任意一种的自动控制电路。

本实用新型结构较简单，制作比较容易，成本低，安装使用方便，集成化、自动化程度高，承载能力、环境适应能力及通用性好，一方面有效解决在没有电梯等辅助设备的楼道、坡道等环境中的中运输重物、及协助行动困难的人员运行，另一方面承载力好，动力输出平缓稳定，在有效提高攀爬作业工作效率的同时，另有有效的提高了攀爬作业过程中的稳定性和舒适性，避免因震动而导致的货物受损及人体不适感增加。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本实用新型；

图1为本实用新型侧面示意图；

图2为本实用新型正面结构示意图；

图3为本实用新型D向结构示意图；

图4为本实用新型N-N向结构示意图；

图5为制动交换机构结构示意图

图6本实用新型方法流程图。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

如图1—5所述的一种智能攀爬机器人，包括E型机架1、U型机架2、载物箱3、升降抬举机构4、行走机构5、水平滑移机构6、制动交换机构7以及动力和智能电气控制系统，其中E型机架1、U型机架2同轴分布，且U型机架2嵌于E型机架1前端面并与E型机架1间通过水平滑移机构6相互连接，水平滑移机构6分别与E型机架1、U型机架2同轴分布，并与水平面平行分布，升降抬举机构4至少四个，分别嵌于E型机架1四个顶角位置，且升降抬举机构4轴线与水平面垂直分布，制动交换机构7共有两组，分别安装在U形机架2的两侧，并与行走机构5相互连接，行走机构5至少三个，分别安装在E型机架1、U型机架2下端面，其中U型机架2下端面设至少两个行走机构5并与制动交换机构7连接，E型机架1下端面设至少一个行走机构5，载物箱3安装在U型机架2上端面并与U型机架2同轴分布，智能电气控制系统包括视觉传感器8、触觉传感器9、驱动电源10及控制电路11，其中视觉传感器8、触觉传感器9均若干个，其中一个视觉传感器8和一个触觉传感器9构成一个工作组，各工作组中其中E型机架1、U型机架2的前端面底部和下端面前部均设至少一个工作组，且各工作组内的视觉传感器8、触觉传感器9轴线均分别与其所在的端面垂直分布，其中E型机架1下端面工作组中的触觉传感器9嵌于升降抬举机构下端面，驱动电源10及控制电路11均安装在E型机架1外表面，其中控制电路11分别与升降抬举机构4、行走机构5、水平滑移机构6、制动交换机构7以及动力和智能电气控制系统的视觉传感器8、触觉传感器9、驱动电源10电气连接。

本实施例中，所述的升降抬举机构4包括升降丝杆41、升降丝套42、蜗杆机构43及升降电机44，其中所述的升降丝套42嵌于E型机架1内，并包覆在升降丝杆41外，且所述的升降丝杆41与升降丝套42间相互啮合，所述的蜗杆机构43及升降电机44均安装在E型机架1上，且所述的升降电机44通过蜗杆机构43与升降丝套42相互连接，所述的升降电机44与智能电气控制系统的控制电路11电气连接。

本实施例中,所述的升降丝杆41下端面设定位吸盘45。

本实施例中，所述的水平滑移机构6包括丝杆61、分合丝套62、分合电机63、延伸套管64、导柱65、扇形齿轮组66，其中所述的分合丝套62和延伸套管64均嵌于U型机架2内，其中所述的分合丝套62与U型机架2同轴分布，并包覆在丝杆61外且与丝杠61相互啮合，所述的延伸套管64以分合丝套62轴线对称分布，并与分合丝套62轴线平行分布，所述的延伸套管64包覆在导柱65外并与导柱65间滑动连接，所述的丝杆61和导柱65末端均与E型机架1后端面相互连接，其中所述的丝杆61末端位于E型机架1后端面外并通过扇形齿轮组66与分合电机63相互连接，所述的分合电机63和扇形齿轮组66均安装在E型机架1后端，其中分合电机63与智能电气控制系统的控制电路11电气连接。

本实施例中，所述的制动交换机构7包括棘齿71、棘爪72、推拉杆73、电磁铁74，其中所述的的棘齿71与行走机构5的轮轴相互连接并同轴分布，所述的棘爪72与U型机架2铰接，且末端通过推拉杆73与电磁铁74相互连接，所述的棘爪72与U型机架2间另设压紧弹簧75，且所述的压紧弹簧75分别与棘爪72和U型机架2连接，所述的电磁铁74与智能电气控制系统的控制电路11电气连接。

本实施例中，所述的载物箱3下端面均布至少四个导向轮12，并通过导向轮12与E型机架1上端面铰接。

本实施例中，所述的导向轮12对应的E型机架1上端面设导向轨13。

本实施例中，所述的控制电路11为基于工业单片机或可编程控制器中任意一种的自动控制电路。

如图2所示，一种智能攀爬机器人的运行方法，包括以下步骤：

第一步，抬升机身，当运行中遇到台阶时，首先由位于E型机架、U型机架前端面工作组的触觉传感器检测到台阶位置，然后根据检测到的台阶位置和高度由控制电路驱动升降抬举机构运行，通过升降抬举机构将E型机架、U型机架及安装在E型机架、U型机架上的设备整体抬升，并高出上层台阶上端面至少5毫米，并在E型机架、U型机架前端面工作组的视觉传感器检测到E型机架、U型机架高度达到抬升要求后，由控制电路停止升降抬举机构运行，结束抬升作业；

第二步，平移U型机架，完成第一步后，由控制电路驱动水平滑移机构运行，由水平滑移机构推动U形机架向台阶平面方向运动，在运行过程中，一方面由U型机架下端面的行走机构对U型机架进行承载导向，另一方面通过U型机架前端面的工作组对U型机架平移位置进行定位，并直至U型机架完全平移到上层台阶上后并由工作组向控制电路反馈到位信号，然后由控制电路停止水平滑移机构运行，结束U型机架平移作业，在U型机架平移过程中，位于U型机架上端面的载物箱随同U型机架平移到上层台阶上，同时实现将机器人机身重心整体移动到上层台阶上；

第三步，E型机架平移，完成第二步作业后，将E型机架上的升降抬举机构在控制电路驱动作用下进行收缩复位，然后由控制电路驱动水平滑移机构反向运行，由水平滑移机构牵引E型机架向上层台阶平移并最终包覆到U型机架外侧，完成机器人复位，然后再次返回到第一步作业，直至完成台阶攀爬为止；

第四步，机器人平移，在完成台阶攀爬作业后，使E型机架包覆到U型机架外侧，完成机器人复位，然后在控制电路驱动下，由行走机构驱动机器人进行移动运行，并在遇到台阶时返回到第一步进行攀爬作业。

本实用新型结构较简单，制作比较容易，成本低，安装使用方便，集成化、自动化程度高，承载能力、环境适应能力及通用性好，一方面有效解决在没有电梯等辅助设备的楼道、坡道等环境中的中运输重物、及协助行动困难的人员运行，另一方面承载力好，动力输出平缓稳定，在有效提高攀爬作业工作效率的同时，另有有效的提高了攀爬作业过程中的稳定性和舒适性，避免因震动而导致的货物受损及人体不适感增加。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。