一种利用平行四边形机构构成的爬楼机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及爬行机器人技术领域，具体而言，涉及一种利用平行四边形机构构成的爬楼机器人。
【背景技术】
[0002]在日常生活和生产中人们经常要把重物搬上楼梯，传统的方法基本是靠人力搬运完成。但是当重物过重或是人手不足时，搬运就无法成功，因此人们发明了多种爬楼装置来克服这个难题，保障人身安全，改善劳动环境，提高劳动生产率。按原理来分，这些装置主要分为轮组式、履带式和步行式。
[0003]轮组式爬楼装置上下楼梯时平稳性不高，重心起伏较大，且装置体积较大，很难在普通住宅楼梯上使用。履带式爬楼装置重量大、运动不够灵活、爬楼时在楼梯边缘造成巨大的压力，对楼梯有一定的损坏，且平地使用所受阻力较大，这些问题限制了其在日常生活中的推广使用。与前两种相比步行式爬楼装置模仿动物爬行的动作，可视为多足爬行机器人，采用多条机械腿交替升降、支撑座椅爬楼的原理，爬楼时重心平稳，运动灵活，适合不同尺寸的楼梯。因此，多足爬行机器人可以取代轮组式、履带式机器人完成多种运输、探测作业。
[0004]现有多足爬行机器人一般的典型设计包括双足人形机器人，四足机器人和六足机器人，足部结构多为串联结构。四足机器人静态稳定性能大大优于二足，且机构的冗余和控制复杂程度比六足和八足简单。而串联结构相比于并联结构来说具有累积误差、精度较低，结构不紧凑、刚度低、承载能力小等缺点。
[0005]例如公开号CN 104760630 A中国发明专利，其公开了一种仿人步态爬楼梯机器人，包括四只结构相同的脚部、连接部分及控制系统;其中，每一脚部包括安装板，前脚掌及后脚掌呈Z字形状安装于安装板的两侧，驱动装置安装于安装板中；沿楼梯的爬升方向，位于前面的两脚部为前脚，位于后面的两脚部为后脚，前脚通过所述连接部分与后脚相连接；所述控制系统与所述驱动装置电性相接并控制所述驱动装置。该发明的仿人步态爬楼梯机器人的结构和连接方式是在仿照人体脚结构的基础上，结合楼梯自身的形状所设计出来的，其行走的状态与人上楼梯的状态基本相似，不会对楼梯本身造成破坏，具有较高的稳定性。但该机器人主要依靠前脚掌和后脚掌与楼梯接触，其所能承受的承载力小，而且脚掌的端部贴合在楼梯上对楼梯会造成磨损。
[0006]又例如授权公告号为CN 202997150U的中国实用新型专利，其公开了一种四足爬楼梯机器人机构，其包括上体和与其连接的四个并联足部，每个足部包括与上体固接的固定平台、触脚和连接在固定平台和触脚之间的三条结构相同的运动支链，三条运动支链轴对称均匀布置，每条运动支链包括主动臂和从动臂，主动臂的一端与旋转驱动装置连接，主动臂的另一端与一空心球形接头固接，旋转驱动装置固定在固定平台的下面;与三条运动支链的三个空心球形接头同心嵌装形成触脚，相邻两个空心球形接头之间形成球面副。该技术方案能够自动行走、上下楼梯，可携带较大负重，保证在行动中机器人上体始终保持水平，但其结构较为复杂，而且其的行走机构是由三条运动支链组成的，其行走的过程较为复杂，而且稳定性比较低。
【发明内容】
[0007]为了解决现有技术中精度较低，结构不紧凑、刚度低、承载能力小等缺点，通过设计为平行四边形机构实现机器人的稳定性。
[0008]为了实现上述目的，本发明的技术方案是:
一种利用平行四边形机构构成的爬楼机器人，包括框架、主动X支架、从动X支架和行走足，所述行走足由第一行走足支撑轴和第二行走足支撑轴支撑;主动X支架与动力输入轴连接;从动X支架与支撑轴连接;动力输入轴、支撑轴、第一行走支撑轴、第二行走支撑轴、主动X支架以及从动X支架构成平行四边形机构。平行四边形机构的引入使得所有各行走足的底板始终与地面平行，从而提高了整个机器人的工作稳定性;机器人的行走时，只要行走足底板与地面结合，就可以保证行走足支腿与地面垂直，从而保证框架与地面垂直，框架上的货物不会掉落。
[0009]优选的是，所述主动X支架与从动X支架的外形为X形结构板。
[0010]在上述任一方案中优选的是，所述主动X支架与从动X支架之间设有四个行走足。
[0011]在上述任一方案中优选的是，所述行走足上设有两根销轴，在机器人行走时，行走足始终与地面垂直，从而保证了机器人的稳定性。
[0012]在上述任一方案中优选的是，所述机器人由四套爬楼机构组成，四套爬楼机构两两构成前、后、左、右四组爬楼机构，并由同一个动力源驱动，因此可以保证四套爬楼机构的运行同步。
[0013]在上述任一方案中优选的是，所述四套爬楼机构分别为前排左侧爬楼机构、前排右侧爬楼机构、后排左侧爬楼机构和后排右侧爬楼机构。
[0014]在上述任一方案中优选的是，所述前排左侧爬楼机构与后排左侧爬楼机构通过两根前后保持连杆构成平行四边形机构，保证行走足底板与楼梯地面接触。
[0015]在上述任一方案中优选的是，所述前排右侧爬楼机构与后排右侧爬楼机构通过两根前后保持连杆构成平行四边形机构，保证行走足底板与楼梯地面接触。
[0016]在上述任一方案中优选的是，所述前排左侧爬楼机构与前排右侧爬楼机构组成前行走机构;后排左侧爬楼机构与后排右侧爬楼机构组成后行走机构。
[0017]在上述任一方案中优选的是，所述主动X支架由驱动机构直接驱动。
[0018]在上述任一方案中优选的是，所述主动X支架通过齿轮传动机构驱动从动X支架。
[0019]在上述任一方案中优选的是，所述齿轮传动机构的传动比为1:1，从而保证了主动X支架与从动X支架运行方向及运动速度的一致性。
[0020]在上述任一方案中优选的是，所述齿轮传动机构包括第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮。
[0021 ]在上述任一方案中优选的是，所述齿轮传动机构与四个行走足、主动X支架以及从动X支架构成四个平行四边形机构。
[0022]在上述任一方案中优选的是，所述行走足与第一行走足支撑轴、第二行走足支撑轴通过行走足支腿连接。
[0023]本发明的利用平行四边形机构构成的爬楼机器人的工作过程为:驱动机构开启后，前排左侧爬楼机构中的主动支架以及前排右侧爬楼机构中的主动X支架绕着动力输入轴转动，并通过齿轮机构带动从动X支架绕支撑轴转动，从而带动前行走机构中的行走足向上抬起的同时向前行走，与此同时动力通过蜗轮蜗杆传动，或链传动等方式(非本专利申请要件，图中未示出)同步输送给后排左侧爬楼机构、后排右侧爬楼机构，带动下后排左侧爬楼机构及后排右侧爬楼机构的主动X支架转动，从而带动后行走机构中的行走足同步向上抬起，同时同步向前行走。由于前排左侧爬楼机构与后排左侧爬楼机构通过前后保持连杆构成平行四边形机构;前排右侧爬楼机构与后排右侧爬楼机构通过前后保持连杆构成平行四边形机构，保证行走足底板与楼梯地面接触。另外，动力输入轴、支撑轴、第一行走支撑轴、第二行走支撑轴、主动X支架以及从动X支架构成平行四边形机构。平行四边形机构的引入使得所有各行走足的底板始终与地面平行，从而提高了整个机器人的工作稳定性;机器人的行走时，只要行走足底板与地面结合，就可以保证行走足支腿与地面垂直，从而保证框架与地面垂直，框架上的货物不会掉落。
【附图说明】
[0024]图1为按照本发明的利用平行四边形机构构成的爬楼机器人的一优选实施例的结构示意图。
[0025]图2为按照本发明的利用平行四边形机构构成的爬楼机器人的图1所示优选实施例中前、后爬楼机构的结构示意图。
[0026]图3为按照本发明的利用平行四边形机构构成的爬楼机器人的图1所示优选实施例中主动X支架与从动X支架连接关系的结构示意图。
[0027]图4为按照本发明的利用平行四边形机构构成的爬楼机器人的图3所示优选实施例的拆分图。
[0028]图5为按照本发明的利用平行四边形机构构成的爬楼机器人的图3所示优选实施例中的侧视图。
[0029]图6为按照本发明的利用平行四边形机构构成的爬楼机器人的图2所示优选实施例的原理图。
[0030]图7为按照本发明的利用平行四边形机构构成的爬楼机器人的图3所示优选实施例中行走足的结构示意图。
[0031]图8为按照本发明的利用平行四边形机构构成的爬楼机器人的图3所示优选实施例的结构简化图。
[0032]图9为按照本发明的利用平行四边形机构构成的爬楼机器人的图2所示优选实施例中前、后爬楼机构的简化图。
[0033]图10为按照本发明的利用平行四边形机构构成的爬楼机器人的图1所示优选实施例的工作原理图。
【具体实施方式】
[0034]下面结合说明书附图对本发明的利用平行四边形机构构成的爬楼机器人的【具体实施方式】作进一步的说明。
[0035]如图1所示，按照本发明的利用平行四边形机构构成的爬楼机器人的一优选实施例的结构示意图。一种利用平行四边形机构构成的爬楼机器人，包括框架1、主动X支架2、从动X支架3和行走足4，所述行走足4由第一行走足支撑轴7和第二行走足支撑轴8支撑;主动X支架2与动力输入轴10连接;从动X支架3与支撑轴9连接(如图6所示)。动力输入轴10、支撑轴9、第一行走支撑轴7、第二行走支撑轴8、主动X支架2以及从动X支架3构成平行四边形机构14(如图6所示)。平行四边形机构的引入使得所有各行走足4的底板始终与地面平行，从而提高了整个机器人的工作稳定性;机器人的行走时，只要行走足4的底板与地面结合，就可以保证行走足支腿6与地面垂直，从而保证框架I与地面垂