专利名称：自动行驶、上下楼梯载人机器人的制作方法
技术领域：
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本实用新型属于一种机器人，特别是一种自动行驶、上下楼梯载人 机器人。
技术背景
现有残疾人使用的轮椅，只能在平路或坡度比较小的路面行驶，用 手搬动车轮驱动。如果遇到楼梯台阶将无法行驶，只能依靠他人帮助解 决，很不方便。或者说离开他人帮助自己则毫无办法。 实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种自动行驶、上下楼梯的载人机器人。 机电一体化，采用人体工程学原理，结构设计合理，性能稳定，行驶方 便，灵活。能有效地解决现有轮椅不能上下楼梯，依靠人力驱动行使的缺陷。
本实用新型的技术方案包括行驶机构、滑动机架机构、座椅推进机 构、自转弯机构和控制电路机构，其特征是
在行驶机构中，机架上通过螺栓连接推杆固定端，机架与上拉杆一 端和下拉杆架一端通过销轴连接，分别组成转动副，后轮立杆与上拉杆 另一端和下拉杆架另一端通过销轴连接，分别组成转动副，机架、上拉
杆、下拉杆架、后轮立杆构成平行四连杆机构;推杆动杆端通过螺栓连接 滑道架，滑道架通过螺栓连接滑道，推杆动杆端连接滑道架和滑道;驱动
轮连接驱动轮叉轴插入机架组成转动副，驱动轮叉轴连接转向手轮，万 向轮通过螺栓连接在机架上，转向支架通过销轴连接在后轮立杆上，组
成转动副并构成自转弯行驶机构；
在滑动机架机构中，推杆固定端通过螺栓连接蜗轮减速机，蜗轮减 速机两侧通过螺栓连接两个前腿套管，前轴穿过两个前腿套管和蜗轮减 速机，前轴键连接蜗轮减速机，前轴两端键连接滑动机构下拉杆一端， 前腿套管通过销轴连接滑动机构上拉杆一端组成转动副，后腿通过销轴 连接滑动机构上拉杆和滑动机构下拉杆另一端，分别组成转动副，前腿
套管、滑动机构上拉杆、后腿和滑动机构下拉杆构成平行四连杆机构； 推杆动杆端通过螺栓连接滑道机架，滑道机架通过螺栓连接滑动轴承， 滑道连接滑动轴承，电机连接螺杆旋入滑动机架，螺杆与滑动机架组成 螺杆副；
在座椅推进机构中，座椅架通过螺栓连接滑动轴承，滑道连接滑动轴 承，电机连接螺杆，螺杆旋入座椅架，组成螺杆副。
上述的行驶机构的滑道架通过螺栓连接滑道，滑道穿过连接在滑道 机架上的滑动轴承，同时穿过连接在座椅架上的滑动轴承，滑道将行驶 机构、滑动机架机构和座椅推进机构连接在一起。
上述的座椅推进机构中，电机连接螺杆旋入座椅架，座椅架连接滑 动轴承，电机传动连接螺杆。
上述的行驶机构中，驱动电机通过螺栓连接在驱动轮中心上，驱动 电机的轴通过螺母连接在驱动轮叉轴上，驱动轮叉轴插入机架组成转动 副，驱动轮叉轴连接转向手轮，作为从动轮的万向轮通过螺栓连接在机 架上。
本实用新型具有的优点将行驶机构、滑动机架机构、座椅推进机 构通过滑道(1)连接在一起，在添加自转弯机构和控制电路机构，并 采用人机工程原理，设计成机电一体化产品，完成自动行驶，上下楼梯
台阶，可自转弯36(T的载人功能。该机器人是机电一体化产品，采用
人体工程学原理，结构设计合理，性能稳定，行驶方便，灵活。它有效 地解决了现有轮椅不能上下楼梯，依靠人力驱动行使的缺陷。
图l是本实用新型的结构示意图。
图2是图1的左视图。 图3本实用新型行驶机构图。 图4是图3的A-A剖视图 图5是本实用新型滑动机架机构图。 图6是图5的B-B剖视图。 图7是本实用新型座椅推进机构图。 图8是本实用新型自转弯机构图。 图9是本实用新型控制电路原理图。
具体实施方式
见图l一9，具体结构如下本实用新型的主要结构包括行驶机构、 滑动机架机构、座椅推进机构、自转弯机构、控制电路机构。见图1—4，
行驶机构分别设有驱动电机42，它通过螺栓连接在驱动轮41中心上， 驱动电机42的轴通过螺母连接在驱动轮叉轴38上，驱动轮叉轴38连
接转向手轮37，驱动轮叉轴38插入机架11组成转动副，万向轮47通 过螺栓连接在机架11上，推杆28固定端通过螺栓连接机架11，上拉杆 21—端和下拉杆架22—端通过销轴连接机架11，分别组成转动副，上 拉杆21另一端和下拉杆架22另一端通过销轴连接后轮立杆20，分别组 成转动副，机架ll、上拉杆21、下拉杆架22、后轮立杆20构成平行四 连杆机构。后轴39穿过后轮立杆20通过螺母固紧，后轴39两端连接 后轮18组成转动副。见图8，转向支架15通过销轴连接在后轮立杆20 上组成转动副，构成自转弯行驶机构。推杆28动杆端通过螺栓连接滑 道架29，滑道架29通过螺栓连接滑道1，滑道l穿过连接在滑道机架 29上的滑动轴承44，同时穿过连接在座椅架25上的滑动轴承33，滑道 1将行驶机构、滑动机架机构和座椅推进机构连接在一起。
推杆28动杆端连接滑道架29，能和滑道1上升与下降。滑道架29 通过螺栓连接推杆28动杆端，滑道架29通过螺栓连接电机43机座和 电机31机座。下拉杆架22连接螺杆套13，螺杆套13连接螺杆14组成 螺杆副，螺杆14连接减速器26和电机27。闭合推杆28开关k3正向， 推杆28连接滑道架29与附图l虚线内部件上升，反之，幵关k3反向， 则下降。
见图5、 6，滑动机构分别设有前腿套管4，通过螺钉连接前腿传 感器45 (k2)和前脚传感器5 (k6)，与前传感器8 (kl4)，推杆30固 定端通过螺栓连接蜗轮减速机3，蜗轮减速机3两侧通过螺栓连接两个 前腿套管4，前轴46穿过两个前腿套管4和蜗轮减速机3，前轴46通 过平键连接蜗轮减速机3，前轴46两端通过平键连接滑动机构下拉杆
23 —端，前腿套管4通过销轴连接滑动机构上拉杆24 —端组成转动副， 后腿16通过销轴连接滑动机构上拉杆24和滑动机构下拉杆23另一端 分别组成转动副，前腿套管4、滑动机构上拉杆24、后腿16、滑动机构 下拉杆23构成平行四连杆机构。后腿16通过螺钉连接后腿传感器17 (k8)。推杆30固定端可垂直滑道1上升与下降。推杆30动杆端通过 螺栓连接滑道机架7，滑道机架7通过螺栓连接滑动轴承44，滑道1连 接滑动轴承44，电机43连接螺杆2旋入滑动机架7，螺杆2与滑动机 架7组成螺杆副，可使滑动机架机构在滑道1上滑动。
见图7，座椅推进机构上的座椅架25通过螺栓连接滑动轴承33， 滑道1连接滑动轴承33，电机31连接螺杆35，螺杆35旋入座椅架25 组成螺杆副，可使座椅架25在滑道1上滑动。
见图9，控制电路机构如下
上楼梯电路总开关K和24V电源串联在总电路上。 驱动电机(42)电路驱动电机(42)连接双向开关kl,正向电路 是kl串联前腿传感器k2和前传感器k14，并联在总电路上；反向电路 并联在总电路上。推杆(28)电路推杆(28)连接双向开关k3，正向 电路是k3串联前轮传感器kll串联后轮传感器kl2和推杆(28)内限 位开关，并联在总电路上；反向电路是k3串联推杆(28)内限位开关， 并联在总电路上。电机(43)电路电机(43)连接双向开关k4，正向 电路是k4串联下楼传感器k15串联前传感器k12和限位开关k10，并联 在总电路上；反向电路是k4串联限位开关k17，并联在总电路上。电机 (6)电路电机(6)连接双向开关k7，正向电路是k7串联前脚传感
器k6，并联在总电路上；反向电路是k7串联后脚传感器k8并联在总电
路上。推杆(30)电路推杆(30)连接双向开关k5，正向电路是k5 串联前脚传感器k6串联后脚传感器k8串联推杆(30)内限位开关，并 联在总电路上；反向电路是k5串联推杆(30)内限位开关，并联在总 电路上。电机(31)电路电机(31)连接双向开关k13，正向电路是 kl3串联限位开关k9，并联在总电路上；反向电路是kl3串联限位开关 k17，并联在总电路上。电机(27)电路电机(27)连接双向开kl6， 正向电路是kl6串联前轮传感器k11，并联在总电路上；反向电路是kl6 串联后轮传感器k12，并联在总电路上。
下楼梯电路总开关K和24V电源串联在总电路上。 驱动电机(42)电路驱动电机(42)连接双向开关kl，正向电路 是kl串联前腿传感器k2和前传感器k14，并联在总电路上；反向电路 并联在总电路上。推杆(28)电路推杆(28)连接双向开关k3，正向 电路是k3串联前轮传感器kll串联后轮传感器kl2和推杆(28)内限 位开关，并联在总电路上；反向电路是k3串联推杆(28)内限位开关， 并联在总电路上。电机(43)电路电机(43)连接双向开关k4，正向 电路是k4串联下楼传感器k15串联前传感器k12和限位开关k10，并联 在总电路上；反向电路是k4串联限位开关k17，并联在总电路上。电机 (6)电路电机(6)连接双向开关k7，正向电路是k7串联前脚传感 器k6，并联在总电路上；反向电路并联在总电路上。推杆(30)电路 推杆(30)连接双向开关k5，正向电路是k5串联前脚传感器k6串联后 脚传感器k8串联推杆(30)内限位开关，并联在总电路上；反向电路
是k5串联推杆(30)内限位开关，并联在总电路上。电机(31)电路: 电机(31)连接双向开关k13，正向电路是kl3串联限位开关k9，并联 在总电路上；反向电路是kl3串联限位开关k17，并联在总电路上。电 机(27)电路电机(27)连接双向开kl6，正向电路是kl6串联前轮 传感器kll，并联在总电路上；反向电路并联在总电路上。
本实用新型工作原理
一、 选择行驶程序
插入车钥匙接通电源40开关K。 1、闭合驱动电机42开关kl，驱动 轮41转动，机器人行驶。转动转向手柄37可完成行驶转向。
二、 选择上楼梯程序
1、 闭合驱动电机42开关kl (正向)，机器人行驶到前腿传感器 45k2接触到楼梯台阶，k2 (常闭)打开，机器人停止行驶。
2、 闭合推杆28开关k3 (正向)，推杆28动杆端连接机架11和附 图1虚线内部件上升至推杆28内部限位开关断开，推杆28上升停止。
3、 闭合电机43开关k4 (正向)，电机43连接螺杆2转动，滑动 机架7向前移动，至前腿传感器45k2接触到楼梯台阶k2 (常闭)打开 移动停止。
4、 闭合推杆30开关k5 (正向)，推杆30固定端向下移动，至前 脚传感器5k6接触楼梯台阶k6 (常闭)打开移动停止。k6 (常闭)打 开，同时电机6开关k7 (反向)闭合(k6、 k7连动)，电机6连接前 轴46、滑动机构下拉杆23和滑动机构上拉杆24转动，后脚16向下移 动，至后脚传感器17k8接触楼梯台阶k8 (常闭)打开，电机6停止转
动，后脚28向下移动停止。
5、 闭合电机31开关54(kl3)(正向)，电机31连接螺杆35转动， 驱动座椅架25前移至接触限位开关34 (k9)(常闭)移动停止。
6、 推杆28开关k3 (反向)闭合，推杆28固定端向上升至推杆 28内部限位开关断开，推杆28上升停止。
7、 同时闭合电机43开关k4 (反向)、电机31开关kl3反向，电 机43连接螺杆2反向转动、电机31连接螺杆35反向转动，电机43 与电机31同步，机架ll向前移动至接触限位开关32 (kl7)(常闭) 打开移动停止。
8、 闭合推杆28开关k3 (正向)，推杆28固定端向下移动至驱动 轮41，万向轮47与前轮传感器9 (kll)同步接触到楼梯台阶kll (常 闭)打开，推杆28固定端向下移动停止。同时闭合电机27开关k16
(kll与kl6连动)，电机27连接减速器26连接螺杆14转动，下拉 杆架22绕销轴10向下转动，至后轮18与后轮传感器19kl2同步接触 到楼梯台阶kl2 (常闭)打开，后轮18向下移动停止。上第二级台阶 反复上述动作。上第三级台阶时因第一级到第三级高度相同，前脚与 后脚位置没有变化，所以第4、 8步骤省略。
9、 当上升到最后一级台阶时，闭合电机43开关k4 (正向)，电机 43连接螺杆2转动，滑动机架7向前移动。至接触到限位开关36(kl0)
(常闭)打开移动停止。
10、 闭合推杆30开关k5 (正向)，推杆30固定端向下移动，至 后脚传感器17 (k8)接触楼梯台阶k8 (常开)闭合。同时电机6开关 k7 (正向)闭合(k8、 k7连动)，电机6连接蜗轮减速机3连接前轴 46连接滑动机构下拉杆23和滑动机构上拉杆24转动，后脚16向上移 动至前脚传感器5 (k6)接触到楼梯台阶推杆30固定端向下移动停止。
11、 闭合电机31开关54kl3 (正向)，电机31连接螺杆35转动， 驱动座椅架25前移至接触限位开关34 (k9)(常闭)移动停止。
12、 推杆28开关k3 (反向)闭合，推杆28固定端向上升至推杆 28内部限位开关断开，推杆28上升停止。
13、 同时闭合电机43开关k4 (反向)、电机31开关54 (kl3)反 向，电机43连接螺杆2反向转动、电机31连接螺杆35反向转动，电 机43与电机M同步，机架ll向前移动至接触限位开关32 (k10)(常
闭)打开移动停止。
14、 闭合推杆28开关k3 (正向)，推杆28固定端向下移动至后 轮传感器31 (kl2)同步接触到楼梯台阶k12 (常开)闭合，同时闭合 电机27开关55 (kl6) (kl2与k6连动)，电机27连接减速器26和螺 杆14转动，下拉杆架22绕销轴10向上转动，至前轮传感器9(k11) 接触到楼梯台阶kll (常闭)打开，推杆28固定端向下移动停止。
三、择下楼梯程序
1、 机器人行驶到距楼梯台阶边沿，前传感器8 (kl4)打开，驱动 轮41停止转动。闭合电机43开关k4 (正向)，电机43连接螺杆2转 动，滑动机架7连接滑动机架机构向前移动至下楼传感器12 (kl5)打 开停止。
2、 闭合推杆30开关k5 (正向)，推杆30固定端向下移动，至后
脚传感器n (k8)接触到楼梯台阶时k8 (常开)闭合，同时闭合电机
6开关k7 (正向)，电机6连接蜗轮减速机3，传动前轴46、滑动机构 下拉杆23、滑动机构上拉杆24和后腿16，平行四连杆机构绕前轴46 转动，后腿16向上移动，后脚传感器17 (k8)与前脚传感器5 (k6) 同步接触到楼梯台阶，推杆30固定端向下移动停止。
3、 闭合电机31开关k13 (正向)，电机31连接螺杆35转动，驱 动座椅架25前移动至接触限位开关34 (k9)停止。
4、 电机43开关k4 (反向)闭合，同步电机31开关kl3 (反向) 闭合，电机43连接螺杆2反向转动，电机31连接螺杆35反向转动， 电机31与电机43同步，机架11向前移动至接触限位开关32 (kl7) 停止。
5、 闭合推杆28开关k3 (正向)，推杆28固定端连接机架11向下 移动至后轮18与后轮传感器19 (kl2)(常开)接触到楼梯台阶时，闭 合电机27开关55 (kl6)(正向)，电机27连接减速器26连接螺杆 14连接下拉杆架22连接上拉杆21和后轮立杆20平行四连杆机构绕销 轴10向上转动，至驱动轮41，万向轮47、前轮传感器9k11与后轮18、 后轮传感器19 (kl2)同步接触到楼梯台阶，推杆28固定端向下移动 停止。下第二级台阶反复上述动作。
6、 当下到前脚是地面后脚是最后一级楼梯台阶时，闭合电机43 开关k4(正向)，电机43连接螺杆2转动，滑动机架7连接滑动机架 机构向前移动至限位开关36 (k10)打开停止。
7、 闭合推杆30开关k5 (正向)，推杆30固定端向下移动，至后
脚传感器17 (k8)接触到楼梯台阶时k8 (常开)闭合，同时闭合电机 6开关k7 (反向)，电机6连接蜗轮减速机3连接前轴46连接下拉杆 23连接上拉杆24和后腿16平行四连杆机构绕前轴46转动，后腿16 向上移动后脚传感器17 (k8)与前脚传感器5 (k6)同步接触到楼梯 台阶，推杆30固定端向下移动停止。(同第16步)
8、 闭合电机31开关k13 (正向)，电机31连接螺杆35转动，驱 动座椅25前移动至接触限位开关34 (k9)停止。(同第17步)
9、 电机43开关k4反向闭合，同步电机31开关kl3反向闭合，电 机43连接螺杆2反向转动，电机31连接螺杆35反向转动，电机31 与电机43同步，机架11向前移动至接触限位开关32(kl7)停止。(同 第18步)
10、 闭合推杆28开关k3，推杆28固定端连接机架11向下移动至 后轮18与后轮传感器19 (kl2)(常开)接触到楼梯台阶时，闭合电机 27 (反向)开关kl6 ，电机27连接减速器连接螺杆14连接下拉杆架 22连接上拉杆21和后轮立杆20平行四连杆机构绕销轴10向上转动， 至驱动轮41，万向轮47、前轮传感器9 (kll)与后轮18、后轮传感 器19 (kl2)同步接触到楼梯台阶，推杆28固定端向下移动停止。(同 第19步)
四、自转弯程序
驱动电机42通过螺栓连接在驱动轮41中心上，驱动电机42的轴 通过螺母连接在驱动轮叉轴38上，驱动轮叉轴38连接转向手轮37，驱 动轮叉轴38插入机架11组成转动副，万向轮47通过螺栓连接在机架
11上，作为机器人行驶的动力，操作转向手轮37可以转向。驱动轮41、 万向轮47、后轮18完成行驶转向功能。当需要小转弯转向时，推杆30 动杆端收縮到最小时，前腿套管4、后腿16距地面距离40mm,下落转向 支架15使后轮18离开地面。机器人由驱动轮41、万向轮47、转向 支架15三点支撑。驱动轮41绕转向支架15自转弯。
权利要求1、一种自动行驶、上下楼梯载人机器人，包括行驶机构，滑动机架机构，座椅推进机构，自转弯机构，控制电路机构，其特征在于在行驶机构中，机架上通过螺栓连接推杆固定端，机架与上拉杆一端和下拉杆架一端通过销轴连接，分别组成转动副，后轮立杆与上拉杆另一端和下拉杆架另一端通过销轴连接，分别组成转动副，机架、上拉杆、下拉杆架、后轮立杆构成平行四连杆机构；推杆动杆端通过螺栓连接滑道架，滑道架通过螺栓连接滑道，推杆动杆端连接滑道架和滑道；驱动轮连接驱动轮叉轴插入机架组成转动副，驱动轮叉轴连接转向手轮，万向轮通过螺栓连接在机架上，转向支架通过销轴连接在后轮立杆上，组成转动副并构成自转弯行驶机构；在滑动机架机构中，推杆固定端通过螺栓连接蜗轮减速机，蜗轮减速机两侧通过螺栓连接两个前腿套管，前轴穿过两个前腿套管和蜗轮减速机，前轴键连接蜗轮减速机，前轴两端键连接滑动机构下拉杆一端，前腿套管通过销轴连接滑动机构上拉杆一端组成转动副，后腿通过销轴连接滑动机构上拉杆和滑动机构下拉杆另一端，分别组成转动副，前腿套管、滑动机构上拉杆、后腿和滑动机构下拉杆构成平行四连杆机构；推杆动杆端通过螺栓连接滑道机架，滑道机架通过螺栓连接滑动轴承，滑道连接滑动轴承，电机连接螺杆旋入滑动机架，螺杆与滑动机架组成螺杆副；在座椅推进机构中，座椅架通过螺栓连接滑动轴承，滑道连接滑动轴承，电机连接螺杆，螺杆旋入座椅架，组成螺杆副。
2、 根据权利要求l所述的自动行驶、上下楼梯载人机器人，其特征在于行驶机构的滑道架通过螺栓连接滑道，滑道穿过连接在滑道机架 上的滑动轴承，同时穿过连接在座椅架上的滑动轴承，滑道将行驶机构、 滑动机架机构和座椅推进机构连接在一起。
3、 根据权利要求l所述的自动行驶、上下楼梯载人机器人，其特征 在于座椅推进机构中，电动机连接螺杆旋入座椅架，座椅架连接滑动 轴承，电机传动连接螺杆。
4、 根据权利要求l所述的自动行驶、上下楼梯载人机器人，其特征 在于行驶机构中，驱动电机通过螺栓连接在驱动轮中心上，驱动电机 的轴通过螺母连接在驱动轮叉轴上，驱动轮叉轴插入机架组成转动副， 驱动轮叉轴连接转向手轮，作为从动轮的万向轮通过螺栓连接在机架 上。
专利摘要一种自动行驶、上下楼梯载人机器人，其技术方案中设置了行驶机构，滑动机架机构，座椅推进机构，自转弯机构和控制电路机构，本实用新型是根据人体工程学原理，采用机电一体化设计，直流电机驱动，可以自动行驶，上下楼梯台阶；在楼梯入户台阶上，完成自转向，进入房间。可以控制行进速度和方向；操纵方便、灵活。行驶和上下楼梯过程中，驾驶者身体不会倾斜，平稳、安全、可靠。
文档编号A61G5/00GK201058083SQ20072001250
公开日2008年5月14日 申请日期2007年6月8日 优先权日2007年6月8日
发明者薛金良 申请人:薛金良